大规模储能系统的智能电网兼容性分析研究

基于大规模储能系统的智能电网兼容性研究

基于大规模储能系统的智能电网兼容性研究

廖怀庆1 , 刘东1 ,2 , 黄玉辉1 , 陈羽1 , 柳劲松1

(1. 上海交通大学电气工程系, 上海市200240 。 2. 国家能源智能电网(上海> 研发中心, 上海市200240>

摘要: 有效协调小容量分布式发电( dist ributed generation ,DG> 和集中式可再生能源发电(collected renewable generation ,CRG> 是中国未来智能电网发展的重要特征。分散储能系统(dist ributed energy storage system , DESS> 和集中储能系统(mass energy storage system ,MESS>将在大容量CRG和小容量DG的安全、稳定接入大电网中发挥重大作用。文中在对智能电网兼容性问题进行深入分析的基础上,探讨了考虑电网供蓄特性的协同调度,提出了涵盖输配电网CRG2MESS 供蓄配置以及微网DG2D ESS 供蓄配置的智能电网兼容性解决方案。

关键词: 智能电网。兼容性。可再生能源发电。分布式发电。储能系统。统一控制

收稿日期: 2009209203 。修回日期: 2009211209 。

0 引言

在能源短缺、环境保护和气候变化等问题日益突出的背景下,开发清洁能源,发展低碳经济,实现能源优化配置,成为了世界各国的共同选择。水力、风力、太阳能、生物质能等可再生能源发电将被大规模开发利用,根据其接入电网的方式可分为分布式发电( dist ributed generation ,DG> 和集中式可再生能源发电(collected renewable generation ,CRG> 。

为顺应新能源时代,中国正在建设以特高压电网为骨干网架,各级电网协调发展,以数字化、自动化、互动化为特征的自主创新、国际领先的坚强智能电网[ 122 ] 。智能电网将以现代信息、通信、电力电子、储能、控制、管理和计量等先进技术形成覆盖电力生产、传输、消费全过程、全业务的信息网络,实现电力流、资金流、信息流高度整合与协同运作,构建具有“自愈、兼容、优化、互动、集成”五大特性的柔性电力网络系统。特别是通过新型储能系统( energystorage system , ESS> 的优化配置及控

制[324 ] ,支持

大规模可再生能源的接入,有效兼容间歇性的集中与分散式发电,成为智能电网适应未来经济社会发展和新能源革命的一个先决条件[526 ] 。

目前,为了保证电网的安全, IEEE 1547 标准针对分布式能源的并网规定:当电力系统发生故障时,DG必须马上退出运行。这大大限制了分布式能源效能的充分发挥[7 ] 。大力开发DG/ CRG 是促进能源结构调整和发展低碳经济的必由之路,需要寻找一种安全高效且能协调大电网与DG/ CR G 之间的矛盾,充分挖掘其为电网、用户带来“共赢”价值和效益的解决方案。

大规模ESS 接入对于平抑和消纳DG 及CRG

的并网冲击的作用越来越被业界所广泛认同,成为

智能电网兼容性研究的一个重要内容和技术关键。

1 智能电网兼容性问题的提出

1.1 DG接入给传统电网带来的主要问题

DG一般接入配电网,它的接入使得配电网各支路潮流不再是单方向流动,将对电网带来较大影响:

1>DG直接接入配电网后,会引入各种扰动,从而引起系统电压和频率的偏差、电压波动和闪变等电能质量问题。

2> 当配电网发生故障时,并网的DG 可能会与线路电容发生铁磁谐振而造成过电压,损坏变压器等电气设备,扩大停电事故,降低系统安全可靠性。

3>DG发电量的高度不确定性使得DG 的直接并网会增大负荷预测和调度运行管理的难度,降低系统可靠性。如果仅将DG作为备用电源,则将会造成资源浪费,影响电网效益。

1.2 CRG接入给传统电网带来的主要问题

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。

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( dist ributed energy storage sys tem ,DESS> 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ESS。

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> 。

目前,10 kW 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CR