电力储能系统分析

韩晓曦

摘要：储能系统对于主动配电网具有重要作用和意义，从提高电力系统稳定性、提高分布式发电渗透率、削峰填谷、改善电能质量等方面进行了分析。阐述了储能技术的分类，针对电能存储技术，总结了当前储能技术的发展水平，详细比较了几类面向电网储能技术的相关参数，在此基础上，从成熟度、额定功率和放电时间、能量密度和功率密度、循环效率、储能持续时间、成本、寿命和循环次数以及对环境的影响多个方面对各种储能技术进行了技术评估。

主动配电网储能系统优化配置是一个多目标优化问题，依据相关规程规范要求，提出了以平抑波动为目标的储能配置、以配电网削峰填谷为目标的储能配置、以提高配电网可靠性为目标的储能配置等优化配置原则。

1储能的作用和意义

间歇性分布式电源具有随机性、波动性，这已成为电网接纳间歇性分布式电源的主要瓶颈。在配电网中引入储能环节，一方面有利于间歇性分布式电源接入配电网，提高其接入配电网容量，当储能容量配置充足时，间歇性分布式电源的波动可被完全补偿，使其能够参与调度计划出力，显著提高配电网大规模接入间歇性分布式电源、提高间歇性分布式发电渗透率的能力。另一方面，储能装置可平滑负荷，调节用电峰谷差，实现需求侧管理，进而提高电力设备的利用率，降低供电成本，提高电力系统电压、频率稳定性。

1.1提高电力系统稳定性

储能系统的应用可以改变传统电力系统稳定控制方式，为电力系统稳定性控制提供新的思路。在传统的电力系统中，任何微小扰动引起的动态不平衡功率都可能会导致机组间的振荡，主要原因是传统电力系统安全稳定措施依赖于发电机组的惯性储能、电网继电保护及其他安稳装置，基本属于被动安全稳定措施。而储能装置可实现有功、无功的快速、灵活调控，补偿系统故障时的功率缺额或过剩功率，主动参与系统的动态行为，在较短时间内平抑系统的振荡，稳定系统的功角、频率和电压，这是一种主动安全稳定措施。

1.2提高分布式发电渗透率

储能技术是新能源产业革命的重要环节，具有快速功率调节能力的储能装置适合用于风力发电和光伏发电等分散电源场合，用以平滑间歇式分布式发电系统的输出功率波动，可以有效抑制间歇性分布式发电系统并网引起的电压波动和闪变等电能质量问题，提高间歇式分布式发电系统并网运行的可控性。储能系统还可以改善微电网的并网特性、提高微电网的孤岛运行性能。因此，在分布式发电装机容量提升的同时，应同步提升储能容量，以提高城市配电网间歇性分布式发电渗透率和电能质量。

1.3削峰填谷

电力生产过程是连续进行的，发电、输电、变电、配电、用电必须时刻保持平衡；但电力系统负荷存在高峰和低谷的周期性变化，且峰谷差绝对值日益扩大，给发电和电力调度造成了困难，这就要求电力系统留有较大的备用容量，降低了系统设备的运行效率。经济高效的大容量储能系统可在电力负荷低谷时进行电能存储，在电力负荷高峰时进行电能释放，在负荷和电源之间灵活转换，使发电与用电之间关系解耦，减小峰谷差值，对负荷削峰填谷，改善馈线总体负荷特性，提高系统可靠性和稳定性，减少系统备用需求及停电损失。

1.4改善电能质量

随着科技的发展及电力用户对电能质量的要求越来越高，电能质量问题日益突出，主要体现为供电质量和负荷质量两个方面问题，供电质量一般指电压质量和供电可靠性，负荷质量一般指负荷电流质量。研究表明，电力系统的短路或断线以及线路操作、用电设备故障等因素引起的供电电压质量问题占电能质量问题的60%以上，其余电能质量问题源于用电设备特性及运行状况，如谐波、电压闪变、三相不平衡、电压暂升/暂降等。针对电网异常运行引发的瞬时停电、电压骤变等问题，储能系统可以提供快速功率缓冲，进行有功或无功补偿，改善供电品质。同时储能系统的引入可以有效抑制分布式能源的功率波动和不规则启停对于配电网供电电压质量的影响，提升网络电压水平。此外，储能系统还可补偿负荷产生的谐波和波动功率，改善负荷品质，还可作为敏感负载和重要设备的不间断电源。

2储能系统优化配置原则

2.1以平抑波动为目标的储能配置

2.1.1光伏发电

间歇性分布式电源出力受天气条件直接影响，其出力具有随机性和波动性。相关规程规范针对光伏发电、风力发电的有功功率变化提出了明确的要求。为了提高间歇性分布式电源出力的电能质量，提高配电网对分布式电源的消纳能力，应为间歇性分布式电源配置储能装置，最大限度平抑其出力波动。对于光伏发电系统，由于光照条件具有典型的日周期性，可以将光伏典型日出力曲线作为标准，储能配置的目标是补偿光伏实际出力与典型出力之间的差值。

2.1.2风力发电

目前，我国风电场的风机普遍运行于最大风能捕获模式，输出功率随风速变化，而风能具有很强的随机性、波动性，最终引起风机出力的波动，导致电压波动、电压闪变、谐波等电能质量问题。

另一方面，风电功率的随机性、波动性降低了大规模风电并网的容量可信度，增加了调度难度。虽然风电功率短期及超短期预测精度均得到了稳步提升，但其不确定性仍是一个亟待解决的问题，也制约了风电的大规模开发利用和并网。

2.2以削峰填谷为目标的储能配置

不含储能装置的传统配电系统中，电能实时平衡，无法存储；同时间歇性分布式电源出力与负荷一样难以控制，只能通过上级电网的电能来实时跟随负荷及间歇性分布式电源出力的变化。这种情况下既降低了电网设备的利用率，又没有充分利用分布式电源的出力。光伏出力与配电网负荷曲线并不匹配，中午光伏出力高峰时出现了电能的浪费，而晚上负荷高峰时光伏出力已降为0。随着配电网中间歇性分布式电源的渗透率提高，不受控的间歇性分布式电源出力曲线与负荷曲线的不匹配情况将愈加明显。

储能系统的接入为配电系统削峰填谷提供了可能性。通过对储能装置的充放电控制，可以实现其负荷与电源的灵活转换，降低配电网峰谷差，降低电网设备的备用容量，延缓投资，充分利用清洁能源产生的电能，提高电网经济性。

2.3以提高配电网可靠性为目标的储能配置

由于分布式电源的接入，配电网可靠性计算出现了新的问题。配电网故障后，间歇式分布式发电可以与负荷组成孤岛运行，某些原本失电的负荷得以继续供电。储能装置在此过程中可以辅助分布式电源，进一步提高配电网的可靠性。同时，在不含分布式电源的传统配电网中，配置储能保障重要用户供电，也是其提高可靠性的途径之一。

以提高配电网可靠性为目标的储能配置，需要考虑配电网的网架结构、负荷曲线、储能系统调度控制策略和分布式电源的运行情况。其中，储能系统的调度控制策略对于充分发挥其作用具有重要影响。

3结论

本文从主动配电网和主动配电网中的储能系统两个方面对研究背景进行了简要介绍，从政策层面、技术层面分析了储能系统对主动配电网规划运行的重要影响，指出研究主动配电网储能系统的规划方法具有重要意义。

阐述了储能技术的分类，针对电能存储技术，总结了当前储能技术的发展水平，详细比较了几类面向电网储能技术的相关参数，在此基础上选择合适的储能技术。

依据相关规程规范要求，提出了以平抑波动为目标的储能配置、以配电网优化运行为目标的储能配置、以提高配电网可靠性为目标的储能配置等优化配置原则。