儲(chǔ)能在新能源、分布式電源與電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展中的作用

孫濤，姚健，周玉，楊健，周倩

（國(guó)網(wǎng)吳忠供電公司，寧夏 吳忠 751100）

0 引言

目前我國(guó)的分布型電力市場(chǎng)已經(jīng)形成，并且正在逐漸完善，但是在這個(gè)過(guò)程中仍然有很多的不足。而分布式電源的發(fā)展可以有效解決這些難題。一方面，分布式電源的容量大小決定了其能夠?yàn)橛脩籼峁┴S富的電能；另一方面，由于分布式供電系統(tǒng)的規(guī)模較大，因此對(duì)電網(wǎng)的影響也會(huì)很大。

1 光伏發(fā)電技術(shù)

太陽(yáng)能發(fā)電是利用太陽(yáng)輻射的能量直接將光能轉(zhuǎn)換為電能的過(guò)程：在光照充足的情況下，通過(guò)光電效應(yīng)將光能轉(zhuǎn)化為電能，是目前應(yīng)用最廣的一種發(fā)電方式。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，新能源的開(kāi)發(fā)與使用越來(lái)越受重視，特別是在分布式電源中，其優(yōu)勢(shì)尤為明顯[1]。分布式電源主要有以下幾種:（1）單晶硅、多晶硅、非晶薄膜電池。單晶硅的優(yōu)點(diǎn)在于它的成本低，但它的缺點(diǎn)就是價(jià)格昂貴。非晶體材料的發(fā)熱量大，且不穩(wěn)定，所以不適合大規(guī)模的生產(chǎn)；（2）多晶硅和非晶體復(fù)合組件。多晶體的優(yōu)點(diǎn)是具有高熱穩(wěn)定性，可用于大容量的儲(chǔ)能系統(tǒng)，但也存在著質(zhì)量要求高，造價(jià)貴，效率低等問(wèn)題。（3）陣列型。由于其獨(dú)特的特性使之成為最理想的儲(chǔ)電設(shè)備，如超級(jí)電容器、并網(wǎng)型、雙極板、雙床板、變流裝置等。這些都將使得分布式電源的規(guī)模日益擴(kuò)大。

2 光伏電站的發(fā)展

光伏發(fā)電是一種利用太陽(yáng)輻射能量進(jìn)行電能傳輸?shù)男滦碗娏夹g(shù)，它具有效率高、成本低和無(wú)污染等特點(diǎn)[2]。（1）太陽(yáng)能電池的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用。在陽(yáng)光充足的地區(qū)，可建造獨(dú)立的光伏電站，并將其與電網(wǎng)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了分布式供電。目前我國(guó)的太陽(yáng)能組件主要集中在東北和華北，但由于地域遼闊，各地區(qū)的氣候條件不同，導(dǎo)致了各自的光照強(qiáng)度也各不相同。為了滿足當(dāng)?shù)氐男枨笠约敖?jīng)濟(jì)的發(fā)展需要，可以建設(shè)大型的分布式電源，并將其接入配電網(wǎng)絡(luò)，從而解決了分布式電源的不足之處。（2）分布式電源的發(fā)展及應(yīng)用。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，人們對(duì)能源的要求越來(lái)越高，而可再生能源的發(fā)展則成為提高能源的品質(zhì)、改善環(huán)境的有效途徑。因此世界各國(guó)都加大對(duì)新能源的研發(fā)力度，其中包括風(fēng)能、地?zé)崮艿?。這些新的清潔型能源被用于電網(wǎng)中，大大改善了環(huán)境質(zhì)量，促進(jìn)了人與自然的和諧發(fā)展。

3 新能源與分布式電源的效益

（1）新能源與分布式電源的協(xié)同發(fā)展。在儲(chǔ)能技術(shù)方面，分布式電源與電網(wǎng)的合作，可以實(shí)現(xiàn)新能源和分布式電源的互補(bǔ)性，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，同時(shí)也降低成本。例如:在發(fā)電側(cè)，可通過(guò)對(duì)儲(chǔ)能裝置進(jìn)行優(yōu)化，使其能夠滿足負(fù)荷的需求；在配電側(cè)，可分散地接入網(wǎng)進(jìn)線，使其具有獨(dú)立的配電能力，從而減少了配電網(wǎng)的建設(shè)投資，節(jié)約資源。（2）促進(jìn)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)。分布式電源的發(fā)展，不僅有助于推動(dòng)工業(yè)的進(jìn)步、改善環(huán)境，還有利于國(guó)家的工業(yè)化進(jìn)程。比如:風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展是一個(gè)很好的機(jī)遇；太陽(yáng)能的開(kāi)發(fā)利用是個(gè)很大的領(lǐng)域。因此，分布電站的出現(xiàn)將極大地改變世界的生產(chǎn)方式，它將會(huì)成為未來(lái)的主要能源。（3）減輕對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響。隨著化石燃料的日益消耗，全球變暖的趨勢(shì)越來(lái)越嚴(yán)重，而我國(guó)的電力供應(yīng)仍然以煤炭為主，而煤燃燒排放的CO2占到全國(guó)總?cè)济嚎偱懦隽康囊话胍陨?，這就意味著溫室氣體將大量增加[3]。

4 儲(chǔ)能在新能源、分布式電源與電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展中的應(yīng)用策略

儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展，為解決大規(guī)模能源開(kāi)發(fā)對(duì)傳統(tǒng)電網(wǎng)的沖擊問(wèn)題提供了新的思路與途徑。然而由于分布式電源的隨機(jī)性、不穩(wěn)定性以及在電網(wǎng)中的局部潮流可能會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)的電壓波動(dòng)，從而影響到整個(gè)電力網(wǎng)絡(luò)的平衡和安全。因此需要考慮分布電源與電網(wǎng)的協(xié)調(diào)控制[4]。

4.1 新能源、分布式電源與電網(wǎng)協(xié)調(diào)技術(shù)

協(xié)調(diào)技術(shù)是指解決系統(tǒng)中存在的問(wèn)題與矛盾，使之能夠達(dá)到最優(yōu)的狀態(tài)或效果。新能源分布式電源與電網(wǎng)的協(xié)調(diào)技術(shù)主要包括：①優(yōu)化控制策略。在傳統(tǒng)的分布式電源的協(xié)調(diào)中，由于其自身的局限性，無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)區(qū)域的負(fù)荷預(yù)測(cè)，因此需要建立一個(gè)新的協(xié)調(diào)模型，來(lái)進(jìn)行合理的調(diào)控；而對(duì)于分布式發(fā)電，其具有分散性，且難以確定準(zhǔn)確的數(shù)值；而在儲(chǔ)能的基礎(chǔ)上，可以采用智能算法，來(lái)對(duì)分布式電源的運(yùn)行方式以及容量等參數(shù)作出精確的計(jì)算和調(diào)整。②協(xié)同效應(yīng)。通過(guò)將分散式的分布電源的協(xié)調(diào)和管理模式相結(jié)合，將二者結(jié)合在一起，從而形成一種新型的網(wǎng)絡(luò)化協(xié)作的協(xié)調(diào)方法。該方法的基本思想是利用多目標(biāo)決策的原理及遞推關(guān)系的特點(diǎn)來(lái)處理多層次的復(fù)雜控制系統(tǒng)。該方法的優(yōu)點(diǎn)在于，它不僅僅適用于低功率的情況下，而且適用于大范圍的電網(wǎng)波動(dòng)的時(shí)候；同時(shí)，它還可用于小規(guī)模的不平衡的經(jīng)濟(jì)調(diào)度。

4.2 新能源、分布式電源與電網(wǎng)協(xié)調(diào)方案

根據(jù)上述協(xié)調(diào)方案，在新能源、分布式電源與電網(wǎng)的協(xié)調(diào)中，可以采用以下方式進(jìn)行協(xié)調(diào)：①建立一個(gè)新能源、分布式電源與電網(wǎng)的信息交流平臺(tái)，通過(guò)該系統(tǒng)對(duì)儲(chǔ)能技術(shù)和控制策略的研究分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)儲(chǔ)能的合理配置，并為未來(lái)的發(fā)展提供參考。②在原有的分散式發(fā)電模式的基礎(chǔ)上，將分散的分布式電源集中到一起，并利用分布控制器的智能化處理能力，提高了整個(gè)協(xié)作的效率；同時(shí)，將分布控制系統(tǒng)應(yīng)用于傳統(tǒng)的配電網(wǎng)絡(luò)，使其具有較高的靈活性，能夠滿足不同用戶的需求；最后，以分散式的光伏電站作為主要的接入點(diǎn)，來(lái)降低光伏的成本和容量?；谝陨蟽煞N形式的協(xié)調(diào)方案，本文提出一種新的思路即“多層次的協(xié)調(diào)”的新型電力供應(yīng)鏈協(xié)同設(shè)計(jì)。

4.3 分布式電源與電網(wǎng)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)

傳統(tǒng)能源分布式電源在設(shè)計(jì)與優(yōu)化時(shí)，需要考慮到分布式電源的成本和效率問(wèn)題，但分布式電源的規(guī)模小、容量大，且其對(duì)電網(wǎng)的影響較大，所以在協(xié)調(diào)控制策略的制定時(shí)，必須要充分考慮其對(duì)系統(tǒng)的整體效益。分布發(fā)電與配電的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)主要包括：①負(fù)荷預(yù)測(cè)。根據(jù)用戶的實(shí)際用電需求，通過(guò)建立電力市場(chǎng)的價(jià)格模型，并利用該模型計(jì)算出可接納的最大輸出功率。②確定協(xié)調(diào)的方法和技術(shù)。首先要選擇合理的協(xié)調(diào)方式，然后再進(jìn)行算法的研究；最后，將這些結(jié)果整合起來(lái)，得出一個(gè)完整的協(xié)調(diào)方案。由于本文所做的新能源儲(chǔ)能分析與配網(wǎng)規(guī)劃都屬于分散式情況下的集中型應(yīng)用，因此本章中所選取的典型工況均是由分散的儲(chǔ)能公司來(lái)負(fù)責(zé)。為了使新的資源得到有效的保護(hù)，以及提高整個(gè)區(qū)域的經(jīng)濟(jì)性，本章中的每個(gè)地方都有獨(dú)立的調(diào)度中心，并且各個(gè)機(jī)構(gòu)之間也有各自的管理權(quán)限。

4.4 分布式電源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)的分布式電源主要是由獨(dú)立的發(fā)電端和配電網(wǎng)構(gòu)成，在其設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要考慮到負(fù)荷的變化以及分布的不平衡性，因此在設(shè)計(jì)時(shí)，要充分結(jié)合新能源的特性與分布的不平衡性，對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化。①分散式的分布式電源這種方式的優(yōu)點(diǎn)是可以提高系統(tǒng)的靈活性，但是由于分散的影響因素，會(huì)使整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行成本增加。為了降低系統(tǒng)的整體投資，一般采用集中的分布模式。該方法的缺點(diǎn)是會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)的功率分配不合理，從而造成較大的能量損耗。②交流——直流的混合型分布式電源。該技術(shù)的應(yīng)用使得原有的以電機(jī)制工的供電體系發(fā)生了改變，由原來(lái)單獨(dú)為用戶提供給電能轉(zhuǎn)變?yōu)橐灾绷麟姍C(jī)為主，交流電機(jī)為輔。這樣一來(lái)，不僅能夠解決以往存在于大電網(wǎng)之間的問(wèn)題，還能滿足遠(yuǎn)距離輸送大功率負(fù)載，并且也能減少輸電線路上所產(chǎn)生過(guò)電壓對(duì)電力網(wǎng)帶來(lái)的不利影響。同時(shí)還簡(jiǎn)化了電路，節(jié)約資源，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效應(yīng)。

4.5 總體規(guī)劃

由于分布式電源的成本較高，且其對(duì)電網(wǎng)的影響也比較大，所以在未來(lái)的發(fā)展中，可以考慮新能源與分布式電源的協(xié)調(diào)發(fā)展。①建立協(xié)調(diào)的目標(biāo)體系 在制定協(xié)調(diào)發(fā)展的總體規(guī)劃時(shí)，首先要確定了整個(gè)電力系統(tǒng)的協(xié)調(diào)性，即在保證區(qū)域經(jīng)濟(jì)的快速穩(wěn)定增長(zhǎng)的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)對(duì)局部地區(qū)的約束作用。因此，需要構(gòu)建一個(gè)能夠充分利用現(xiàn)有的資源來(lái)滿足整體的可持續(xù)發(fā)展的協(xié)調(diào)模型。②將協(xié)同的數(shù)學(xué)理論運(yùn)用到分布式電源與電網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)中，并通過(guò)仿真技術(shù)驗(yàn)證算法的可行性和有效性。③將新能源接入到儲(chǔ)能裝置中，并進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)。當(dāng)出現(xiàn)負(fù)載變化時(shí)，作為一種重要的電能供應(yīng)方式，以維持其功率平衡。該方法的優(yōu)點(diǎn)是提高了儲(chǔ)能的使用效率，但也存在著一些不足之處，如無(wú)法實(shí)時(shí)監(jiān)控，并且容易受到天氣因素的干擾；當(dāng)負(fù)荷波動(dòng)導(dǎo)致的預(yù)測(cè)偏差較大時(shí)，會(huì)使實(shí)際的需求量與預(yù)期的容量發(fā)生偏離。

4.6 新能源并網(wǎng)協(xié)調(diào)方式

為了實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能與新能源并網(wǎng)運(yùn)行，必須在滿足系統(tǒng)對(duì)能量需求的基礎(chǔ)上，盡可能地降低風(fēng)電、光伏發(fā)電裝機(jī)容量，從而使其能夠有效地提高電網(wǎng)的容量與電能質(zhì)量。在儲(chǔ)能技術(shù)中，分布式電源的主要作用是為分布式電源提供穩(wěn)定的電力來(lái)源，以保證分布式電源的安全可靠的供電能力。

而傳統(tǒng)的配電網(wǎng)絡(luò)的協(xié)調(diào)方式是通過(guò)分散式的集中控制來(lái)完成的：①分散的負(fù)荷點(diǎn)之間的距離較遠(yuǎn)，因此需要將其接入到統(tǒng)一的調(diào)度中心，以確保用戶的用電的安全性和穩(wěn)定性。②分布的機(jī)組可以根據(jù)自身的負(fù)載性質(zhì)，靈活地選擇不同的配置形式，如采用單母線的方式進(jìn)行協(xié)調(diào)。③當(dāng)分布的發(fā)電機(jī)組不具備備用的條件時(shí)，可考慮由獨(dú)立的配電網(wǎng)來(lái)承擔(dān)備用任務(wù)。這種模式的優(yōu)點(diǎn)在于當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，整個(gè)電網(wǎng)的可靠性得到了很大的提升；但同時(shí)也會(huì)增加了對(duì)其他的部分造成影響的可能性。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在儲(chǔ)能技術(shù)的選擇中，負(fù)荷預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性是其核心內(nèi)容，而協(xié)調(diào)控制策略則是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。由于不同地區(qū)的實(shí)際情況差異，因此在制定合理的協(xié)調(diào)控制方案時(shí)，應(yīng)考慮到該地區(qū)的可再生能源的分布特性，并結(jié)合當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)發(fā)展水平，綜合分析，最終確定出最適合的協(xié)調(diào)控制方法。