新能源并网及储能技术分析

新能源并网及储能技术分析

梁铨

身份证号：440881198103251030  广东  深圳  518000

摘要：随着社会经济的发展，因社会经济所带来的生态破坏问题也更加严重，在认识到社会生态对经济发展乃至人类进步的重要性之后，全球加大了生态环境保护力度。因此，我们也提出了“绿色经济”的概念，这让新能源从常规能源中突显出来，新能源的发展变得越来越重要，而且发展的步伐越来越快。随着新能源的迅速发展，与新能源有关的问题的研究也越来越受到重视。将已有的能源分布方式进行整合，对新能源进行并网和储能技术的研究，可以有效地提升新能源的及能源的稳定，推动新能源的发展。在这一背景下，文章讨论了新能源的接入和存储技术，对目前存在的一些主要新能源的种类进行了分析，并对新能源接入和存储技术进行了讨论。

关键词：新能源；并网技术；储能技术;分布式电源

引言

在全球范围内，人们对能源的保护力度不断加大，同时也在不断地加强对环保问题的关注。因此，加速新能源的开发，推动新能源的发展，已经成为了国际上的共识。以光伏风电等为动力所产生的分布式电源，已经被迅速地应用到了应用当中。将分布式电源与配电网相结合，可以有效地提升新能源电能等的利用效率，降低对环境的污染。与此同时，有关的研究发现，新能源分布式电源在配电网终端的应用接入，从而提升了用户端电能质量的可靠性。孤岛微网也能为边远区域的电力供应和临时用电提供方便，从而达到大规模电力供应的目的。

1新能源类型

目前，风力发电、太阳能光伏发电、生物质能发电等都是新能源。其中，所谓的风力发电，指的是在风力资源比较充足的区域，建立起一个风力发电网，让风对叶片进行吹拂，在叶片旋转的过程中，会对齿轮箱产生推动作用，齿轮箱再利用发电机轴承来推动发电机运转，这样就可以将出口端的三相电接入到大电网中，将风力转换成电能。风力发电技术的应用属于比较成熟的发电技术，它现在已经在全世界范围内进行了广泛的应用，它的输出能力与风场、风速、风力发电网建设位置之间存在着紧密的联系。它是新能源发电的主要组成部分。太阳能发电指的是将太阳能光伏板吸收太阳光所产生的电进行发电的一种方式，它将光照的光能经过光伏板进行汇聚，光伏板通过串并联的形式，使得电压等级达到一定的幅值，从而将电能存储到电池中，之后再经过不同的负载进行释放，逆变器转换成交流电及直流电，光伏发电具有无燃料、无污染、不受到地区电网调度等限制的特点。当前，我们国家正积极推进光伏发电，并在农村地区实行自发自用的政策，这样既可以满足贫困地区的用电需要，又可以促进贫困地区的收入增长。小型燃气轮机发电是一种以天然气和甲烷作为原材料，在将其完全燃烧之后，用热量驱动涡轮来驱动发电机，从而产生电能。为了降低对环保的影响，我国热电联产行业在我国北方大规模采用小型燃气涡轮来进行电力生产，是电力DSM研究的一个重点。生物质能发电是通过生物系统进行光合作用，将废弃物及垃圾转换为一种储能，从而降低了生产、生活中的垃圾数量，它还具备降低环境污染等多项优点，被广泛应用于农业及相关领域。

2储能技术与大规模新能源并网

2.1抑制风电并网的功率

随着我国风电场的建设规模不断扩大，它也逐步变成了电力系统中的一个主要组成部分。但是，它在并网的时候，给整个电力系统造成了一系列的负面效应，而电压的稳定性是一个很难解决的问题，必须要对电网进行一种高效的无功补偿，这就要求合理地运用储能技术。比如，与储能技术相结合，对风力发电场进行建模分析，探讨并网过程中的电压变化、功率参数变化等，并建立一种高效的风力发电储备协同控制方案，对无功功率和有功功率进行储能调整和容量配置，从而实现功率的频繁变化，稳定并网的输出功率。

2.2利用储能技术稳定电力系统的频率

新能源的出力也将影响到整个电网的运行效率，而新能源的出力具有很强的间歇性和不稳定性，使得出力的变化性很大，从而造成了整个电网的运行效率很低，特别是在新能源的大型接入之后，若新能源的出力发生了很大的波动，将会对整个电网的稳定性造成很大的威胁。因此，就要求使用储能技术来对电力系统的频率进行稳定。比如，在风里发电的时候，可以在其中添加一个蓄电池储能系统，通过储能系统的辅助，来完成对电力系统的功率补偿，从而保证了频率的一致性。此外，通过对储能系统进行不断的优化，还可以使风电发电系统的使用年限更长，从而降低了整个电力系统的成本。另外，利用储能技术还可以解决由于新能源发电出现的“断续”问题，使其成为新能源电网的后备源，从而提升电网的可靠性。

2.3利用储能技术优化电力系统的电能质量

新能源电源具有很大的不稳定性，因此，在其并网时容易发生电压跌落、闪变等问题，对电网的正常运转造成严重的影响，因此，采用蓄能技术，可以有效地缓解新能源电源接入造成的电网的不良后果。比如，将飞轮用于风电场，可使其输出功率的波动趋于稳定，从而达到高效的电网质量优化。还可以在新能源并网中添加超级电容器，利用模糊逻辑控制来对电力品质进行调节，在低电压穿越时，利用储能系统的剩余电容进行电压协同补偿，从而解决了电力品质下降的问题。

2.4利用储能技术提高新能源并网的经济性

因为新能源接入电网时，会有很多的影响，并且其输出的功率会发生很大的波动，所以要想更好地提升电网的稳定性，就需要加大后备的能力，这样势必会加大电网的投资，而采用储能技术则可以减少这些投资，只要给新能源接入电网时，就可以保证电网的稳定供电。比如，在风电接入电网时，采用抽水蓄能的形式，以提升风电接入电网的稳定性。在此基础上，以最大的电价收入为目的，以最小的风电场出力为目的，以最小的风电场出力为目的，分别构建相应的风电场与蓄能方式，并分别进行相应的稳态调控，从而在提升电网稳定性的同时，减少风电场的投资。

3新能源并网技术

3.1并网仿真

为了保证电力系统的正常运转，新能源的并网工作之前，一定要有一个新能源仿真系统平台，而这个系统的构建有一定的难度，因为新能源机组型号较多，类型较大，种类不同等，有很大的差别。与此同时，伴随着最近这些年新能源电力系统的快速发展，模拟系统已经不能够跟上电力发展的需要，因此，建立新型的试验基地就成了主要的要求。模拟难度主要存在以下几个问题：首先，因为现有的电磁形态模型不适用于大型非线性电力系统。第二，高精度要求导致了对电机瞬变数学建模的准确性难以满足；第三，在新能源装备的维修过程中，要建立电网模型，要对电网进行全面的动态监测，要对电网进行全面的动态监测，则要对电网进行全面的动态监测。

3.2功率预测

电力预测能够对新能源所产生的电力进行分析，进而构建出一套完整的数学模型，最终达到对新能源的高效预测的目的。通常情况下，电力预测要根据时间尺度来区分，将其分成三种类型，分别是：超短期预测、短期预测和中长期预测。超短期预测指的是对4个小时之内的电能质量数据进行测量预测，短期预测指的是对3个工作日之内的电能数据进行预测。中期和中期的预期是超过3天。当前，电力预测多采用超短预测和短程预测相结合的方法，而长程预测由于其预测的时程比较长，且准确度不高，所以并不常用。

3.3电力调度

为保证电网的长远稳定，开展新能源用电调度是非常重要的。中国科学院研制的电能质量最优调度装置，可以在某种程度上减少由于电网预报的不确定性和运行过程中出现的误差和不稳定性引起的运行风险，从而有效地缓解新能源的接入带来的安全性和消纳问题，通过电网调度模型，可以对新能源进行科学合理地使用。我们将风能调度作为一个例子，在电网运行的基础上，对电力系统中各个节点的电力系统负荷情况进行了预测，为实现对分布式电源的调度和约束作好了准备，这不但有助于对各机组设备进行检修，还可以对电网的安全运行情况进行分析，还可以通过计算机系统的检测计算，来达到电力系统对负荷的容纳能力，更好的实现新能源的最大限度的容纳，还可以通过对调度计划进行合理的分配，避免因为不确定性的预测造成的运行风险，通常情况下，并网团队会进行一周为单位的电网调度计划，来达到对电网的有效监控和高质量能源并网运行。

4新能源并网储能技术应用

4.1抽水储能

抽水蓄能是新能源并网蓄能技术的一种，它是将河流下游水运送到上游水库中进行储存，在需要的时候，以水力发电的形式变成电能，它受到了地理位置和气候环境的改变的很大的影响。最近几年，抽水储能的形式，主要是被用在大电网系统调频及调度中复合峰值时，被用来平衡电力系统发电的需求，再进一步，以储能的形式，对地下水库及水资源的建设进行利用。

4.2蓄电池储能

蓄电池的种类有：铅电池、锂电池等，锂电池凭借着安全性高、输出功率高等诸多优点，被广泛应用于电动汽车及相关航空等领域。我国的锂电池发展速度，已经超过了其它的发达国家，成为了世界上生产率第二的国家。但是，在发展的过程中，既有优势也有劣势。它在续航和使用方面，还存在着很大的缺陷，导致了它的价格和价格仍然比较高，而且还会造成很大的污染。因此，将钠离子引入到了蓄电池的制造中。另外，与常规的酸电池相比，铅碳电池已成为了一个超级电容器，而流液电池也被用于电网紧急复合消峰的方面。

4.3超导磁储能

超导磁储能是指在惰性气体的条件下，将储存在其中的能量，再将其释放出来的一种方式，它拥有着尺寸小、效率高、质量轻等诸多优点，现在已经被大量地应用在了电力稳定式的电力系统中，但在当前的国际上，它还处在发展的初期。在将来，超导磁性能量存储技术将得到大规模应用，而利用高温超导材料和强化惰性气体的低温存储是实现这一技术发展的重要途径。

5储能技术在大规模新能源并网中的应用

在大规模新能源并网中，储能技术的应用中，其主要采用的是能量型储能和功能性储能两种形式。能量型储能适用于调频调峰的用途，比如蓄水电池、锂电池、液流电池等。功率型储能的主要作用是用于实时的负荷平滑和优化电能质量，比如飞轮储能、超级电容储能及超导磁储能等方式。

5.1利用储能技术优化新能源并网中的调频调峰问题

在新能源并网过程中，由于电力系统的需求和需求之间的不平衡，造成了电力系统的频率波动。其主要的调节方法是利用同步发电机的调节原理，当发生频率偏离时，调节器根据偏离率调整机组的作用力，从而实现一次相对快速的调节。一次调节完成后，还要进行二次调节，以使电力系统的产、用电均衡更加平稳，使系统的电压始终保持在额定电压范围内。然而，采用功率电子变换器的新型储能设备，却能够将其对频率的调节控制在微秒级，从而显示出其优良的调节效果。但是，由于该储能系统与常规的旋转单元有很大的不同，因此必须采用一种全新的调节方法，才能保证该储能系统的调节功能得到最大程度的发挥。(1)将发电设备和蓄能器合并成一个虚拟的同步发电设备，建立相应的基于风电和蓄能器工作原理的虚拟同步发电设备的建模，然后利用该虚拟的频率调节模型转换常规的频率调节模式，然后将该模式引入到蓄能器中，再将该模式引入到蓄能器中，通过该模式的运算，完成蓄能器对于新能源的调节和调峰。(2)通过对电力系统进行统一控制，达到对频率和功率的调节和调峰。在调度命令的指导下，蓄能系统执行相应的命令，将有功和无功联合起来，向电力网络发送或接收电力。调频调峰的算法比较复杂，若要与储能技术相结合比较困难，而有了电网的帮助，则更容易实现。在智能电网的建设中，自身就存在着一个模拟系统和数据分析系统，它依靠的是数据采集技术、数据识别技术、数据处理技术等，其最明显的优点就是可以将多种储能技术进行集成，单一的储能技术的相对容量比较小，不能满足大规模新能源并网的产需要求，因此，只有采用分布式储能技术，才可以更好地满足电网的运行需要。

5.2利用储能技术提升风电场的稳定性

当前，该技术在风电领域的运用尚处于探索和探索之中，其在风电领域的应用受到了很大的制约，需要对该技术进行深入的理论和实验验证，以保证风电总体发电能力的稳定性。从风电机组对频率脉动控制的角度来看，其控制效果较好，控制方法简单，但从其自身的作用角度来看，还需要提升其使用效能，从而为风电机组的安全稳定提供保障。超级电容储能、飞轮储能等新型储能系统对电网系统的动态响应时间已达微秒级，从性能上来看，既具有调频调峰的作用，又可以实现对无功电压的动态调控。在风电发电场中，无功电压的动态控制功能具有特别重要的意义。由于风电发电场自身的不稳定，所以电网的微小波动都会造成整个风电发电场机组的拖网。但是，通过对无功电压进行动态控制，就可以保证整个风电机组的稳定性。此外，动态电压控制对储能系统的容量的需求也比较低，这有助于储能系统发挥出对电压波动、闪变等问题的控制，从而对电能品质的提高也比较明显。

5.3利用储能技术平滑太阳能发电的功率

当前，将储能技术应用于太阳能发电并网中的方式有一种，一种是将光伏汇流母列通过变流器连接到储能系统，之后电池再经过逆变器处理后，进入到电力网络中；另外一种架构是将太阳能发电的汇流母列一分为二，一部分通过逆变器接入电网，一部分通过换流器与电池储能系统相连。前者的能量储存模式是先将能量储存起来，然后接入到电力系统中，优点是操作方便，缺点是效率较低，寿命较长。第二类架构要求变换器与逆变电源的协同工作，从而达到对电源输出的跟踪与控制，虽然运行过程比较繁琐，但是其控制效果比较好。

结论

伴随着科技的发展和新能源技术的不断发展，在强化新能源技术的研究和开发，推动新能源发展的过程中，怎样才能更好地利用新能源，也变成了一个非常重要的问题。新能源并网及储能技术是提升新能源使用效率的重要因素之一。为了保证新能源的使用效率，让新能源与社会经济发展的各个领域融合起来，必须要强化新能源并网机储能技术的研究，这对推进电力事业的发展起到了很大的帮助作用。

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