吴迪
中国水利电力物资集团有限公司 北京 100043
摘要：近年来随着经济的发展，在社会的发展过程中，能源怎样有效开发、储存和利用已经成为了世界炙手可热的讨论话题。随着社会的不断进步和化石能源的逐年枯竭，环境问题日益突出，从而对于新能源的需求成为了国际社会上高度关注的问题。
关键词：变电站储能；现状；储能优化控制技术
引言
变电站的选址规划关系到电网的电源配置与网架布置，是电网经济稳定运行的重要影响因素。变电站的选址优化是在满足负荷需求、线路容量和城市规划要求的前提下，选择合适的新建变电站位置，使得建设与运行费用最小。变电站选址规划时需要考虑的因素很多，比如负荷预测准确性、地理空间信息等。变电站的选址原则有很多，而靠近负荷中心应该是这些选址原则里比较重要的一条。储能接入电网后，能够调节负荷峰谷差，平滑负荷曲线，改变区域负荷密度。随着储能在电力系统中的比例增大，对负荷峰谷差的调节作用也将加大。因此，变电站的优化规划应当越来越重视储能因素所带来的影响。
1变电站储能技术研究现状
分布式发电现如今发展迅速。截至2020年，分布式发电并网的总装机容量达到80GW，其中分布式光伏并网的装机容量为60GW（国家发改委），分散式风电并网的装机容量为20GW（国家能源管理局，2018年）。近年来，已经有越来越多的学者对变电站储能开展了计算研究，大多数学者以降低分布式发电的功率同时降低分布式发电的可用性，来减少分布式发电的投资收益。现存在由于在配电系统规划之前没有考虑大规模电动汽车接入的充电需求，因此变压器的容量受到限制，变压器过载现象很容易发生等其他很多问题。很明显，这种调度方式会受到很大约束。近年来，化石能源技术发展迅速，而电动汽车恰恰可以大幅减少化石能源的使用。随着我国电动汽车数量逐年激增，到2020年，中国的电动汽车数量预计将超过500万辆（数据来源：公安部公开数量），配电系统的峰值负荷预计将增加13.61GW（自然资源保护协会，2018年）。分布式发电和电动汽车在配电网络中的渗透率逐年增加，这将给配电网络的安全运行带来一系列问题。分布式发电可以有效地缓解配电系统中由电动汽车引起的电源压力，但是由于其间歇性，当其发电功率太大时，功率可能会被转移回到上层电网，传输功率会导致过压，相应的传输功率损耗将大大增加。
2变电站储能优化控制技术分析
2.1储能选型
储能依据存储能量形式和转换方式的不同，可分为四大类，即电化学储能、机械储能、电磁储能和相变储能，按照储能的功率或能量特点又可分为功率型储能（如飞轮储能等）和能量型储能Ｍ（如铅酸电池等）。机械储能如抽水蓄能、飞轮储能等，抽水蓄能受限于使用场合，同时工期较长，而飞轮储能虽然功率很髙，但其能量密度很低；电磁储能如超导磁储能、超级电容储能等，虽然其效率髙、响应速度快，但其能量密度低，属于功率型储能，常用于电网快速功率支撑，同时其成本很高；相变储能目前还在研究阶段，技术未成熟，没有在电网中推广使用；电化学储能具有响应速度快、技术成熟、成本较低、效率较高等诸多优点，是目前应用最为广泛、发展前景最为光明的储能方式。
2.2计算流程
首先，根据目标年的负荷总量、储能电站的总额定功率、已建变电站容量以及可建变电站容量类型来确定新建变电站的个数范围；运用整数规划的优化技术得到新建变电站的最佳容量组合；根据规划区域是否含有已建变电站两种情况，分别采用不同的方法产生新建变电站初始站址；然后，结合加权Voronoi图和交替定位分配算法确定新建站建址及其供电范围；最后，以年费用最小的方案作为最终规划方案。
2.3变电站优化规划的数学模型
合理的变电站优化规划遵循的主要原则包括靠近负荷中心，网架布局合理，供电半径合理以及变压器容量满足容载比要求。储能接入电网后，能够减小接入点负荷最大电能需求量，改变区域负荷密度。储能系统对目标负荷调节量的大小与储能系统的控制方式有关。
2.4超导磁储能
超导磁储能系统(SMES)利用超导体制成的线圈，将供电励磁产生的磁场能储存起来，需要时再将储存的能量送回电网或直接给负荷供电。由于装置采用超导结构，储能状态下装置损耗很小，因而效率比常规的储能装置高；同时超导储能系统释能速度快，能实现快速的有功、无功功率补偿，对于提高电力系统稳定性、抑制低频振荡、改善供电品质都有良好的应用前景，也能应用于太阳能发电、风力发电等功率输出不稳定的系统以提高其并网性能。但是和其他储能装置相比，超导磁储能十分昂贵，且维持超导体低温所需要的费用也相当可观，因此仅在国外得到了初步应用。目前，在世界范围内有许多超导磁储能工程正在进行或者处于研制阶段。
2.5配电站储能技术调度设计
为了降低变压器的负荷率，延缓变电站的扩展，因而采用储能技术来削减上层电网的供电负荷的峰值和谷值。负载低时进行储能充电，以尽可能的吸收反向电能，减少向上游电网的回馈功率，并当场平衡能量的供应和消耗。具体步骤如下：步骤1：输入典型的日负荷，电动汽车、分布式发电数据，储能参数等。通过潮流计算，获得上层电网的供电负荷。计算储能可调节容量。将削峰线的初始值设置为电源负载的峰值，将谷底填充线的初始值设置为电源负载的谷值。步骤2：当上部电网的供电负荷大于割线峰值时，发生储能放电。步骤3：当上部电网的供电负载小于谷值填充线的值时，将进行储能和充电。步骤4：根据储能的每日充放电平衡原理，判断充放电量是否相等，再转到步骤3并继续计算，直到满足迭代条件为止。
结语
针对由高磁导率分布式发电和电动汽车引起的变压器过载和功率反向问题，通过对比分析发现，与变电站的扩容相比，储能可以减少配电网的峰谷负荷差，从而延缓变电站的扩容。运行本文的调度策略，则每年消耗的煤炭预计大幅下降的同时，排放的有害气体也会很大程度上减少，实现了节能减排的环保目标。因此，本文对制定合理的储能优化控制策略进行研究。
参考文献
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