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利用储能系统提升电网电能质量研究

发表时间：2021/7/1 来源：《建筑科技》2020年11月下作者：刘成亮

[导读] 为保障电网当中电能质量和可持续发展，本文对储能系统在电网中的应用进行了研究，并为电能质量的提升给出了有效地解决对策。最终希望可以提高相关技术工作人员对储能系统育的重视程度，从而在提高储能系统合理应用的同时，使其可以更好地在电网能量交互的过程中更好地展现出应有的作用。

江苏南京赫曦电气有限公司刘成亮 210000

摘要：为保障电网当中电能质量和可持续发展，本文对储能系统在电网中的应用进行了研究，并为电能质量的提升给出了有效地解决对策。最终希望可以提高相关技术工作人员对储能系统育的重视程度，从而在提高储能系统合理应用的同时，使其可以更好地在电网能量交互的过程中更好地展现出应有的作用。
关键词：储能系统；电网工程；电能质量；研究分析
        引言：现阶段伴随着社会经济的迅猛发展，电力行业在发展中的地位越来越重要，对于电能质量的关注度也越来越广泛。储能系统对于电能质量有着良好的调节作用，可以有效降低不必要的重复投资。所以说，本文针对储蓄系统对于电能质量的提升研究，具有非常重要的现实作用。
        一、储能技术应用概述
        根据储能技术输出的不同，可大致分为能量型和功率型两种。铅酸、锂离子电池等储能器件在能量密度上非常高，并且循环使用的寿命比较短，这种储能器适用于高能低频功率波动的控制。超级电容器类型的储能装置，其输出密度高，进行反应的时间也足够短，并且使用的寿命还很长，所以这种储能器适用于抑制电网侧低能量、高频的功率波动，可以增加网格的灵活性。将电能的传输和分配与时间和空间分开。除了提高电网的稳态性能外，储能由于其四象限功率快速调谐特性还可以提高电网的稳定性。随着我国科学技术的不断进步，对于成本的节约以及电网应用的需求也在也与日俱增，储能系统正在慢慢地从对电网有益的补充“支撑”，演变为对整体电力至关重要的“新动力”，储能在未来电力系统中的应用将会呈现出大容量、高数量、大范围的配电特性。
        二、储能提升稳态电能质量技术
        （一）电压偏差
        电力系统中的电压波动通常表现为过压和欠压，这两种现象一般是系统结构不合理、大容量负荷切换、变压器抽头异常等现象引起的。最近几年，由于电网电缆线路的高阻抗比，清洁能源并网带来的高压问题越来越频繁。以上设备只能进行简单的无功调整，控制有功功率电路通常很困难，需要调整有功功率，光伏和储能的综合优化模型，以最大限度地提高整个网络的电压分布、经济和环境效益，与主电网相比，未来电网电压偏差管理将需要同时优化主、负功率，单独进行负功率调整可能会“失败”。因此，储能在清洁能源渗透率高的电缆电网调压中发挥着至关重要的作用。
        （二）谐波
        电网中许多非线性电气设备都参与谐波的产生，在电网侧，谐波可能会引起变压器的损坏并产生保护错误/被拒绝的行为。在用户端，谐波可能会影响各类精密仪器的工作和运行，严重的情况下会中断设备的生产。可以在一定程度上通过传感器来进行检测负载侧所产生的谐波电压，产生一个大小相同、方向相反的谐波电压，以此来进行负载谐波电压的抵消。由于这种控制方式不需要复杂的电压和谐波检查进行相应的计算，就可以简单地利用其来进一步控制电路获得需要的参考信号，提供独立的调节电压和谐波补偿。在我国电力发电工程中的应用中，使用储能变流器来进行次补偿谐波处理时，也可能会出现阻断某些次补偿谐波的情况。另外，需要进行较为大幅度地提高低频谐波补偿和控制算法对响应速率的要求，在控制过程中也要充分考虑到低频谐波的控制精度。因此，在充分考虑三相转换器所允许的使用费用情况下，可以进一步研究改善。
        （三）三相不平衡
        电网故障及不平衡的三相负载连续接入将会造成电网三相不平衡，电网的三相不平衡会增加电网损耗，影响了继电保护的正常运行，并且会造成灵敏性负载的异常运转和损害。三相不平衡主要由三相电压不平衡或三相输出的电流不平衡两部分组成，此外，电网的接地参数很难准确地测量，补偿效果也会被不可控制的因素所影响。电流不均匀可以用外部的电容器来控制，但是低压配电系统则需要具有更多的传感性负载及复杂操作条件。

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补偿器并没有产生预期的效应，出现了低频共振。储能设备分别利用功率调节启用、禁止使用两种功能，分别监视三相电压和三相电流，以有效解决逆向电力传输等系统故障，参数获取方便，标定精度高，可以有效地解决三相问题[1]。
        三、储能提升动态电能质量技术
        （一）电压波动/闪变
        电网故障、自然雷击以及可再生能源输出的随机性都可能导致随机电压波动，闪烁的本质也是电压波动，是人眼对电压波动的主观感知。储能在电压波动控制中的应用是为了解决主要由可再生能源的输出波动引起的电压波动问题。未来，将充分利用储能系统四项技术的高速调节特性，全面解决有功功率和无功功率波动带来的问题。
        （二）电压暂降
        电压的下降往往是由于自然灾害所引起的，例如雷击等，比电压的波动要严重得多。近年来，电压下限的骤降越来越多地被广泛认为已经是最严重的影响电能质量的问题，进一步地给敏感型工业用户带来了巨大的损失，并且会威胁到电气设备安全、稳定地正常运行。因此，在满足电网常见应用的同时实现了压降。在治理方面，从综合电能质量调节器的串并联结构，可以构建实现串侧功能和并侧电网能量交互功能的串并联混合储能系统，它还提供有源滤波和静止无功发生。
        （三）综合电能质量
        综合电能质量调节器具有全面的电能质量调节能力，并联侧补偿可以改善电网的电流质量，串联侧补偿也可以提高电压质量，串并联直流母线为各种电能质量问题提供了全面的解决方案。近年来，国内外对统一电能质量调节器进行了大量研究。当前，集成电能质量调节器是一种将综合电网与直流和直流两种电力微电网相互连接的新型系统架构，直流和直流两种电网分别接入了综合电能质量调节器的直流和母线，调节器分别接入了电网和直流微网，这样就确保了微电网具有在极端情况下可以提供可靠的电力和直流电能质量[2]。
        四、工程应用与展望
        （一）工程应用现状与未来发展政策建议
        储能系统用于确保电网安全稳定运行的电力稳定、跟踪规划、调峰、填谷和配电指令，向电网输出启用/禁用的电力。我国尚未形成包括电压调节在内的电能质量改进支持服务市场。这显然限制了电网侧以外的储能电站参与电网电能质量调整的积极性。因此，储能应尽快启动，并作为有效的电能质量资源纳入电网规划和运行水平电能质量调整、特种设备技术经济。制定电能质量辅助服务市场政策，鼓励调峰频率，这可以在电网和用户之间建立良好的伙伴关系。
        （二）进一步研究方向
        未来，将研究基于电网分析、检测、放置、充放电特性的储能系统领域，以及改善电网电能质量工作的适用性。不同类型的储能条件、安全保障将相互交织，电网调峰、调频、电能质量优化、应急响应等多种辅助服务的储能系统规划经济评价研究[3]。
        结论：综上所述，现阶段我国电网中电能质量中存在着一些问题，但是只要相关技术人员提高对储能系统的重视，结合时代要求对储能系统进行创新与改变，其一定会成为电力行业继新能源后的一大助力。现阶段储能系统的应用正快速地改变着电能的结构，可以预见，在不久的未来电力行业在储能系统的推动下电力行业更上一层楼。
参考文献：
[1]风光储系统储能容量优化配置策略[J].李建林,郭斌琪,牛萌,修晓青,田立亭. 电工技术学报.2018(06)
[2]基于有功和无功功率协调分配的统一电能质量调节器控制策略[J].黄晓明,范志华,刘子文,苗世洪,李献伟,楼伯良,黄弘扬.电力自动化设备.2018(03)
[3]集装箱式储能系统用梯次利用锂电池组的一致性管理研究[J].朱运征,李志强,王浩,高翔,郑益,屈园,徐剑虹,谢建江.电源学报.2018(04)