不同电压等级电网电力储能技术应用

不同电压等级电网电力储能技术应用

刘旭辉,李高涛

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【摘要】在经济、技术方面，分析电力储能技术在不同电压等级配电网中的应用状况，阐述多种电力储能技术的不同特征，我国电力系统的实际需要。

【关键词】电力储能技术，不同电压，控制技术，网络系统

电力系统的负荷一般情况下都会有峰谷差，电力系统自身需要有足够的被用电容量才可以满足用电较多时间段负荷的需求。电力储能中引进电力系统之后，则能够达到需求侧管理的目的，将负荷日夜之间的峰谷差消除掉，不但能够有效降低供电投入的资金，提升电力设备使用率，还能够提升电力系统对于分布式新能源发电电源的接受能力，也可以将其作为提升电力系统调整频率以及补偿负荷波动与运行更加稳定的一种方式。电力储能技术的使用必定可以给传统的电力系统规划、调度以及控制和设计等多个方面带来较大程度的革新。本篇文章主要介绍了电力储能技术在配电网中的使用情况，并分析电力储能技术在不同电压等级配电网的使用情况。

一、电力储能技术

传统的电力储能技术主要以电化学储能以及蓄水储能为核心，多种新型的电力储能技术随着我国针对储能行业的高度重视和技术快速革新以及制造工艺的持续推进也已经被实际工程中广泛运用，并且在电力系统多个工序中挥发着较为主要的作用。可以将电力储能技术通过其自身的能量转换机制分值为三个种类：①化学储能；②物理储能；③其他储能。其中化学储能实际上就是利用储能材料相接触时发生化学反应,而通过热能与化学能的转换储存能量储存起来。被认为现在综合性能较好的电池体系就是磷酸铁锂电池，磷酸铁锂电池已经被储能电站广泛应用，并且磷酸铁锂电池已经快速发展为新一代电源，一般用在电动车以及混合动力车和信息通信与航空航天等多个领域内。磷酸铁锂电池的主要特点就是可循环使用并且可使用年限较长、体积较小并且重量较轻、能量密度较高，但是磷酸铁锂电池的制作成本较高，其容电量也会随着时间延长而变小，并且不能长时间的对其充电。水溶液中含有了钒离子，在全钒液流电池中做储能介质。水溶液中的钒离子价态是能够转变的，电能和化学能之间形成转变离不开钒离子的价态变化，可以满足电力储能技术中充电和放电的转变。这种方式的主要特点就是安全性较高且容量交大、可使用的年限较长等，但是其投入资金较高，受钒价格的转变影响较大。超级电容能够达到多个领域的需求，现在使用领域以及市场规模都呈持续增长的趋势。超级电容的主要特点就是响应速度较快，且工作温度范围较广、输出功率较高且不用刻意进行维护，但是一旦使用不当的话，则会导致电解质泄漏。物理储能中飞轮储能最为广泛，其是利用互逆式双向电机来完成电能与高速旋转飞轮的机械能之间相互转换的一种储能技术。飞轮储能是一种纯物理储能技术，以传统化学储能有着根本上的差异。当电力处在富裕的情况下，电能会驱动飞轮进行高速的旋转，从而将电脑转变为机械能来进行储存；而当系统需要电脑的时候，飞轮会减速，电动机成为发电机，利用飞轮的动能来转换电能。飞轮醋能是利用转子的加速与减速来实现电能的存储与释放。在1990年代的时候，飞轮储能技术得到了飞速发展，逐渐衍生出了诸多高性能产品，能够按照转子旋转速度、材料、轴承的不同，划分为低速飞轮与高速飞轮。在电力系统中，高速飞轮主要用于调频，该技术与产业大多集中在美国。目前，国内在轴承以及转子等关键方面的技术研究也有了巨大的进步，我国一些公司已经能够自主研发生产飞轮储能系统中的关键部件，例如转子、轴承、壳体等。但是大多数仍然停留在小容量试验阶段，尚未形成完整成熟的产品。

二、电力储能技术的发展状况

中国的电力储能行业战略布局主要来源还是在2005年颁布的《可再生能源发展指导目录》；储能在2011年被写入“十二五”规划纲要中；2017年我国能源局颁布电力储能产业中第一个指导性的文件《关于促进储能技术与产业发展的指导意见》，文件中提出要在“十三五”阶段达到电力储能通过研发示范朝着商业化初级阶段过渡，在“十四五”极端达到商业化初级阶段朝着规模化推进转变。电力储能技术推进到现在，主要的科研投入还是在电化学储能范围之内，特别是全钒液流电池以及锂离子电池等多个方面的研发与使用已经达到国际化先进的水准。通过智利、美国和中国在最近几年实施的MW级电化学储能示范项目已经达到百项左右。

三、电力储能技术在不同电压等级电网中的应用

（1）高压配电网中的电力储能技术。通过大程度上的降低电力系统系统的运行效率达到用电较多阶段负荷需求的备用容量目的，这种方式不仅会造成资源的浪费，还会导致投资较高。电力储能系统在高压配电网中一般用在削峰填谷。一旦将电力储能装置在高压配电网中，则能够有效降低所需系统的备用容量，从而节约了电力设备的投入资金。通过大程度上的降低电力系统系统的运行效率达到用电较多阶段负荷需求的备用容量目的，这种方式不仅会造成资源的浪费，还会导致投资较高。电力储能系统在高压配电网中一般用在削峰填谷。如果在高压配电网中应用电力储能技术，则可以一定程度上的降低电力系统的最大发电处理。如果将电力储能装置应用在高压配电网中，能够有效降低所需电力系统的备用容量，还可以节约电力设备的投入。此外，在电力调峰中应用电力储能技术的话，就需要装置容量较大的电力储能容量。由此得知，容量越大的情况下，电力储能装置的控制以及制造难度就会更大。现在电力储能系统的造价还是比较高的，电力储能系统的投资可能会比电力系统备用容量的投资高。电力储能系统的安装位置以及容量大小需要依据优化目标以及负荷特点对其进行优化计算。高压配电网中的电力储能系统容量需要与电力系统所需备用容量进行技术的对比以及经济投入的对比。

（2）中压配电网中的电力储能技术。在中压配电网中使用电力储能技术通常是为了提升中压配电网中调度电能量的能力，还为了能够对间接性分布式电源的处理波动进行控制调节，通过这种方式可以提升中压配电网接受分布式电源的能力。中压配电网中的风力发电以及光伏发电等新发电能源的处理会受到自然条件的影响。中压配电网出力的波动会给配电网电能的质量带来一定的影响，尤其是在这种电源在电网中的渗透率到达某种程度的时候，不可以忽视电源给配电网电能质量带来的影响。完善这种分布式电源输出频率质量以及电压质量的重要方式就是使用电力储能系统在中压配电网中，并且还可以加强这种分布式电源以及电网并网运行过程的可靠度。能够解决电网电压涌流以及跌落和瞬时供电中断等多种动态形式的电能质量问题的手段就是让分布式发电单元与电力储能系统同时运行，并且还要对它们进行控制。电力储能技术可以将不可调度的分布式发电单元转变为可调度机组单元运行，达到了和大电网的并网运行目的，电力储能系统可以给电网售电，给电网供给紧急功率支持以及削峰等服务。如拥有风能以及太阳能等间接性新能源发电单元者不可以制作发电方案，但是电力储能系统的应用就能够在特指期间供给所需电能，并且不需要顾及这种发电单元发出电能的多少，电力储能系统的调节控制下就可以根据刚开始预定的多种发电规划实行发电。如果中压配电网中的电力储能系统容量配置不达标的话，则会导致经济不平衡，电力系统调度的灵活度会随着电力储能系统的容量增大而随之提高，拥有间歇式新能源发电单元者则能够得到较多的利润；但是投入资金量也会随着电力储能系统容量的增大而增多。所以，有必要利用相应的技术经济进行分析，在投入者与两者之间找出最优异的经济平衡点。

（3）低压配电网中的电力储能技术。电力储能系统用在低压配电网中，主要是用在电量使用者领域中，因此电力储能系统是电力系统实行需求侧管理的一种技术手段，可以用在提升电能质量以及供电可靠度层面上，也可以将其用作紧急电源，比如微网中的电池系统。①需求侧管理。电力系统中的需求侧管理会通过运用一定的方案从而指引消费者最后转变能源的使用方式。电力储能装置是电能量的储存设施，电力储能装置转变了用电需求以及发电同时性的需求，电力储能装置是利于需求侧管理的一种技术方案。并且需求侧管理能够一定程度上的减少用于改善电能质量所需的电力储能系统的电容量。②紧急备用。不间断电源是紧急备用通常使用到的。电网出现故障并且分布式电源也不可以正常运行的情况下，比如风力发电在没有风的情况下或者其他种类的发电装置正在维护检查的情况下，电力储能系统则能够给人们供给电能。电力储能系统的电容量装置是根据负荷需求决定的。由于现在电力储能系统的价格较贵，因此电力储能系统一般都是装置在部分重要的电力使用人员领域中，例如医院以及政府等重要单位。③提高电能质量。电力储能系统装置在用户侧，不仅可以一定程度的提升电能的质量，还可以提高电力储能系统的供电可靠度。针对电力储能技术而言，现在能够使用电力储能装置给用电人员供给不间断高质量的供电电源，用电人员还能够自行决定向电网回馈电能或者利用配电回路从电网获得电能。

四．结语

本文对电力储能系统在不同电压等级配电网中的使用进行了分析。

（1）我国在以后的配电网设计中，需要对电力储能系统给分布式电源在电网的渗透率以及需求侧管理和负荷特性等多个方面带来的影响进行着重考虑。

（2）故障限流器自适应偏置电流控制系统，选取两个神经网络依次针对磁控开关型故障限流器达到自适应在线识别以及自适应控制功能的目的，让它对限流器运行的参数转变进行跟踪记录，达到磁控开关型故障限流器能够更快的偏置电流控制，能够保障短路电流限制更快更精准。