储能系统在微网应用领域的探讨

1.促进分布式可再生能源并网装置接入

按照我国《可再生能源中长期发展规划》，力争到2020年使可再生能源消费量达到能源消费总量的15%。除了大容量的风电场、光电站这样的集中式可再生能源并网发电设施外，分布式的可再生能源发电设备也是另一种重要的发展模式。而由于分布式可再生能源并网装置的间歇性发电特性，目前的配电网无法应对分布式电源的高渗透率接入。含储能系统的微网可以平滑分布式可再生能源装置的出力波动，在解决间歇性的分布式电源接入问题中表现出了极大的潜能。

2.负荷中长期平衡

随着经济发展和人民生活条件的不断改善，尤其在都市区域，如空调器用电、电动汽车充电这样的负荷不断增加，电网短时间的尖峰负荷容量将越来越大，出现时间也有可能变得难以预测。若按照传统的增加发/输/配电设施容量的方法来满足尖峰负荷的要求，将不具备经济性，甚至在日趋成熟的城市区域将根本不具线路改造、扩容的可行性。利用含储能系统储存非高峰时段电能，同时充分调动分布式电源和负荷参与系统调峰，则能够有效缓解负荷的峰谷差，减轻调峰电厂的压力，提高现有馈线输送的总电量，有助于解决负荷的中长期平衡问题。

3.供需平衡快速跟踪

微网由于系统容量偏小、缺乏电气惯性、旋转设备调节出力速度缓慢等原因，对负荷的波动变化相对敏感。引入可再生能源后，随着外界条件的变化，小型风电/光电设备的出力短期也有可能存在较为剧烈的波动。在面对此类短时间的负荷波动和出力波动时，往往会出现频率或电压偏移情况，造成诸如短时电压跌落、频率波动、电压闪变等电能质量问题。对于这样的短期有功、无功波动造成的问题，利用储能系统，有望对负荷和分布式电源出力进行更为有效的跟踪，提高微网的电能质量，减少对配电网的不利影响。

4.电能质量调节

在传统的大电网中，可以通过同步发电机调相的方式来为系统提供无功，而在微网中，由于缺少旋转设备，而单纯的基于电力电子技术的并网变流器也不具备无功调节功能，故必须将储能系统有效地引入到微网中，才能为微网提供必要的无功支撑。同时微网由于含有大量电力电子装置以及单相负荷与单相微型电源，所以在电能质量方面需应对更多的挑战。而储能系统的并网功率变流器（Power Conversion System，PCS）本身具备四象限运行能力，与储能元件结合后还可以执行电能质量调节功能。

5.应急供电与备用

2008年初我国发生的冰冻灾害，以及日本福岛核危机等突发事件，不断提醒人们应急供电的重要性。而在一些特殊应用或关键应用场合，如都市高层建筑水泵和通风设施、电信通信中心、银行数据中心、云计算基础设备、关键军事设备等，对供电的可靠性要求更加严格。利用日益发展的储能技术，结合微网技术，可以取代传统普通UPS和备用柴油发电机组，进一步提高微网应急供电与备用的能力，这也是未来智能配电网提高自愈能力的重要措施。

6.弹性负荷

随着电动汽车的日益发展，基于电动汽车动力电池的充/换电站有望得到普及。由于我国庞大的汽车保有量，即便是一个百分点的电动汽车比例也将形成相当可观的负荷容量。而电动汽车充/换电站既可视为分布式的储能装置也可以视为电力负荷，在控制上具备一定的弹性。这类弹性负荷的出现对传统电网既是挑战，也是可利用的资源。其负荷特性优于一般的可中断负荷，可利用直接负荷控制、需求侧竞价等方式参与到微网的调峰控制与应急控制中。

7.个性化用电

在部分特殊应用场合，比如工业用电、偏远地区独立供电、移动式电站等，储能系统需要在这些区域性电网中承担更为关键的角色。如轧钢机在咬钢、抛钢过程中的功率冲击，电力机车加速、减速中的巨大负荷波动等，都容易造成电压波动与频率偏移，严重时会直接影响到整个区域供电系统中关键配电站的安全运行，进而影响到整个工厂或轨道沿线区域的供电。

8.微网黑启动

自启动能力是微网从故障状态逐步恢复至工作状态的重要能力。通过旋转设备，如柴油发电机、燃气轮机均需要几分钟到几十分钟的冷启动或者热启动时间。利用储能系统中储存的能量，通过并网功率变流器PCS可以在ms级别完成储能系统的自启动。因此储能系统对微网内恢复用电，逐步支持整个微网的恢复运行具有重要的作用，也是提高未来智能电网自愈能力的体现。(www.xing528.com)

微网的设计要求包括：

1）系统并网运行时，微网与大电网无缝集成；

2）遇紧急情况，微网可自适应孤岛化运行；

3）功率平衡、电压频率正常。

随着微网内的风力发电、光伏发电等可再生能源渗透率的提高，为了满足微网的设计要求，在并网或离网情况下实现功率平衡、电压频率正常，需配备一定的储能系统，平衡可再生能源的随机波动、改善电能质量及维持系统稳定。分布式电源和储能系统的配置比例及协调控制，是决定微网是否正常、稳定、高效、经济运行的关键。

在微网内配置储能系统的设计流程如图5-7所示，所需考虑的约束要素主要有以下几种：

1）系统负荷需求、供电可靠性；

2）电能质量、电压、频率、潮流等；

3）结合日照度、风速等配置风电、光伏容量；

4）储能电池特性及其充放电控制策略；

5）经济性约束，以最小成本为优化目标；

6）综合考虑风光互补特性和不同储能类型运行特性。

图5-7 储能系统规划设计流程图