新型电力系统特征与储能技术应用分析

新型电力系统特征与储能技术应用分析

苏涛

陕煤电力运城有限公司   山西 运城    044602

摘要：本文将以陕煤电力运城有限公司电储能调峰调频项目为例，分析了新型电力系统特征及对储能技术的要求，同时分析了新型电力系统下储能技术在二次调频系统、光伏发电系统、风力发电系统等方面的应用。

关键词：新型电力系统；特征；储能技术；应用

1 引言

党的十九届五中全会提出“创新、协调、绿色、开放、共享”的发展理念，2020年9月国家发改委联合国家能源局发布《关于加快推动新型储能发展的指导意见》，指出到2025年，实现新型储能全面商业化应用；到2030年，实现新型储能全面市场化发展。在此背景下，国家电网提出加快构建以新能源为主体的新型电力系统，逐步实现新能源在电力系统中占比超过50%。由此，强化对新型电力系统特征与储能技术的应用分析将具有重要意义。

2 新型电力系统特征

2.1 不确定性预测难度加大

风电和光伏等可再生能源发电机组的大面积并网，对新型供电系统所产生的不确定性影响程度日益严重。在地形地貌以及风速、风向、光辐射度、雾霾量等多重因素综合影响下，风电和光伏等可再生能源发电机组的预期功率一般会出现-30%～10%的偏差。可再生能源系统并网规模的扩大叠加其巨大的预期功率误差，进一步导致了新型电力系统中发电侧的不确定性因素不断增大。同时，由于科学技术的提高、社会经济的持续发展，相关能源价格的波动以及需求响应与管理手段的有效实施等多元因素的综合影响，想要精确预测新型电力系统中电力用户负荷也会变得更加困难。

2.2不确定性特点更加复杂

随着风电、光伏等可再生能源发电比例的提高，风电、光伏的不确定性也在不断增加，这是由其自身固有的间歇性、波动性、随机性、不可预测性等特性决定的。以风电为例，受地理位置及气象条件影响，在我国西北部地区，如内蒙古和新疆等地，由于冬季无风、风速小、光照强度低，导致风力发电出力显著降低。而在东部沿海地区，如江苏和浙江等地，夏季受高温影响风电出力也有所降低。另外，不同地区、不同季节的负荷特性差异明显，如南方电网夏季负荷较低，冬季负荷较高；而北方地区则相反。以上因素使得风电、光伏发电出力存在着各自的不确定性。为此，需要将时间、场景和空间三个维度交互耦合，才能实现对新能源发电功率的仿真。同时，在建模过程中，模型因子选取和功能描述也具有不确定性，导致新型电力系统的不确定性更加复杂。

3 新型电力系统中储能技术应用

3.1储能类型

根据所用的能量形式，可将储能技术分为物理储能（如抽水储能、压缩空气储能、飞轮储能、超导磁储能）、电化学储能（铅酸电池、锂离子电池、镍氢电池、液流电池、钠硫电池、锂液流电池、液态金属电池、超级电容器）和热储能（潜热储热、显热储热、化学热储）三类。

压缩空气储能成本低、寿命长，安全系数高，但由于受地形限制，需要将压缩空气储存在合适的地下矿井或溶岩下的洞穴中，因此常用于系统调峰。

抽水蓄能与压缩空气类似，其放电时间可以从几小时到几天，但同样会受地形制约，建设周期也较长，还会带来一定的生态问题。

飞轮、超级电容器和超导磁储能的循环使用寿命和效率、功率和响应时间都很好，无污染、维护较简单，但比能量较低，属于典型的功率型储能。可短时间大功率快速放电，用于频率调节、大功率负载平滑、输配电网电压支撑和大功率补偿等。

电池储能可以同时向系统提供有功和无功支撑，因此对于复杂电力系统的控制具有非常重要的作用。

3.2 二次调频储能系统应用

陕煤电力运城有限公司电储能调频系统采用18MW/6.672MWH钛酸锂储能系统。机组调频降低负荷时，电储能装置处于充电运行状态，由发电厂6kV厂用电系统经干式变压器，由6kV电压降至0.55 kV，经整流装置整流成直流对电池充电，消耗电能。当机组调频增加负荷时，电储能装置处于放电运行状态，直流电池组经逆变器转换成交流50Hz电源，经干式变压器注入发电厂6kV厂用电系统，释放电能。由于电储能系统从0到最大出力的响应时间仅为数百毫秒，从而可以实现火力燃煤电厂的快速调节。

在AGC/ACE投入运行模式下，在电力储能系统投运之后，调度数据网下达的调频指令会被发送到RTU，RTU在接收到调度调频指令之后，机组AGC动作会控制机组出力向目标值进行调节，与此同时，RTU会将AGC/ACE调频指令发送到储能控制器。根据所下达的目标负载和调频装置的实际负载之差，蓄能系统的输出功率由蓄能系统控制，并向RTU传送蓄能系统输出功率。RTU将发电单元和储能单元的发电功率进行融合，并将融合后的发电功率传输到调度数据网络中，用于调频辅助服务的考核。调节目标与机组输出功率差由蓄能控制系统进行调节，直至调节目标的输出功率达到调节目标的要求为止。在联合储能过程中，储能装置可以实现对燃煤机组和储能系统各自相应的出力进行协调与匹配，从而能够快速准确地完成调节任务。

当这一次频率调节命令执行完毕时，能量储存控制单元会将能量储存装置的能量储存回额定值，以等候下一次频率调节命令。由于储能调压系统是一个独立的系统，不会影响装置对 AGC反应的控制。

3.3 在光伏发电系统中的应用

在光伏发电系统运行过程中，由于其自身特性，随机性较大，而通过对光伏发电系统进行合理的设计和规划，并将其应用到实际的建设中，便可使其运行效率得到有效提高。比如在对光伏发电站进行设计时，不仅需要对光伏发电系统中的蓄电池容量、光伏发电系统中的并网逆变器容量等因素进行充分考虑，同时还需要对光伏发电站的控制方式进行合理选择。而储能技术的应用，便可使其具有良好的跟踪性，使其出力得到有效提高。同时在实际运行过程中还可有效避免光伏发电系统的不确定性对整个电网运行造成的影响，从而实现电力系统整体运行质量和效率的有效提升。

3.4 在风力发电系统中的应用

随着我国对新能源的持续开发与利用，风力发电系统在整个电力系统中的作用愈发重要。在风力发电系统中，其具有较强的灵活性和高效性特点，可有效减少电网调度过程中的电力损耗，同时对电网电压稳定性以及供电可靠性也具有良好的保障作用。因此，为了充分发挥风力发电系统的优势，就需要将其应用到电网运行过程中。

然而，由于风力发电系统受气候条件和地形因素的影响较大，导致其存在较大的不稳定性。尤其是在风力偏低时，整个电力系统便会呈现出不稳定状态，给整个电网系统带来较大影响。而储能技术具有良好的储能特性，可对其进行有效补充。期间需要在风力发电系统中配置附加补偿装置或 SVG，以获得良好的无功补偿效果，在保证新能源电力系统的供电效果的同时，使储能技术得到最大程度的发挥。

结束语

总而言之，新型电力系统是一个开放而极其复杂的系统，新能源发电具有间歇性、波动性的特点，因此新型电力系统对储能技术的应用提出了更高的要求。本文以陕煤电力运城有限公司电储能调峰调频项目为例，分析了新型电力系统特征及对储能技术的要求，并结合该项目实际情况对新型电力系统下储能技术在二次调频系统、光伏发电系统、风力发电系统等方面的应用进行了分析，希望对我国今后的电力市场建设和新型电力系统建设有所帮助。

参考文献

[1]谭勇林.新能源电力系统中的储能技术分析[J].光源与照明,2022,(11):152-154.

[2]彭田,陈雪圆.复合储能技术在主动配电网中的运用研究[J].电器工业,2022,(08):81-83.

[3]沙云鹏,孔玉辉,乔会杰.电力储能技术在不同电压等级电网中的应用[J].集成电路应用,2020,37(10):25-26+29.