基于大规模储能系统的智能电网兼容性研究

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1、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(distributedgeneration,DG)和集中式可再生能源发电(collectedrenewablegeneration,CRG)是中国未来智能电网发展的重要特征。分散储能系统(distributedenergystoragesystem,DESS)和集中储能系统(mas

2、senergystoragesystem,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DG2DESS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

3、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(distributedgeneration,DG)和集中式可再生能源发电(collectedrenewablegeneration,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

4、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(energystoragesystem,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,IEEE1547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

5、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/CRG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

6、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

7、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(massenergystoragesystem,MESS)可以称之为大规模ESS,小容量分散式储能系统(distributedene

8、rgystoragesystem,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