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基于大规模储能系统的智能电网兼容性研究

CRG一般通过特（超）高压、远距离、大容量输电通道接入负荷中心（即大型 受端电网）。CRG的大规模接入将对节能减排、能源结构优化起到重要而积极 的作用，但在实际并网过程中，以下影响不容忽视： 1）风力和太阳能发电的间歇性将会使发电容量预测变动区间增大，且电源 与负荷分属不同区域，很 难协调调度，因此，CRG接入会使大电网的安全稳定运行、统一调度控制以及受 端电网低谷调峰（甚至出现负调峰）面临严峻考验， 2）CRG采用大量的电力电子型电源，直接接入极易引起谐振，并造成谐波污 染。 3）相比于传统电源，CRG故障概率与检修频率会比较高。因此，受端电网应 具备应对短时间缺失大容量输入电源的能力。

CRG 般通过特（超广高压、远距离、大容重输电通道按入页荷中心即大型 受端电网）。CRG的大规模接入将对节能减排、能源结构优化起到重要而积极 的作用，但在实际并网过程中，以下影响不容忽视： 1）风力和太阳能发电的间歇性将会使发电容量预测变动区间增大，且电源 与负荷分属不同区域，很 难协调调度，因此，CRG接入会使大电网的安全稳定运行、统一调度控制以及受 端电网低谷调峰(甚至出现负调峰）面临严峻考验。 2）CRG采用大量的电力电子型电源，直接接入极易引起谐振，并造成谐波污 染。 3）相比于传统电源，CRG故障概率与检修频率会比较高。因此，受端电网应 具备应对短时间缺失大容量输入电源的能力。 2 大规模ESS接入及其配置原则 集中式大型储能系统（mass energy storagesystem,MESS）可以称之为 大规模ESS，小容量分散式储能系统（distributedenergystorageSystem，D ESS）虽然单体容量小，但是由于其在配电网中大量分布，同样也是一种大规模E SS。 相较于传统的铅酸蓄电池等小容量储能装置，当前开发的新型ESS包括钠 硫、镍氢、液流电池以及超导磁能储存器、超级电容器等，存储容量更大，充放电 速度更快，与电网和用户的配合更好。 与抽水蓄能电厂相比,DESS/MESS对建造环境要求低，可就地布置，适用 于城网储能，同时，存储容量范围大，响应速度快，且有瞬间数倍存储释放能力，可贯 穿应用于整个用电系统（如图1所示)

集中式大型储能系统（massenergystoragesystem，MESS）可以称之为 大规模ESS，小容量分散式储能系统（distributedenergystorageSystem，D ESS）虽然单体容量小，但是由于其在配电网中大量分布，同样也是一种大规模日 SS。 相较于传统的铅酸蓄电池等小容量储能装置，当前开发的新型ESS包括钠 硫、镍氢、液流电池以及超导磁能储存器、超级电容器等，存储容量更大，充放电 速度更快，与电网和用户的配合更好。 与抽水蓄能电厂相比,DESS/MESS对建造环境要求低，可就地布置，适用 于城网储能，同时，存储容量范围大，响应速度快，且有瞬间数倍存储释放能力，可贯 穿应用于整个用电系统（如图1所示)

图1ESS的能级与应用 Fig.1ESSlevels and itsapplication

目前，10kW级液硫电池示范工程和镍氢电池示范工程已在国内试点投入 运行，兆瓦级钠硫电池的城网ESS的应用研究也在积极开展之中。 2.1大规模ESS对提高智能电网兼容性的分析 大规模ESS接入电网，并实现DG/CRG有效协调，将会给整个电网带来深 刻的影响，可提高智能电网的兼容性。 1）对电网的紧急支援作用。当大容量区外受电通道（包括远距离CRG）和大 容量本地机组突然中断时，安装于发电侧或受端侧的电能量型MESS可迅速响 应，释放数倍的电力。例如，在未来的MESS设计中，100MW级的钠硫城网ESS 可瞬间释放500MW的电力。这样可极大地减轻受电通道或本地机组突然中 断对系统造成的冲击，甚至可以短时间支撑系统继续运行。同样，当配电网因某种 故障或台风等自然灾害造成大量DG中断时，DESS可迅速发挥重要的电源支 撑作用。 2）对系统的稳定作用。通过DESS/MESS的能量存储和缓冲输出，可使D

G/CRG即使在负荷波动较快和较大的情况（系统达到峰荷时）下，仍能够运行在 一个稳定的输出水平。 3）对可再生能源发电的补充作用。适量储能可以在DG/CRG单元不能正 常运行(新能源无法发电或波动较大）的情况下起到过渡作用。例如，利用太阳能 发电的夜间、风力发电在无风的情况下、其他类型的DG/CRG单元处于维修期 间，这时系统储能可起到过渡和缓冲作用。 4）对可再生能源发电的协调控制作用。新型储能与可再生能源发电一一对 应布置，使得不可调度的DG/CRG发电单元能够作为可调度机组单元运行，实现 与大电网的并网运行，必要时提供削峰填谷、紧急功率支持等服务。 5）对电网运营商与自备DG用户的有效协调作用。当负荷低峰或配电网故 障需要DG退出运行时，用户可将电能储存在储能装置中；当负荷高峰或故障排 除后，用户可将电能从储能装置中释放，实现电网运营商向自备DESS用户储能 电力的征用或自备DG用户向电网运营商的逆向售电。

ESS兼容可再生能源发电的配置原则

根据总装机容量和当地电网的实际情况选择合适的接入电压等级，DG接入 电压等级参见表1

表1DG接入电压等级 Table1VoltagelevelsforDGconnecting

CRG一般离负荷中心比较远，将通过远距离、大容量的交直流输电通道接入 受端电网，其接入的电压等级一般为特高压（800kV及以上）和超高压(500kV/ 220kV）等级。与CRG配合的MESS的接入电压等级应为220kV及以上。 DG和DESS接入电压等级较低，如果传输距离远，会导致线损率过大，因此 在进行DG/DESS布点规划时，应该尽量使区域发电量小于区域负荷量，满足就 地平衡的原则。 与DG相比，CRG接入电压等级高，提供的容量也很大，但是相对传统发电 ，发电量波动范围大，只有与MESS配合后，才具备大规模接入的条件。气象的 多变决定了CRG和MESS的调度与控制应具备实时性；传统调度应转向调度加 实时控制的模式.实现调度控制一体化

接入特高压等级的CRG，原则上可由国家级或区域级调度进行调度控制；接 入超高压等级的CRG，原则上可由区域级或省（自治区、直辖市）级调度部门进行 调度控制；10MW及以上的DG可由所属地区的地调管辖；10MW以下的DG 可由所属县调管辖。 随着可再生能源发电和储能技术的飞速发展，DG/DESS将在用户侧广泛 应用。因此，考虑智能电网配置原则，还要兼顾电厂、电网和用户，使得三者有效兼 容

智能电网兼容性解决方案

DESS/MESS与DG/CRG接入电网，在电压和容量匹配以及优化配置的 基础上，将改变智能电网的网架结构、运行方式，同时要求智能电网的调度控制模 式也应根据电压和容量等级进行统一调度和分级管理，以实现智能电网协调兼容 性与安全经济性的统一.提高电网供蓄能力

以典型的受端电网为例，如图2所示，设计一种基于CRG2MESS的未来智 能电网主网供蓄配置方案。 1）在特（超）高压、远距离、大容量受电通道两侧配置一定容量的MESS 该受电通道输送CRG或坑口火电厂的发电电力； 2）在本地电网大容量发电机组接入的升压侧配置MESS； 3）在220KV及以上枢纽变电站内配置MESS。与CRG配套建设的MES S，可以保证CRG持续稳定的功率输出，在容量设计时，要考虑到CRG高检修频 率、输出功率波动大的特点

图2主网不间断供电大容量ESS接入方案 Fig.2HighvoltagelevelconnectionforMESS

区内外电厂配置MESS主要作为备用容量以代替传统的备用机组，实现正 常情况下的调峰作用和故障下的备用功能。 位于城网分区与变电站间的MESS，在容量设计时，要注重短时间大功率的 输出特性，在故障发生后，能够短时间内支撑电网运行，防止连锁反应导致故障扩 大，造成大规模停电。 在主网的区外受电通道、大容量发电机组和枢纽变电站内配置MESS，主事 是通过省（自治区、直辖市）级及以上调度部门的统一调度控制，并有效发挥ME S及其功率调节系统的快速响应能力，实现主网不间断供电功能，有效减弱或消 除大扰动对大电网造成的影响，确保电网安全稳定运行。

未来智能配电网结构中，低压配电网将吸纳分布广泛、单机容量跨度大、总 体数量多的用户侧DG，需要对DESS进行优化配置以增强配电网的供蓄能力， 其基础通信设施应支持用户侧与供电侧间的互动协调。 将集中的配电负荷、DG构成微网是国内外近几年的研究热点。文献[8211 描述了微网的几个主要特征：在电气结构上，微网通过关键断路器接入电网；微网 依靠智能控制器作为核心智能控制器：智能控制器可以从供电可靠性、经济性和

环保的角度协调微网间和微网与大电网间的能量管理。 如图3所示，大量DESS接入配电网后，在用户终端的DG和DESS上，均配 备可记录双向潮流的智能表计。智能控制器可通过光纤或电力载波实现与配电终 端用户、DG、DESS间的通信。 配电网DG相对于主网CRG，容量较小，但是方式更灵活，容量设置遵循"接 地平衡"的原则，可有效提高能源利用效率，拓展配电网运行方式，是未来智能配电 网结构中不可或缺的一环。分散布点于微网末端的大量用户自备DG，在与DES S相结合后.将会使未来智能配电网单元一微网的能源结构发生根本性变革

jc∕t 317-2011 混凝土用粒化电炉磷渣粉图3微网内部组成以及与外网接口 Fig.3Architectureandinterfaceofmicrogrid

在正常运行状况下，介于DG与电网间的DESS能够大大缓解DG对电网 造成的冲击，发挥缓冲器作用。智能控制器可以根据微网系统自身的状况，决定储 能装置处于充电负荷还是放电电源的状态，并记录潮流流向，为计价系统提供数据 例如，在用电高峰期，自备DG用户可以选择自备DESS作为电源。这样对用户 来说，节约了用电成本；对供电公司来说，实现了削峰填谷的目标，发挥了类似抽水 蓄能的作用。 当微网内部处于故障状态时，智能控制器可以自动切除故障，DG停止运行。 智能控制器控制关键断路器断开，将微网从电网中隔离，在不违反规定的基础上， 根据实际运行状况.采用DESS作为电源或维持远离故障点的DG继续为用户提

供满足电能质量要求的电力供应，实现微网不间断供电功能