分布式儲能系統(tǒng)對配電網(wǎng)的影響和優(yōu)化配置

張科技

(國電南京自動化股份有限公司，江蘇 南京 210032)

1 分布式儲能存在的問題

1.1 儲能系統(tǒng)接入電網(wǎng)對電能質(zhì)量的影響

1.1.1 單臺分布式儲能設(shè)備接入配電網(wǎng)引起的諧波影響

產(chǎn)生原因：儲能系統(tǒng)接入配電網(wǎng)，儲能系統(tǒng)與配電網(wǎng)接口的轉(zhuǎn)換器會給配電網(wǎng)系統(tǒng)帶來諧波污染。

影響因素：逆變器出廠質(zhì)量及工作模式?jīng)Q定諧波幅度和階次；饋電線路阻抗影響諧波衰減量，當饋電線路阻抗值較大時，諧波衰減顯著。

諧波的危害：對用戶側(cè)變壓器、旋轉(zhuǎn)電機、用電設(shè)備的保護及控制裝置等用電設(shè)備產(chǎn)生負面影響，威脅用戶用電安全。

1.1.2 集群分布式儲能接入配電網(wǎng)引起的諧波諧振影響

產(chǎn)生原因：在集群分布式儲能系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備儲能逆變器PCS ( Power Conversion System)配置了大量的大功率非線性元件，數(shù)量眾多PCS與配電網(wǎng)之間可能會形成并聯(lián)或串聯(lián)諧振。

影響因素：各逆變器的阻抗參數(shù)，系統(tǒng)阻抗。

諧振的危害：諧振可以導致系統(tǒng)一定范圍內(nèi)過電壓和過電流，諧振過電流會引起配電裝置的PT(Potential transformer)熔件熔斷甚至燒毀PT，諧振過電壓危害配電設(shè)備絕緣甚至使小容量異步電機發(fā)生反轉(zhuǎn)。

1.1.3 含大量分布式電源及儲能的配電網(wǎng)

- 分布式微源特性影響

- 電流諧波呈現(xiàn)寬頻域、高頻次等特征

- 線路分布電容的影響

- 分布式電源、儲能與配電網(wǎng)諧波交互影響

1.4 含多分布式電源及儲能的微電網(wǎng)

- 內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)拓撲復(fù)雜，能量雙向流動

- 多逆變器并聯(lián)環(huán)流問題

- 微網(wǎng)多逆變器耦合交互分布式電源、儲能與配電網(wǎng)諧波交互影響

2 分布式儲能并網(wǎng)對配電網(wǎng)繼電保護的影響

2.1 對電流保護的影響

儲能系統(tǒng)具有功率雙向流動特性，大量儲能并網(wǎng)將使配電網(wǎng)成為一個多電源系統(tǒng)。配電網(wǎng)潮流方向的變化，使現(xiàn)有的繼電保護配置方案不能保證電力系統(tǒng)和用戶電力設(shè)備安全穩(wěn)定地運行，從而引起繼電保護裝置的失效、誤動或拒動。另外，配電網(wǎng)潮流方向的改變使繼電保護裝置的靈敏度降低，引起保護設(shè)備拒動；此外還可能導致本線路、相鄰線路的瞬時速斷保護誤動等故障。

2.2 對自動重合閘的影響

2.2.1 非同期重合

當故障出現(xiàn)在系統(tǒng)電源和儲能之間的線路上時，若儲能系統(tǒng)再并網(wǎng)動作與配電裝置重合閘時間不配合，或者儲能系統(tǒng)處于放電狀態(tài)且未能在重合閘動作前退出，可能在自動重合閘動作時造成非同期合閘，導致重合閘失敗。

2.2.2 故障點電弧重燃

故障發(fā)生后，前端斷路器跳閘，分布式儲能電源系統(tǒng)仍然可能向故障點提供電流，故障點的事故將進一步擴大。

3 分布式儲能的優(yōu)化配置

3.1 電能質(zhì)量改善措施

3.1.1 安裝濾波設(shè)備可以有效治理儲能系統(tǒng)并網(wǎng)產(chǎn)生的諧波問題

3.1.2 消除分布式儲能諧波諧振的措施

- 安裝諧波抑制阻尼裝置

- 設(shè)計階段，合理選擇儲能系統(tǒng)和分布式電源的設(shè)備參數(shù)

- 項目選址和接入設(shè)計階段，提前考慮儲能系統(tǒng)安裝位置對系統(tǒng)等效阻抗參數(shù)的影響

3.2 限制儲能電站接入用戶的規(guī)模

3.2.1 線路容量和接入電壓等級的限制

考慮到輸配電線路的線路損耗和輸送容量限制，儲能系統(tǒng)的接入電壓等級應(yīng)按照安裝容量選擇合適的接入電壓等級，減少儲能系統(tǒng)對電網(wǎng)系統(tǒng)的負面影響。依據(jù)《儲能系統(tǒng)接入配電網(wǎng)技術(shù)規(guī)定》Q/GDW 564-2010對接入電壓等級的規(guī)定要求，儲能系統(tǒng)容量在200kW以上宜選擇10kV(6kV)及以上電壓等級接入配電網(wǎng)；系統(tǒng)容量在200kW及以下儲能系統(tǒng)可選用220V或380V接入配電網(wǎng)。

3.2.2 電能質(zhì)量要求

依據(jù)Q/GDW 564-2010規(guī)定，儲能系統(tǒng)接入配電網(wǎng)后公共連接點處的電能質(zhì)量，在諧波、間諧波、電壓偏差、電壓不平衡、直流分量等方面應(yīng)滿足國家相關(guān)標準的要求。

3.2.3 技術(shù)經(jīng)濟考慮

應(yīng)用于分布式發(fā)電的儲能系統(tǒng)容量應(yīng)根據(jù)當?shù)啬茉礂l件、氣候特點、負載的電能需要和所配儲能電池的技術(shù)特性來綜合優(yōu)化考慮。

3.3 儲能系統(tǒng)對于配電網(wǎng)的支撐作用分析

3.3.1 削峰填谷，改善負荷特性

儲能系統(tǒng)在配電網(wǎng)中的安裝容量直接影響著它在“削峰填谷”中的效能，儲能系統(tǒng)的安裝容量配置越大對配電網(wǎng)的“峰谷差”改善程度也越有效。當儲能系統(tǒng)總?cè)萘砍^電源側(cè)的理想削峰容量時，饋線峰谷差將降為零。

3.3.2 提高電壓質(zhì)量

分布式儲能系統(tǒng)接入配電網(wǎng)能夠高效地調(diào)節(jié)電源的功率波動和用電設(shè)備不同工況下啟停對于電網(wǎng)電壓質(zhì)量的影響。用戶側(cè)的儲能系統(tǒng)可以平滑電壓、頻率波動，有效降低可再生能源引起的電壓升高、驟降和閃變等問題。

3.4 提高功率主動調(diào)節(jié)能力

儲能系統(tǒng)兼具充電和放電能力，可以賦予配電網(wǎng)靈活的功率主動調(diào)節(jié)能力。儲能系統(tǒng)這種功率主動調(diào)節(jié)能力受到自身的容量限制，同時這種功率的調(diào)節(jié)能力與儲能系統(tǒng)接入位置息息相關(guān)。

3.5 配電網(wǎng)儲能系統(tǒng)多目標優(yōu)化配置

(1)為了保證配電網(wǎng)對可再生能源的有效消納，儲能系統(tǒng)安裝容量應(yīng)大于可再生能源的容量之和減去饋線的最小負荷值；(2)為了減少對配電網(wǎng)的運行帶來負面影響，每個接入點儲能安裝容量不應(yīng)超過其允許值。

4 結(jié)語

隨著分布式電源的廣泛應(yīng)用、電動汽車的不斷推廣，未來配電系統(tǒng)對儲能系統(tǒng)的需求越來越大。儲能技術(shù)為電力系統(tǒng)的供電壓力，改善電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，提高供電質(zhì)量提供了新的思路及有效的技術(shù)支撐。儲能技術(shù)在配電網(wǎng)中的應(yīng)用能夠為電網(wǎng)運營商及用戶帶來諸多效益，成本暫時阻礙了其發(fā)展和推廣，大規(guī)模儲能技術(shù)應(yīng)用水平與電力系統(tǒng)的巨大需求之間仍存在一定差距。

5 未來展望

儲能系統(tǒng)功能由單一化走向多元，單一儲能元件的特性難以滿足電力系統(tǒng)對于儲能的要求，兼具高功率密度與高能量密度的多元混合型儲能技術(shù)將是未來發(fā)展方向。在儲能技術(shù)的發(fā)展過程中，我們應(yīng)高度重視儲能技術(shù)原始創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)布局，積極開發(fā)大容量、低成本、快速、高效、長壽命和易回收的儲能技術(shù)，為儲能產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展和能源產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型提供重要的技術(shù)支撐。