储能技术在并网光伏发电系统中的应用
Jun 26,2026
光伏支架是怡能智造集团四大支柱产业（电力铁塔、光伏支架、螺旋钢管、交通护栏）之一。怡能智造集团拥有年设计、生产12万吨光伏支架的能力。今天继续为大家分享光伏的相关知识。
光伏发电系统的并网运行，往往会随着日照条件和气象环境变化的影响造成对电网的冲击，给电网的稳定运行和供电质量带来一定的负面影响。特别是随着光伏发电系统规模的不断扩大以及光伏电源在能源结构中的占比越来越大，它对电网产生的冲击和影响就成为一个不可忽视的、必须采取有效技术措施去解决的问题。这个问题不解决，光伏发电在整个能源结构中的占比就极其有限，这将成为光伏发电产业发展和应用的瓶颈。
储能技术在光伏并网发电中的应用是解决上述问题的主要措施，储能的作用涉及发电、输电、配电以及终端电力用户，包括居民用电以及工业和商业用电等。在发电侧，储能系统可以参与快速响应调频服务，提高电网备用容量，保证光伏发电能向用户提供持续供电，扬长避短地利用了光伏、风力等可再生能源清洁发电的优点，也有效地克服了其波动性、间歇性的缺点；在输电中，储能系统可以有效地提高输电系统的可靠性；在配电侧，储能系统可以提高电能的质量；在终端用户侧，分布式储能系统在智能微电网能源管理系统的协调控制下优化用电、降低用电费用，并且保持电能的高质量。总体来说，储能是解决光伏电能消纳、增加电网稳定性、提高配电系统利用效率的最合理解决方案。光伏发电系统引入储能环节后，可以有效地实现需求侧管理、消除昼夜间峰谷差、平抑负荷，有效利用电力设备，降低用电成本，还可以提高系统运行稳定性、参与调频调压、补偿负荷波动。
光伏并网发电系统对电网的冲击与影响 光伏并网发电系统对电网的冲击与影响主要有以下几点。
（1）对线路潮流的影响。在电网未接入光伏发电系统的时候，电网支路潮流一般是单向流动的，并且对于配电网来说，随着距变电站距离的增加，有功潮流单调减少。当光伏电源接入电网后，从根本上改变了系统潮流的模式且潮流变得无法预测。这种潮流的改变使得电压调整很难维持，甚至导致配电网的电压调整设备（如阶跃电压调整器、有载调压变压器、开关电容器组）出现异常响应。同时，也可能造成支路潮流越限、节点电压越限、变压器容量越限等从而影响系统的供电可靠性。
（2）对系统保护的影响。当光照良好，光伏发电系统输出功率较大时，电路短路电流将会增加，可能会导致过流保护配合失误，而且过大的短路电流还会影响熔断器的正常工作。此外，对于配电网来说，未接入光伏发电系统之前支路潮流一般是单向的，其保护不具有方向性，而接入光伏发电系统之后，该配电网变成了多源网络，网络潮流的流向具有不确定性。因此，电网电路必须增加有方向性的保护装置。
（3）对电能质量的影响。受云层遮挡等因素影响，光伏发电系统的输出功率经常会在短时间内大幅度变化，这种变化往往会引起电网电压的波动或闪变以及频率的波动等。此外，光伏发电的逆变器系统也会产生谐波，对电网造成影响。
（4）对运行调度的影响。光伏电源的输出功率直接受天气变化影响而不可控制，使光伏电源的可调度性受到一定的制约，当某个电网系统中光伏电源占到一定比例后，电网电力的安全可靠调度就成了必须解决的问题。 储能在光伏发电系统中的作用 解决光伏发电系统并网对电网的影响，提高光伏发电并网容量的措施有两种，一是从光伏发电系统的角度，为光伏发电系统配置储能装置；二是从电网角度考虑，建设智能微电网系统，以提高电网调度的灵活性、稳定性、可调节性。光伏发电系统储能技术的应用对系统能量管理、稳定运行以及提高系统的安全性和可靠性，解决具有间歇性、波动性和不可准确预测性的可再生能源接入电网，扩大新能源发电在整个能源结构中的占比都具有重要意义。
从电网角度来讲，储能在光伏发电系统中的作用有以下几种。
（1）电力调峰，削峰填谷。储能可与电网调度系统相配合，根据系统负荷的峰谷特性，在负荷低谷期储存多余的发电量，在负荷高峰期释放出蓄电池中储存的能量，从而减少电网负荷的峰谷差，降低电网的供电负担，实现电网的削峰填谷。调峰的目的是为了尽量减少大功率负荷在峰电时段对电能的集中需求，以减少对电网的负荷压力。光伏储能系统可根据需要在负荷低谷时将光伏系统发出的电能储存起来，在负荷高峰时再释放这部分电能为负荷供电，提高电网的功率峰值输出能力和供电可靠性。通过电力调峰，还可以利用峰谷差价，提高电能利用的经济性。
（2）控制电网电能质量、平抑波动。储能系统的加入，可以抑制光伏发电的短期波动和长期波动，大大改善光伏发电系统供电输出的稳定性。通过合适的逆变控制调整，光伏储能系统还可以实现对电能质量的控制，包括稳定电压、调整相位、有源滤波等。还可以根据电网出力计划，控制储能蓄电池的充放电功率，使得光伏发电系统的实际输出功率尽可能地接近出力计划，从而增加可再生能源输出的确定性。
（3）构成微电网系统，实现不间断供电。微电网是未来输配电系统的一个重要发展方向，它可以显著提高供电可靠性。当微电网与系统分离时，微电网可以在孤岛模式下运行，微电网电源将独立承担所辖区域或负荷的供电任务。特别是在以光伏电源为主构成的微电网中，储能系统作为微电网的组成部分，为微电网提供电压和频率的支撑，实现微电网模式切换过程的快速能量缓冲，保证微电网的平滑切换，保证为负荷提供安全稳定的供电。从用户角度来讲，储能在光伏发电系统的作用有以下几种。
（1）实现负荷转移。从技术角度讲，负荷转移与调峰类似，但它的实现是以光伏并网用户使用市电分时段计费为基础的。许多负荷高峰并不是发生在光伏系统发电充足的白天，而是发生在光伏发电高峰期以后。储能系统可在负荷低谷的时候将光伏系统发出的电能储存起来而不是完全送入电网，待到负荷高峰时再使用。这样，储能系统与光伏系统配合使用可以减少用户在高峰时的用电需求，使用户获得更大的经济利益。
（2）实现负荷响应。为保证在负荷高峰时电网可以安全可靠的运行，电网会选定一些高功率的负荷进行控制，使它们在负荷高峰时段交替工作。当这些电力用户配置了光伏储能系统后，则可以避免负荷响应控制对上述高功率设备的正常运行带来的影响。实现负荷响应控制，负荷响应控制实施需要在光伏储能电站与电网之间有一条通讯线路。
（3）实现断电保护。光伏储能系统一个重要的好处就是可以为用户提供断电保护，即在用户无法得到正常的市电供应时，可以由光伏系统提供用户所需电能。这种有意实现的电力孤岛对用户和电网来说都是有好处的，它即可以允许电网在用电高峰时切掉部分电力负荷，又可以使电力用户在没有市电供应时还能有正常供电使用。
光伏储能系统的几种类型 根据不同的应用场合，光伏储能系统分为离网储能系统、并离网储能系统、并网储能系统和多种能源混合微电网系统4种。
（1）光伏离网储能系统。光伏离网储能系统也就是有储能装置的离网光伏发电系统，是专门针对无电网地区或经常停电地区场所使用的。由于离网光伏发电系统无法依赖电网，所以只有靠储能系统完全自发自用，实现“边储边用”或者“先储后用”的工作模式。
（2）并离网储能系统。并离网储能系统广泛应用于经常停电，或者光伏并网系统自发自用不能余量上网、自用电价比上网电价贵很多、波峰电价比波谷电价贵很多等应用场所。相对于光伏并网发电系统，并离网系统结合了离网系统和并网系统的优点，使应用范围更宽，用电更灵活。一是可以设定在电价峰值时以额定功率输出，减少电费开支；二是可以利用谷电为储能系统充电，在用电高峰时段使用，利用峰谷差价获得收益；三是当电网停电时，光伏发电及储能系统可作为备用电源切换为离网工作模式继续工作。
（3）并网储能系统。并网储能系统能够存储多余的光伏发电量，提高光伏发电自发自用的比例。当光伏发电系统的发电量小于负载用电量时，负载由光伏发电和电网一起供电；当光伏发电系统发电量大于负载用电量时，光伏发电量一部分给负载供电，另一部分电量储存在储能系统中。在一些光伏发电系统应用较早的国家和地区，早期安装的光伏发电系统取消光伏补贴后，一般都会再安装一套并网储能系统，让光伏发电完全自发自用。这种“外挂”的并网储能系统可以与原系统的逆变器很好地兼容，原来的系统可以不做任何改动。当储能系统检测到有多余电量流向电网时，储能系统自动启动工作，把多余的电能储存到储能电池中；当储能电池电量也充满后，储能系统还可以接通用户的电热水器，把多余的电能转换为热量存储起来。当傍晚光伏发电系统停止工作后，或用户用电量增加时，可以利用储能系统中存储的电能向负载供电。
（4）微电网储能系统。微电网可充分有效地发挥各种分布式清洁能源的应用潜力，减少各种分布式清洁能源容量小、发电功率不稳定、独立供电可靠性低等的不利影响，确保电网安全运行，是大电网的有益补充。微电网应用灵活，规模可以从数千瓦直至几十兆瓦，大到厂矿企业、医院学校，小到一座建筑或一个家庭用户都可以实现微电网运行。
光伏储能系统的主要应用模式
（1）配置在光伏系统直流侧的储能系统 配置在光伏系统直流侧的储能系统可在光伏发电系统直流侧进行配接调控，如下图所示。该系统中的光伏发电系统和蓄电池储能系统共享一个逆变器，但是由于蓄电池的充放电特性和光伏发电阵列的输出特性差异较大，原系统中的光伏并网逆变器中的最大功率跟踪系统（MPPT）是专门为了配合光伏输出特性设计的，无法同时满足储能蓄电池的输出特性曲线。因此，此类系统需要对原系统逆变器进行改造或重新设计制造，不仅需要使逆变器能满足光伏阵列的逆变要求，还需要增加对蓄电池组的充放电控制和能量管理等功能。这类储能系统一般都是单向输出的，也就是说该系统中的储能蓄电池完全依靠光伏发电来补充电量，电网的电力是无法给蓄电池充电的。
这种储能系统即便是电网出现停电，逆变器停止工作时，也不影响光伏方阵向蓄电池的充电，光伏系统发出的多余电力可直接储存在蓄电池内以等待需要的时候释放出来。这种配置的主要特点是系统效率高，设备投资少，可实现光伏发电与储能的无缝连接，可大大提高光伏发电系统输出电能的平滑、稳定和可调控。这种方式的缺点是使用的逆变器需要特殊设计，不适用于对现有已经安装好的光伏发电系统进行升级改造。
（2）配置在光伏系统交流侧的储能系统 配置在光伏系统交流侧的储能系统如下图所示，它采用单独的充放电控制器和逆变器（双向逆变器或储能逆变器）来给蓄电池充电或者逆变，这种方案实际上就是给现有光伏发电系统外挂一个储能装置，可在目前任何一种光伏发电系统及风力发电系统或其他新能源发电系统上进行升级改造，形成站内储能系统。
这种模式克服了直流侧储能系统无法进行多余电力统一调度的问题，该储能系统既可以建造在光伏或风力发电系统中与光伏或风电协调输出，也可以根据电网需要建设成为独立运行的储能电站。系统充电还是放电完全受智能化控制系统控制或受电网调度控制，不仅可以集中全站内的多余电力给储能系统快速有效地充电，甚至可以调度站外电网多余的廉价低谷电力，使得系统运行更加方便和有效。 交流侧接入储能系统的另一个模式是将储能系统接入电网端，如下图所示。
显然，这两种储能系统的不同点只是接入点不同，前者是将储能部分接入了交流低压侧，与原光伏电站分享一个变压器，而后者则是将储能系统形成独立的储能电站模式，直接接入高压电网。
交流侧接入的方案不仅适用于电网储能，还被广泛应用于诸如岛屿等相对孤立的地区，形成相对独立的微电网供电系统。交流侧接入的储能系统不仅可以在新建发电系统上实施，对于已经建成的发电系统也可以很容易地进行改造和附加建设，且电路结构清晰，发电系统和储能系统可分地建设，相互的直接关联性少，因此便于运行控制和维修。缺点是由于发电和储能相互独立，相互之间的协调和控制就需要外加一套专门的智能化控制调度系统，造价相对较高。 光伏储能系统的供用电管理模式 带储能的光伏发电系统往往可以解决对负载的连续供电和提高光伏发电的自发自用量，同时也可起到调峰和减少对电网冲击的作用，其供用电管理模式一般有下列几种。
（1）光伏系统供电管理模式
① 光伏电能首先为蓄电池充电，其次用于供给负载，剩余电力反馈给电网；
② 光伏电能首先为负载供电，其次用于蓄电池充电，剩余电力反馈给电网；
③ 光伏电能首先为负载供电，其次先向电网馈电，剩余电力用于为蓄电池充电。
（2）负载用电管理模式
① 当有光伏供电时，优先由光伏供电，光伏供电不足时由市电补充，市电不可用时，则由电池供电；
② 当有光伏供电时，优先由光伏供电，光伏供电不足时由蓄电池供电，若蓄电池不可用时，则由市电供电；
③ 当没有光伏供电时，优先由蓄电池供电，若蓄电池不可用时，则由市电供电；
④ 当没有光伏供电时，优先由市电供电，当市电不可用时，则由蓄电池供电。分布式光伏发电在设计和构建储能系统时，整个系统的能源管理模式是系统设计的核心，只有明确整个系统能源管理的使用环境要求及模式特点，才能最终确定系统的设计原则和基本方法。
光伏储能系统的两种架构
（1）MPPT控制器+双向逆变器架构MPPT控制器+双向逆变器架构如下图所示。也就是上面所说的配置在光伏发电系统直流侧的储能系统模式。光伏组件产生的光伏直流电力通过控制器送到储能电池和双向逆变器的直流端，在为蓄电池充电的同时，直流电力通过双向逆变器为交流负载供电，多余的电力通过双向逆变器馈回电网。
（2）并网逆变器+双向逆变器架构 并网逆变器+双向逆变器架构如下图所示。这种架构就是上面所说的配置在光伏发电系统交流侧的储能系统模式。光伏组件产生的光伏直流电力通过并网逆变器输出交流电为负载供电，为蓄电池充电，多余电力馈到电网。具体运行管理模式通过双向逆变器进行设置。
① 当光伏电力足够供应负载需求时，多余的光伏电力用于对蓄电池充电，不能被蓄电池吸收的电力（电池充满或已用最大电流充电）则反馈回电网。
② 当光伏电力不够负载需求时，不足部分主要由蓄电池提供，电网电力做辅助补充。
③ 当夜晚无光伏电力时，优先由蓄电池向负载供电，直到蓄电池电力不足或光伏电力再次启动。蓄电池电力不足时，由电网向负载供电，但不给蓄电池充电，直到光伏电力启动后，由光伏电力为蓄电池充电。
光伏储能系统的构建与技术要求
目前储能系统基本都采用模块化组件系统方案，构成示意图如下图所示。为了兼顾分布式电源储能和规模并网储能的应用，储能系统最适宜采用的方式就是模块化组合搭建方式，主要包括电池组（模块）、电池管理系统（BMS）、双向储能逆变器、监控（主机）保护系统四个部分。这个储能系统主要用于平抑光伏、风力等有间歇性分布式发电的波动，改善电网对新能源电力的吸纳能力，同时具有对电网的削峰填谷作用。
为了实现储能技术在光伏并网发电系统的广泛应用，对储能系统的技术要求主要有以下几个方面。
（1）储能电池 用于光伏并网发电的储能装置往往工作在比较恶劣的环境下，而且，受光伏发电输出不稳定的影响，储能系统的充放电条件也比较差，有时甚至需要频繁的小循环充放电。因此，储能电池必须满足以下要求：
①容易实现多方式组合，满足较高的工作电压和较大的工作电流；
②电池容量和性能可检测和可诊断，使控制系统能在预知电池容量和性能的情况下实现对电站负荷的调度控制； ③具备高安全性、高可靠性，在正常情况下，电池使用寿命不低于15年。在极限情况下，即使发生故障，电池也应在受控范围内，不应该发生爆炸、燃烧等危及电站安全运行的事故；
④具有良好的快速响应和大倍率充放电能力，一般要求达到5～10倍的充放电能力；
⑤要具有较高的充放电转换效率，易于安装和维护，具有较好的环境适应性，较宽的工作温度范围；
⑥符合环境保护的要求，在电池生产、使用、回收过程中不对环境产生破坏和污染。目前，电化学储能技术的发展进步很大，以锂离子电池、铅炭电池、液硫电池为主导的电化学储能技术在安全性、能量转换效率和经济性等方面均取得了重大突破，并逐步得到推广应用。 
（2）电池管理系统（BMS）
为了使储能装置实现最长的使用寿命、最大的能量输出以及最优的使用效率，需要针对储能装置的特点设置适用于分布式光伏发电系统的充放电和均衡保护管理策略。
以目前已经得到推广应用的锂电池储能装置为例，储能电池模块往往由几十串甚至几百串以上的电池组构成。电池在生产和使用过程中，会造成电池内阻、电压、容量等参数的不一致，这种差异表现为电池组充满电或放完电时串联电芯之间的电压不相同，或能量不相同。这种情况使得部分电芯在充电的过程中会被过充，而在放电过程中电压过低的电芯有可能被过放，从而使电池组的离散性明显增加。局部电芯过充或过放的现象，使电池组整体容量急剧下降，整个电池组表现出来的容量为电池组中性能最差的电池芯的容量，最终导致电池组提前失效。因此，对于磷酸铁锂电池组而言，均衡保护电路是必须的。当然，锂电池的电池管理系统不仅仅是电池的均衡保护，还需满足更多的要求以保证锂电池储能系统稳定可靠运行。
（3）采用大功率PCS拓扑技术的双向逆变器 大功率PCS拓扑（Pole Changing Switch——换极开关）技术符合大容量电池组的电压等级和功率等级要求，结构简单，稳定可靠，功率损耗小，能够灵活进行整流、逆变的双向切换。随着新型电池技术的应用以及功率器件和拓扑技术的发展，双向逆变器采用DC/DC+DC/AC两极变换结构，首先通过DC/DC直流转换电路将电池组输出电压进行升压，再通过DC/AC逆变电路输出交流电。逆变部分采用多重化、多电平、交错并联等大功率变流技术，以降低并网谐波，简化并网接口。针对经DC/DC转换后较高的电池组电压（5～6kV），换极开关PCS系统采用多电平技术，功率器件采用IGCT或IGBT串联，实现直流→交流和交流→直流的灵活切换。
光伏储能系统的智能化管理 普通的储能系统可以把白天光伏发电的剩余电力存储起来，供本地用户早晚时段使用，实现供电时段的转移和延长，这种功能在离网光伏系统中一直应用。而储能系统智能化管理是通过系统逻辑控制，对未来光伏发电能力和用电需求进行预测，从而实现用电的最经济模式。智能化系统会在晚上就综合考虑第二天光伏发电情况、用户用电模式以及为储能系统充电的优化来决定是否在低谷电价时段用市电储能，以及储能的额度。例如，如果智能管理系统中的光伏发电预测模块给出明天发电功率将低于明天用电需求的提示，系统就会控制在夜间低电价时段对储能电池充满电量，然后第二天储能电池与光伏发电共同出力，以最经济的搭配满足用户的用电需求，这样可以避免第二天用电价格高的时段内对电网电力的需求，实现节约开支的目的。 储能技术的应用是促进微电网发展的重要课题。配置储能系统，将提升光伏发电的电能质量，为负荷及电网提供平稳电力；也可将白天的光伏发电存储起来供晚上使用，利用补助政策和不同时段用电价差，在发电产出不变的情况下获得更优化的投资收益。由于可解决发电时段和用电时段不一致的问题，再加上高低峰用电价格差别较大，储能系统可大幅提升投资回报率，在分布式光伏发电的未来发展中举足轻重，前景广阔。
电力安全是国家能源安全的重要组成，储能是保证电力安全、低碳、高效供给的重要技术，是支撑新能源电力大规模发展的重要技术，也是未来智能电网框架内的关键支撑技术。能源互联网作为未来全球能源的发展方向，将会从根本上改变现在的发电、输电、变电、配电、用电环节和模式，实现智能储能、智能用电、智能交易、智能并网等。这决定了未来电力的潮流控制、分布式电源及微电网模式将被广泛应用，储能技术是协调这些应用的重要环节，也是构成能源互联网的最基础设施。储能技术在分布式光伏发电中的应用将会进入快速发展阶段。
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