不同電壓等級(jí)電網(wǎng)電力儲(chǔ)能技術(shù)應(yīng)用
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摘要：在經(jīng)濟(jì)、技術(shù)方面，分析電力儲(chǔ)能技術(shù)在不同電壓等級(jí)配電網(wǎng)中的應(yīng)用狀況，闡述多種電力儲(chǔ)能技術(shù)的不同特征，我國(guó)電力系統(tǒng)的實(shí)際需要。
關(guān)鍵詞：電力儲(chǔ)能技術(shù)，不同電壓，控制技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)
引言
電力系統(tǒng)的負(fù)荷一般情況下都會(huì)有峰谷差，電力系統(tǒng)自身需要有足夠的被用電容量才可以滿足用電較多時(shí)間段負(fù)荷的需求。電力儲(chǔ)能中引進(jìn)電力系統(tǒng)之后，則能夠達(dá)到需求側(cè)管理的目的，將負(fù)荷日夜之間的峰谷差消除掉，不但能夠有效降低供電投入的資金，提升電力設(shè)備使用率，還能夠提升電力系統(tǒng)對(duì)于分布式新能源發(fā)電電源的接受能力，也可以將其作為提升電力系統(tǒng)調(diào)整頻率以及補(bǔ)償負(fù)荷波動(dòng)與運(yùn)行更加穩(wěn)定的一種方式。電力儲(chǔ)能技術(shù)的使用必定可以給傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)規(guī)劃、調(diào)度以及控制和設(shè)計(jì)等多個(gè)方面帶來較大程度的革新。本篇文章主要介紹了電力儲(chǔ)能技術(shù)在配電網(wǎng)中的使用情況，并分析電力儲(chǔ)能技術(shù)在不同電壓等級(jí)配電網(wǎng)的使用情況。
1電力儲(chǔ)能技術(shù)
傳統(tǒng)的電力儲(chǔ)能技術(shù)主要以電化學(xué)儲(chǔ)能以及蓄水儲(chǔ)能為核心，多種新型的電力儲(chǔ)能技術(shù)隨著我國(guó)針對(duì)儲(chǔ)能行業(yè)的高度重視和技術(shù)快速革新以及制造工藝的持續(xù)推進(jìn)也已經(jīng)被實(shí)際工程中廣泛運(yùn)用，并且在電力系統(tǒng)多個(gè)工序中揮發(fā)著較為主要的作用?？梢詫㈦娏?chǔ)能技術(shù)通過其自身的能量轉(zhuǎn)換機(jī)制分值為三個(gè)種類：①化學(xué)儲(chǔ)能；②物理儲(chǔ)能；③其他儲(chǔ)能[1]。其中化學(xué)儲(chǔ)能實(shí)際上就是利用儲(chǔ)能材料相接觸時(shí)發(fā)生化學(xué)反應(yīng),而通過熱能與化學(xué)能的轉(zhuǎn)換儲(chǔ)存能量?jī)?chǔ)存起來。被認(rèn)為現(xiàn)在綜合性能較好的電池體系就是磷酸鐵鋰電池，磷酸鐵鋰電池已經(jīng)被儲(chǔ)能電站廣泛應(yīng)用，并且磷酸鐵鋰電池已經(jīng)快速發(fā)展為新一代電源，一般用在電動(dòng)車以及混合動(dòng)力車和信息通信與航空航天等多個(gè)領(lǐng)域內(nèi)[2]。磷酸鐵鋰電池的主要特點(diǎn)就是可循環(huán)使用并且可使用年限較長(zhǎng)、體積較小并且重量較輕、能量密度較高，但是磷酸鐵鋰電池的制作成本較高，其容電量也會(huì)隨著時(shí)間延長(zhǎng)而變小，并且不能長(zhǎng)時(shí)間的對(duì)其充電。水溶液中含有了釩離子，在全釩液流電池中做儲(chǔ)能介質(zhì)。水溶液中的釩離子價(jià)態(tài)是能夠轉(zhuǎn)變的，電能和化學(xué)能之間形成轉(zhuǎn)變離不開釩離子的價(jià)態(tài)變化，可以滿足電力儲(chǔ)能技術(shù)中充電和放電的轉(zhuǎn)變。這種方式的主要特點(diǎn)就是安全性較高且容量交大、可使用的年限較長(zhǎng)等，但是其投入資金較高，受釩價(jià)格的轉(zhuǎn)變影響較大。超級(jí)電容能夠達(dá)到多個(gè)領(lǐng)域的需求，現(xiàn)在使用領(lǐng)域以及市場(chǎng)規(guī)模都呈持續(xù)增長(zhǎng)的趨勢(shì)[3]。超級(jí)電容的主要特點(diǎn)就是響應(yīng)速度較快，且工作溫度范圍較廣、輸出功率較高且不用刻意進(jìn)行維護(hù)，但是一旦使用不當(dāng)?shù)脑?，則會(huì)導(dǎo)致電解質(zhì)泄漏。物理儲(chǔ)能中飛輪儲(chǔ)能最為廣泛，其是利用互逆式雙向電機(jī)來完成電能與高速旋轉(zhuǎn)飛輪的機(jī)械能之間相互轉(zhuǎn)換的一種儲(chǔ)能技術(shù)。飛輪儲(chǔ)能是一種純物理儲(chǔ)能技術(shù)，以傳統(tǒng)化學(xué)儲(chǔ)能有著根本上的差異。當(dāng)電力處在富裕的情況下，電能會(huì)驅(qū)動(dòng)飛輪進(jìn)行高速的旋轉(zhuǎn)，從而將電腦轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能來進(jìn)行儲(chǔ)存；而當(dāng)系統(tǒng)需要電腦的時(shí)候，飛輪會(huì)減速，電動(dòng)機(jī)成為發(fā)電機(jī)，利用飛輪的動(dòng)能來轉(zhuǎn)換電能。飛輪醋能是利用轉(zhuǎn)子的加速與減速來實(shí)現(xiàn)電能的存儲(chǔ)與釋放。在1990年代的時(shí)候，飛輪儲(chǔ)能技術(shù)得到了飛速發(fā)展，逐漸衍生出了諸多高性能產(chǎn)品，能夠按照轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)速度、材料、軸承的不同，劃分為低速飛輪與高速飛輪。在電力系統(tǒng)中，高速飛輪主要用于調(diào)頻，該技術(shù)與產(chǎn)業(yè)大多集中在美國(guó)。目前，國(guó)內(nèi)在軸承以及轉(zhuǎn)子等關(guān)鍵方面的技術(shù)研究也有了巨大的進(jìn)步，我國(guó)一些公司已經(jīng)能夠自主研發(fā)生產(chǎn)飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件，例如轉(zhuǎn)子、軸承、殼體等。但是大多數(shù)仍然停留在小容量試驗(yàn)階段，尚未形成完整成熟的產(chǎn)品。
2電力儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r
中國(guó)的電力儲(chǔ)能行業(yè)戰(zhàn)略布局主要來源還是在2005年頒布的《可再生能源發(fā)展指導(dǎo)目錄》；儲(chǔ)能在2011年被寫入“十二五”規(guī)劃綱要中；2017年我國(guó)能源局頒布電力儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)中第一個(gè)指導(dǎo)性的文件《關(guān)于促進(jìn)儲(chǔ)能技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展的指導(dǎo)意見》，文件中提出要在“十三五”階段達(dá)到電力儲(chǔ)能通過研發(fā)示范朝著商業(yè)化初級(jí)階段過渡，在“十四五”極端達(dá)到商業(yè)化初級(jí)階段朝著規(guī)模化推進(jìn)轉(zhuǎn)變。電力儲(chǔ)能技術(shù)推進(jìn)到現(xiàn)在，主要的科研投入還是在電化學(xué)儲(chǔ)能范圍之內(nèi)，特別是全釩液流電池以及鋰離子電池等多個(gè)方面的研發(fā)與使用已經(jīng)達(dá)到國(guó)際化先進(jìn)的水準(zhǔn)[4]。通過智利、美國(guó)和中國(guó)在最近幾年實(shí)施的MW級(jí)電化學(xué)儲(chǔ)能示范項(xiàng)目已經(jīng)達(dá)到百項(xiàng)左右。
3電力儲(chǔ)能技術(shù)在不同電壓等級(jí)電網(wǎng)中的應(yīng)用
（1）高壓配電網(wǎng)中的電力儲(chǔ)能技術(shù)。通過大程度上的降低電力系統(tǒng)系統(tǒng)的運(yùn)行效率達(dá)到用電較多階段負(fù)荷需求的備用容量目的，這種方式不僅會(huì)造成資源的浪費(fèi)，還會(huì)導(dǎo)致投資較高。電力儲(chǔ)能系統(tǒng)在高壓配電網(wǎng)中一般用在削峰填谷。一旦將電力儲(chǔ)能裝置在高壓配電網(wǎng)中，則能夠有效降低所需系統(tǒng)的備用容量，從而節(jié)約了電力設(shè)備的投入資金。通過大程度上的降低電力系統(tǒng)系統(tǒng)的運(yùn)行效率達(dá)到用電較多階段負(fù)荷需求的備用容量目的，這種方式不僅會(huì)造成資源的浪費(fèi)，還會(huì)導(dǎo)致投資較高。電力儲(chǔ)能系統(tǒng)在高壓配電網(wǎng)中一般用在削峰填谷。如果在高壓配電網(wǎng)中應(yīng)用電力儲(chǔ)能技術(shù)，則可以一定程度上的降低電力系統(tǒng)的最大發(fā)電處理[5]。如果將電力儲(chǔ)能裝置應(yīng)用在高壓配電網(wǎng)中，能夠有效降低所需電力系統(tǒng)的備用容量，還可以節(jié)約電力設(shè)備的投入。此外，在電力調(diào)峰中應(yīng)用電力儲(chǔ)能技術(shù)的話，就需要裝置容量較大的電力儲(chǔ)能容量。由此得知，容量越大的情況下，電力儲(chǔ)能裝置的控制以及制造難度就會(huì)更大[6]?，F(xiàn)在電力儲(chǔ)能系統(tǒng)的造價(jià)還是比較高的，電力儲(chǔ)能系統(tǒng)的投資可能會(huì)比電力系統(tǒng)備用容量的投資高。電力儲(chǔ)能系統(tǒng)的安裝位置以及容量大小需要依據(jù)優(yōu)化目標(biāo)以及負(fù)荷特點(diǎn)對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算。高壓配電網(wǎng)中的電力儲(chǔ)能系統(tǒng)容量需要與電力系統(tǒng)所需備用容量進(jìn)行技術(shù)的對(duì)比以及經(jīng)濟(jì)投入的對(duì)比。
（2）中壓配電網(wǎng)中的電力儲(chǔ)能技術(shù)。在中壓配電網(wǎng)中使用電力儲(chǔ)能技術(shù)通常是為了提升中壓配電網(wǎng)中調(diào)度電能量的能力，還為了能夠?qū)﹂g接性分布式電源的處理波動(dòng)進(jìn)行控制調(diào)節(jié)，通過這種方式可以提升中壓配電網(wǎng)接受分布式電源的能力。中壓配電網(wǎng)中的風(fēng)力發(fā)電以及光伏發(fā)電等新發(fā)電能源的處理會(huì)受到自然條件的影響。中壓配電網(wǎng)出力的波動(dòng)會(huì)給配電網(wǎng)電能的質(zhì)量帶來一定的影響，尤其是在這種電源在電網(wǎng)中的滲透率到達(dá)某種程度的時(shí)候，不可以忽視電源給配電網(wǎng)電能質(zhì)量帶來的影響。完善這種分布式電源輸出頻率質(zhì)量以及電壓質(zhì)量的重要方式就是使用電力儲(chǔ)能系統(tǒng)在中壓配電網(wǎng)中，并且還可以加強(qiáng)這種分布式電源以及電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行過程的可靠度。能夠解決電網(wǎng)電壓涌流以及跌落和瞬時(shí)供電中斷等多種動(dòng)態(tài)形式的電能質(zhì)量問題的手段就是讓分布式發(fā)電單元與電力儲(chǔ)能系統(tǒng)同時(shí)運(yùn)行，并且還要對(duì)它們進(jìn)行控制。電力儲(chǔ)能技術(shù)可以將不可調(diào)度的分布式發(fā)電單元轉(zhuǎn)變?yōu)榭烧{(diào)度機(jī)組單元運(yùn)行，達(dá)到了和大電網(wǎng)的并網(wǎng)運(yùn)行目的，電力儲(chǔ)能系統(tǒng)可以給電網(wǎng)售電，給電網(wǎng)供給緊急功率支持以及削峰等服務(wù)。如擁有風(fēng)能以及太陽能等間接性新能源發(fā)電單元者不可以制作發(fā)電方案，但是電力儲(chǔ)能系統(tǒng)的應(yīng)用就能夠在特指期間供給所需電能，并且不需要顧及這種發(fā)電單元發(fā)出電能的多少，電力儲(chǔ)能系統(tǒng)的調(diào)節(jié)控制下就可以根據(jù)剛開始預(yù)定的多種發(fā)電規(guī)劃實(shí)行發(fā)電。如果中壓配電網(wǎng)中的電力儲(chǔ)能系統(tǒng)容量配置不達(dá)標(biāo)的話，則會(huì)導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)不平衡，電力系統(tǒng)調(diào)度的靈活度會(huì)隨著電力儲(chǔ)能系統(tǒng)的容量增大而隨之提高，擁有間歇式新能源發(fā)電單元者則能夠得到較多的利潤(rùn)；但是投入資金量也會(huì)隨著電力儲(chǔ)能系統(tǒng)容量的增大而增多。所以，有必要利用相應(yīng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)進(jìn)行分析，在投入者與兩者之間找出最優(yōu)異的經(jīng)濟(jì)平衡點(diǎn)。
（3）低壓配電網(wǎng)中的電力儲(chǔ)能技術(shù)。電力儲(chǔ)能系統(tǒng)用在低壓配電網(wǎng)中，主要是用在電量使用者領(lǐng)域中，因此電力儲(chǔ)能系統(tǒng)是電力系統(tǒng)實(shí)行需求側(cè)管理的一種技術(shù)手段，可以用在提升電能質(zhì)量以及供電可靠度層面上，也可以將其用作緊急電源，比如微網(wǎng)中的電池系統(tǒng)。①需求側(cè)管理。電力系統(tǒng)中的需求側(cè)管理會(huì)通過運(yùn)用一定的方案從而指引消費(fèi)者最后轉(zhuǎn)變能源的使用方式。電力儲(chǔ)能裝置是電能量的儲(chǔ)存設(shè)施，電力儲(chǔ)能裝置轉(zhuǎn)變了用電需求以及發(fā)電同時(shí)性的需求，電力儲(chǔ)能裝置是利于需求側(cè)管理的一種技術(shù)方案。并且需求側(cè)管理能夠一定程度上的減少用于改善電能質(zhì)量所需的電力儲(chǔ)能系統(tǒng)的電容量。②緊急備用。不間斷電源是緊急備用通常使用到的。電網(wǎng)出現(xiàn)故障并且分布式電源也不可以正常運(yùn)行的情況下，比如風(fēng)力發(fā)電在沒有風(fēng)的情況下或者其他種類的發(fā)電裝置正在維護(hù)檢查的情況下，電力儲(chǔ)能系統(tǒng)則能夠給人們供給電能。電力儲(chǔ)能系統(tǒng)的電容量裝置是根據(jù)負(fù)荷需求決定的。由于現(xiàn)在電力儲(chǔ)能系統(tǒng)的價(jià)格較貴，因此電力儲(chǔ)能系統(tǒng)一般都是裝置在部分重要的電力使用人員領(lǐng)域中，例如醫(yī)院以及政府等重要單位。③提高電能質(zhì)量。電力儲(chǔ)能系統(tǒng)裝置在用戶側(cè)，不僅可以一定程度的提升電能的質(zhì)量，還可以提高電力儲(chǔ)能系統(tǒng)的供電可靠度。針對(duì)電力儲(chǔ)能技術(shù)而言，現(xiàn)在能夠使用電力儲(chǔ)能裝置給用電人員供給不間斷高質(zhì)量的供電電源，用電人員還能夠自行決定向電網(wǎng)回饋電能或者利用配電回路從電網(wǎng)獲得電能。
4結(jié)語
本文對(duì)電力儲(chǔ)能系統(tǒng)在不同電壓等級(jí)配電網(wǎng)中的使用進(jìn)行了分析。（1）我國(guó)在以后的配電網(wǎng)設(shè)計(jì)中，需要對(duì)電力儲(chǔ)能系統(tǒng)給分布式電源在電網(wǎng)的滲透率以及需求側(cè)管理和負(fù)荷特性等多個(gè)方面帶來的影響進(jìn)行著重考慮。（2）故障限流器自適應(yīng)偏置電流控制系統(tǒng)，選取兩個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)依次針對(duì)磁控開關(guān)型故障限流器達(dá)到自適應(yīng)在線識(shí)別以及自適應(yīng)控制功能的目的，讓它對(duì)限流器運(yùn)行的參數(shù)轉(zhuǎn)變進(jìn)行跟蹤記錄，達(dá)到磁控開關(guān)型故障限流器能夠更快的偏置電流控制，能夠保障短路電流限制更快更精準(zhǔn)。
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作者：沙云鵬 孔玉輝 喬會(huì)杰 單位：平高集團(tuán)有限公司