含分布式電源電網(wǎng)儲(chǔ)能技術(shù)綜述

4 儲(chǔ)能系統(tǒng)在微網(wǎng)中的應(yīng)用[13]

配電網(wǎng)主要面向電力負(fù)荷直接供電，且現(xiàn)階段用戶對電能質(zhì)量和電力品質(zhì)的要求越來越高，以及環(huán)境和政策因素使這種傳統(tǒng)的大電網(wǎng)已經(jīng)不能很好地滿足各種負(fù)荷的要求，儲(chǔ)能技術(shù)為解決這一問題提供了新的路徑。儲(chǔ)能系統(tǒng)在微電網(wǎng)中有非常大的市場前景，對電網(wǎng)的電能質(zhì)量、電網(wǎng)穩(wěn)定性以及供電可靠性都有很大的提升。

4.1提供短時(shí)供電

微電網(wǎng)存在兩種典型的運(yùn)行模式：并網(wǎng)運(yùn)行模式和孤島運(yùn)行模式。在正常情況下，微電網(wǎng)與常規(guī)配電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行;當(dāng)檢測到電網(wǎng)故障或發(fā)生電能質(zhì)量事件時(shí)，微電網(wǎng)將及時(shí)與電網(wǎng)斷開獨(dú)立運(yùn)行。微電網(wǎng)在這兩種模式的轉(zhuǎn)換中，往往會(huì)有一定的功率缺額，在系統(tǒng)中安裝一定的儲(chǔ)能裝置儲(chǔ)存能量，就能保證在這兩種模式轉(zhuǎn)換下的平穩(wěn)過渡，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定。在新能源發(fā)電中，由于外界條件的變化，會(huì)導(dǎo)致經(jīng)常沒有電能輸出(光伏發(fā)電的夜間、風(fēng)力發(fā)電無風(fēng)等)，這時(shí)就需要儲(chǔ)能系統(tǒng)向系統(tǒng)中的用戶持續(xù)供電。

4.2電力調(diào)峰

由于微電網(wǎng)中的微源主要由分布式電源組成，其負(fù)荷量不可能始終保持不變，并隨著天氣的變化等情況發(fā)生波動(dòng)。另外一般微電網(wǎng)的規(guī)模較小，系統(tǒng)的自我調(diào)節(jié)能力較差，電網(wǎng)及負(fù)荷的波動(dòng)就會(huì)對微電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行造成十分嚴(yán)重的影響。為了調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的峰值負(fù)荷，就必須使用調(diào)峰電廠來解決，但是現(xiàn)階段主要運(yùn)行的調(diào)峰電廠，運(yùn)行昂貴，實(shí)現(xiàn)困難。

儲(chǔ)能系統(tǒng)可以有效地解決這個(gè)問題，它可以在負(fù)荷低落時(shí)儲(chǔ)存電源的多余電能，而在負(fù)荷高峰時(shí)回饋給微電網(wǎng)以調(diào)節(jié)功率需求。儲(chǔ)能系統(tǒng)作為微電網(wǎng)必要的能量緩沖環(huán)節(jié)，其作用越來越重要。它不僅避免了為滿足峰值負(fù)荷而安裝的發(fā)電機(jī)組，同時(shí)充分利用了負(fù)荷低谷時(shí)機(jī)組的發(fā)電，避免浪費(fèi)。

4.3改善微電網(wǎng)電能質(zhì)量

微電網(wǎng)要作為一個(gè)微源與大電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行，必須達(dá)到電網(wǎng)對功率因數(shù)、電流諧波畸變率、電壓閃變以及電壓不對稱的要求。此外，微電網(wǎng)必須滿足自身負(fù)荷對電能質(zhì)量的要求，保證供電電壓、頻率、停電次數(shù)都在一個(gè)很小的范圍內(nèi)。儲(chǔ)能系統(tǒng)對于微電網(wǎng)電能質(zhì)量的提高起著十分重要的作用，通過對微電網(wǎng)并網(wǎng)逆變器的控制，就可以調(diào)節(jié)儲(chǔ)能系統(tǒng)向電網(wǎng)和負(fù)荷提供有功和無功，達(dá)到提高電能質(zhì)量的目的。

對于微電網(wǎng)中的光伏或者風(fēng)電等微電源，外在條件的變化會(huì)導(dǎo)致輸出功率的變化從而引起電能質(zhì)量的下降。如果將這類微電源與儲(chǔ)能裝置結(jié)合，就可以很好地解決電壓驟降、電壓跌落等電能質(zhì)量問題。在微電網(wǎng)的電能質(zhì)量調(diào)節(jié)裝置，針對系統(tǒng)故障引發(fā)的瞬時(shí)停電、電壓驟升、電壓驟降等問題，此時(shí)利用儲(chǔ)能裝置提供快速功率緩沖，吸收或補(bǔ)充電能，提供有功功率支撐，進(jìn)行有功或無功補(bǔ)償，以穩(wěn)定、平滑電網(wǎng)電壓的波動(dòng)。

4.4提升微電源性能

多數(shù)可再生能源諸如太陽能、風(fēng)能、潮汐能等，由于其能量本身具有不均勻性和不可控性，輸出的電能可能隨時(shí)發(fā)生變化。當(dāng)外界的光照、溫度、風(fēng)力等發(fā)生變化時(shí)，微源相應(yīng)的輸出能量就會(huì)發(fā)生變化，這就決定了系統(tǒng)需要一定的中間裝置來儲(chǔ)存能量[14]。如太陽能發(fā)電的夜間，風(fēng)力發(fā)電在無風(fēng)的情況下，或者其他類型的微電源正處于維修期間，這時(shí)系統(tǒng)中的儲(chǔ)能就能起過渡作用，其儲(chǔ)能的多少主要取決于負(fù)荷需求。

5儲(chǔ)能系統(tǒng)在風(fēng)電并網(wǎng)中的應(yīng)用[15]

5.1利用儲(chǔ)能系統(tǒng)增強(qiáng)風(fēng)電穩(wěn)定性

儲(chǔ)能系統(tǒng)具有快速吸收或釋放有功及無功功率的特點(diǎn)，對改善系統(tǒng)的功率平衡狀況以及提高電力系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性都有很大幫助。據(jù)目前的研究和仿真結(jié)果顯示，超導(dǎo)儲(chǔ)能和超級(jí)電容儲(chǔ)能系統(tǒng)對降低并網(wǎng)處風(fēng)電的電壓波動(dòng)和平抑風(fēng)電場輸出的波動(dòng)具有很好的效果，同時(shí)還能起到增強(qiáng)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性的作用。

另外風(fēng)電的穩(wěn)定還表現(xiàn)在風(fēng)電場輸出功率的穩(wěn)定及頻率穩(wěn)定性，目前這方面問題的研究主要集中在利用儲(chǔ)能系統(tǒng)來平抑風(fēng)電輸出功率頻率波動(dòng)。根據(jù)現(xiàn)在學(xué)者的很多理論和試驗(yàn)研究結(jié)果，儲(chǔ)能系統(tǒng)確實(shí)能有效的改善風(fēng)電系統(tǒng)頻率穩(wěn)定性，且儲(chǔ)能系統(tǒng)容量越大響應(yīng)速度越快效果越好。

故增強(qiáng)風(fēng)電并網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性就需要儲(chǔ)能系統(tǒng)具有快速響應(yīng)的能力，如SMES、飛輪儲(chǔ)能、超級(jí)電容儲(chǔ)能等儲(chǔ)能方式，因?yàn)闀簯B(tài)過程中系統(tǒng)的各參量變化很快，因此就需要儲(chǔ)能裝置能夠快速補(bǔ)償功率不平衡量，增強(qiáng)系統(tǒng)穩(wěn)定性，上述提到的幾種儲(chǔ)能方式響應(yīng)速度可以達(dá)到1-20ms，在提高穩(wěn)定性的應(yīng)用中對儲(chǔ)能系統(tǒng)容量的要求卻不高。

5.2增強(qiáng)風(fēng)電機(jī)組 LVRT 功能

當(dāng)在電力系統(tǒng)中風(fēng)電容量所占比例較高時(shí)，風(fēng)電機(jī)組是否具有低電壓穿越能力是影響系統(tǒng)穩(wěn)定性很關(guān)鍵的一個(gè)因素。有低電壓穿越功能的風(fēng)電機(jī)組在并網(wǎng)時(shí)如外部電網(wǎng)發(fā)生短路故障時(shí)，能夠有效解決故障所引起的電壓劇烈下降問題，起到增強(qiáng)系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性的作用。而機(jī)組的低電壓穿越功能可以通過在變流器直流部分并聯(lián)儲(chǔ)能系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，這種方式不僅能從根本上解決故障期間風(fēng)電機(jī)組過電流燒壞轉(zhuǎn)子或變流器的問題，還可以很大程度上增強(qiáng)風(fēng)電機(jī)組的低電壓引起機(jī)組退網(wǎng)運(yùn)行的功能。

5.3增強(qiáng)風(fēng)電場功率穿越極限(WPP)

影響 WPP 水平的因素與電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)和電網(wǎng)參數(shù)有關(guān)，如頻率和電壓穩(wěn)定等因素，因此采用的儲(chǔ)能方式也就不盡相同。一般來說采取一定的控制策略下，飛輪儲(chǔ)能、電池儲(chǔ)能和超導(dǎo)儲(chǔ)能系統(tǒng)能通過與電網(wǎng)之間有功和無功功率的交換有效改善系統(tǒng)的頻率特性，改善并網(wǎng)處的電壓波動(dòng)性，從而增加系統(tǒng)的WPP。

5.4提高風(fēng)電場供電質(zhì)量

在提高電能質(zhì)量應(yīng)用方面，儲(chǔ)能系統(tǒng)的主要作用是快速的與系統(tǒng)之間進(jìn)行有功、無功功率交換，以此來有效改善電壓波動(dòng)性，如電壓暫降、波形畸變及閃變等。另外，解決電壓波動(dòng)、電壓暫降等電能質(zhì)量問題主要是短時(shí)功率的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，這就需要儲(chǔ)能系統(tǒng)具備ms級(jí)功率動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)的能力，結(jié)合前面對幾種儲(chǔ)能方式的分析，SMES、超級(jí)電容儲(chǔ)能和飛輪儲(chǔ)能都滿足要求。

5.5改善風(fēng)電經(jīng)濟(jì)性

隨機(jī)波動(dòng)的風(fēng)電作為電源接入電網(wǎng)，將導(dǎo)致原有系統(tǒng)的備用容量增加，甚至還需要額外配備平衡穩(wěn)定裝置，使得系統(tǒng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性有所降低。在風(fēng)電并網(wǎng)系統(tǒng)中應(yīng)用儲(chǔ)能系統(tǒng)能夠得到很大的程度上的緩解，從而實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)與風(fēng)電場雙贏的目的。另外，在現(xiàn)今的電力市場環(huán)境下風(fēng)電面臨著成本較高、供電質(zhì)量不高等問題，導(dǎo)致競爭力較差，采用儲(chǔ)能系統(tǒng)配合風(fēng)電場運(yùn)行，對有效的解決緩解實(shí)現(xiàn)風(fēng)電效益最大化是一個(gè)很好的途徑。