分布式儲能系統(tǒng)對配電網(wǎng)的影響和優(yōu)化配置

摘?要：儲能系統(tǒng)是電能與其他能源靈活轉(zhuǎn)換和綜合利用的關(guān)鍵設(shè)備，儲能系統(tǒng)破解了能源生產(chǎn)和消費的不同步性，使能源在時間和空間上具有可平移性，實現(xiàn)了能源共享的前提。分布式儲能系統(tǒng)在配電網(wǎng)中能起到消除新能源波動、降低負(fù)荷峰谷差、提高供電設(shè)備利用率、提升供電可靠性、改善電能質(zhì)量等作用，是實現(xiàn)能源供應(yīng)清潔化，用戶用電智能化、源網(wǎng)荷友好互動化的重要手段，另外分布式儲能系統(tǒng)具有分散布局，可控性差等特點。

關(guān)鍵詞：分布式能源;分布式儲能系統(tǒng);分布式儲能對電網(wǎng)的影響

隨著智能電網(wǎng)、可再生能源發(fā)電、分布式發(fā)電與微電網(wǎng)以及電動汽車的蓬勃發(fā)展，大量分布式電源接入配電網(wǎng)。分布式發(fā)電系統(tǒng)帶來的隨機(jī)性和高負(fù)荷等問題需要相應(yīng)的存儲技術(shù)提供解決方案，因此，誕生了分布式儲能技術(shù)。

分布式儲能系統(tǒng)主要應(yīng)用場景包含用戶側(cè)，分布式電源側(cè)和配電側(cè)等三個方面，多以分布式電源，用戶側(cè)或者微電網(wǎng)為背景引入，電動汽車也是其中一種重要組成。相對于集中式儲能系統(tǒng)，分布式儲能減少了集中儲能電站的線路損耗和投資壓力。合理規(guī)劃的分布式儲能，不但可以通過“削峰填谷”起到降低配電網(wǎng)容量的作用，還可以彌補(bǔ)分布式的隨機(jī)性對電網(wǎng)安全和經(jīng)濟(jì)運行的負(fù)面影響。分布式儲能系統(tǒng)的特點如下：

優(yōu)點：

（1）采用能源就地消納，減少了線損和輸發(fā)電投資運行成本，提高電能質(zhì)量。

（2）提高可再生能源利用率，減少污染排放;

（3）與大電網(wǎng)供電互補(bǔ)，改善電網(wǎng)峰谷差，減少電網(wǎng)備用容量;

（4）在大電網(wǎng)災(zāi)難性故障時維持重要負(fù)荷的供電，并有助于大電網(wǎng)快速黑啟動;

缺點：

（1）改發(fā)了配網(wǎng)潮流流向，且太陽能、風(fēng)能等可再生能源出力具有間歇性及波動性，為電網(wǎng)運行調(diào)度不保護(hù)控制帶來困難。

（2）分布式電源的盲目引入可能導(dǎo)致微網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性和電能質(zhì)量的惡化。

（3）當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生故障時，分布式電源必須馬上退出運行，限制了分布式發(fā)電站效益的發(fā)揮。

一、分布式儲能存在的問題

1. 分布式儲能并網(wǎng)對電能質(zhì)量的影響

1.1 單臺接入引起諧波注入

產(chǎn)生原因：儲能通過電力電子接口接入配電網(wǎng)，電力電子轉(zhuǎn)換器會給系統(tǒng)帶來諧波污染。

影響因素：逆變器出廠質(zhì)量及工作模式?jīng)Q定諧波幅度和階次;饋電線路阻抗影響諧波衰減量，當(dāng)饋電線路阻抗值較大時，諧波衰減明顯。

危害程度：對用戶電動機(jī)、用戶補(bǔ)償電容器、用戶自動控制裝置產(chǎn)生影響，威脅用電安全。

1.2 集群接入引起諧波諧振

產(chǎn)生原因：儲能與多分布式電源等大功率非線性元件接入電網(wǎng)，多逆變器之間及其與電網(wǎng)之間可能會形成串聯(lián)或并聯(lián)諧振。

影響因素：各逆變器的阻抗參數(shù)，系統(tǒng)阻抗。

危害程度：諧振可導(dǎo)致系統(tǒng)一定范圍內(nèi)過電壓和過電流，諧振過電壓危害設(shè)備絕緣并使小容量一步電機(jī)發(fā)生反轉(zhuǎn)，諧振過電流會引起PT熔件熔斷甚至燒毀PT。

1.3 含大量分布式電源及儲能的配電網(wǎng)

-?分布式微源特性影響

-?電流諧波呈現(xiàn)寬頻域、高頻次等特征

-?線路分布電容的影響

-?分布式電源、儲能與配電網(wǎng)諧波交互影響

1.4含多分布式電源及儲能的微電網(wǎng)

-?內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋸?fù)雜，能量雙向流動

-?多逆變器并聯(lián)環(huán)流問題

-?微網(wǎng)多逆變器耦合交互分布式電源、儲能與配電網(wǎng)諧波交互影響

2.分布式儲能并網(wǎng)對配電網(wǎng)繼電保護(hù)的影響

2.1 對電流保護(hù)的影響

儲能具有功率雙向流動特性，大量儲能并網(wǎng)將使配電網(wǎng)將成為一個多電源系統(tǒng)，潮流不再單向地從變電站母線流向用戶負(fù)荷，原有的保護(hù)配置可能不能滿足新情況的要求，從而引起繼電保護(hù)的失效、誤動或拒動。

-?導(dǎo)致保護(hù)的靈敏度降低及拒動

-?導(dǎo)致本線路保護(hù)誤動

-?導(dǎo)致相鄰線路的瞬時速斷保護(hù)誤動

2.2 對自動重合閘的影響

2.2.1非同期重合：

當(dāng)故障出現(xiàn)在系統(tǒng)電源和儲能之間的線路上時，若儲能處于放電狀態(tài)且未能在重合閘動作前退出，或者再并網(wǎng)動作與配電網(wǎng)重合閘時間不配合，將可能在自動重合閘動作時造成非同期合閘，導(dǎo)致重合閘失敗。

2.2.2故障點電弧重燃：

當(dāng)斷路器跳閘后，若分布式電源不能及時解列，分布式電源仍然向故障點提供電流，電弧持續(xù)燃燒，故障將繼續(xù)。

二、分布式儲能的優(yōu)化配置

1.電能質(zhì)量改善措施

1.1針對儲能并網(wǎng)產(chǎn)生的諧波問題，可安裝濾波設(shè)備;

1.2針對儲能與分布式電源形成諧波諧振的問題：

-?安裝抑制阻尼裝置

-?儲能與分布式電源的阻抗參數(shù)協(xié)同設(shè)計

-?儲能接入位置的優(yōu)化設(shè)計中考慮接入位置對系統(tǒng)等效阻抗參數(shù)的影響

2.限制儲能電站接入用戶的規(guī)模

2.1線路容量限制

Q/GDW 564-2010 《儲能系統(tǒng)接入配電網(wǎng)技術(shù)規(guī)定》規(guī)定：“200kW以上儲能系統(tǒng)宜接入10kV（6kV）及以上電壓等級配電網(wǎng);200kW及以下儲能系統(tǒng)接入220V/380V電壓等級配電網(wǎng)”。

2.2電能質(zhì)量要求

Q/GDW 564-2010 《儲能系統(tǒng)接入配電網(wǎng)技術(shù)規(guī)定》規(guī)定：“儲能系統(tǒng)接入配電網(wǎng)后公共連接點處的電能質(zhì)量，在諧波、間諧波、電壓偏差、電壓不平衡、直流分量等方面應(yīng)滿足國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求。

2.3技術(shù)經(jīng)濟(jì)考慮

應(yīng)用于分布式發(fā)電的儲能系統(tǒng)容量應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)啬茉礂l件、氣候特點、負(fù)載的電能需要和所配儲能電池的技術(shù)特性來綜合優(yōu)化考慮。

3.儲能系統(tǒng)對于配電網(wǎng)的支撐作用分析

3.1削峰填谷，改善負(fù)荷特性

儲能系統(tǒng)接入的總能量越大，其削峰填谷的作用越明顯，饋線的峰谷差改善程度也越大，當(dāng)儲能系統(tǒng)接入的總能量超過饋線的理想削峰能量時，可以使得饋線峰谷差為零。

3.2提高電壓質(zhì)量

儲能系統(tǒng)的引入可以有效抑制分布式能源的功率波動和不規(guī)則啟停對于配電網(wǎng)供電電壓質(zhì)量的影響，提升網(wǎng)絡(luò)的電壓水平：

4.提供功率主動調(diào)節(jié)能力

儲能系統(tǒng)兼具充電和放電能力，并且包含一定的存儲能量，其旋轉(zhuǎn)備用的范圍很廣，包括正的發(fā)電調(diào)節(jié)能力和負(fù)的充電調(diào)節(jié)能力，因而可以賦予配電網(wǎng)靈活的功率主動調(diào)節(jié)能力，是系統(tǒng)運行主動性的體現(xiàn)。但儲能系統(tǒng)賦予配電網(wǎng)的這種功率主動調(diào)節(jié)能力一方面受到儲能系統(tǒng)自身的能量限制，另一方面也受網(wǎng)絡(luò)潮流（包括節(jié)點電壓和支路電流）的約束，因而與儲能系統(tǒng)的接入位置息息相關(guān)。

5.配電網(wǎng)儲能系統(tǒng)多目標(biāo)優(yōu)化配置

5.1為了主動配電網(wǎng)對于間歇性能源的完整消納，儲能系統(tǒng)的總?cè)萘恐祽?yīng)該不小于間歇性能源的容量之和減去饋線的最小負(fù)荷值;

5.2為了不對主動配電網(wǎng)的運行帶來很大影響，每個節(jié)點配置的儲能單元容量值不應(yīng)超過其允許值;

5.3為了不對上級電網(wǎng)造成大的沖擊以及考慮到儲能系統(tǒng)的建設(shè)及安裝成本，儲能系統(tǒng)的總?cè)萘恐祽?yīng)該不大于上級變壓器容量的25%。

三、總結(jié)

隨著分布式電源的廣泛應(yīng)用、電動汽車的不斷推廣，使得未來配電系統(tǒng)對儲能的需求越來越大。儲能技術(shù)對解決電力系統(tǒng)的供電壓力，改善電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，提高供電質(zhì)量提供了新的思路和有效的技術(shù)支持。儲能技術(shù)在配電網(wǎng)中的應(yīng)用能夠為電網(wǎng)運營商及用戶帶來諸多效益，成本暫時阻礙了其發(fā)展和推廣，大規(guī)模儲能技術(shù)應(yīng)用水平與電力系統(tǒng)的巨大需求之間仍存在一定差距。

四、未來展望

儲能系統(tǒng)功能由單一化走向多元。單一儲能元件的特性難以滿足電力系統(tǒng)對于儲能的要求，兼具高功率密度與高能量密度的多元混合型儲能技術(shù)將是未來發(fā)展方向。在儲能技術(shù)中，各種形式能量的相互轉(zhuǎn)換非常重要，必須解決大容量、快速、高效、低成本能量轉(zhuǎn)換技術(shù)的問題，電力電子技術(shù)將成為研究的重點。儲能技術(shù)的應(yīng)用場合多樣性及多元儲能系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制等問題，使得對于其控制策略的研究尤為必要。

參考文獻(xiàn)

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[4]?《電網(wǎng)側(cè)分布式電池儲能技術(shù)應(yīng)用及商業(yè)模式》?張中青?中國電力出版社

作者簡介：張科技，男，1982.5.4，漢族，江蘇省南京市，本科，工程師，研究方向：電氣工程設(shè)計。