安科瑞 劉邁

　　摘要：隨著新能源發(fā)電接入電網(wǎng)的比例的逐漸*大，新能源發(fā)電具有不穩(wěn)定性、間歇性、波動性等問題也逐漸凸顯，新能源發(fā)電所存在功率波動和出力難以預測，難以有效調(diào)度的問題日益顯著，進而對整個電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行造成嚴重的影響。 將儲能技術(shù)應用于新能源電力市場，能夠承擔新能源波動造成的功率差額，降低對負荷及電網(wǎng)的沖擊。 文章主要分析儲能技術(shù)在新能源電站并網(wǎng)中的實際應用，通過儲能技術(shù)的應用，從而調(diào)節(jié)電能的收集與釋放，實現(xiàn)維持電網(wǎng)系統(tǒng)的運行穩(wěn)定的目的。

　　關(guān)鍵詞：新能源；儲能技術(shù)；發(fā)電并網(wǎng)；應用

　　1.引言

　　“雙碳"戰(zhàn)略目標的不斷發(fā)展，新能源發(fā)電憑借其綠其綠色可再生而得到廣泛應用，且受到行業(yè)重視。 但由于新能源并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的復雜性，在新能源并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中，較為重要的幾類組件包括，電功率追蹤設備、儲能裝置及并網(wǎng)逆變設備等，為實現(xiàn)既定的發(fā)展目標，應用儲能技術(shù)，規(guī)避其對發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)生的不利影響，在提升新能源發(fā)電系統(tǒng)中占據(jù)比值的同時，確保電網(wǎng)始終保持穩(wěn)定。

　　2.技術(shù)背景

　　2.1.新能源資源分布

　　我國國土面積相對來說較為遼闊，根據(jù)研究調(diào)查顯示，我國新資源較為豐富，且大部分地區(qū)每 年的日照時間在2000h以上，對年輻射量進行調(diào)查，發(fā)現(xiàn)整體超過5000MJ/㎡，為新能源電站的建設提供了強有力的支持，保證了新能源電站運行的穩(wěn)定性。 為了進一步研究新能源電站建設的可行性，我國對國內(nèi)不同地區(qū)進行了較為深入的研究和分析，可以將全國區(qū)域內(nèi)的不同省市根據(jù)新能源能的利用情況，分為4類別，*一類年輻射量6700-8370MJ/㎡，*二類年輻射量為5400-6700MJ/㎡，*三類年輻射量4200-5400MJ/㎡，*四類年輻射量不超過4200MJ/㎡。從綜合性的角度來看，*一類以及*二類的新能源能資源更為豐富，比如說青藏、甘肅內(nèi)蒙古、河北、遼寧、山東以及廣東、新疆等省市區(qū)域，此類區(qū)域更適合進行新能源電站的建設，太陽能資源更為充足，尤其是青藏高原、甘肅、內(nèi)蒙古以及寧夏等，新能源資源分類可見表１。

　　2.2.新能源電站并網(wǎng)發(fā)展運行現(xiàn)狀分析

　　近年來，我國已經(jīng)意識到新能源電站建設發(fā)展的重要性以及優(yōu)勢和價值，為新能源電站的發(fā)展建設提供了一定的活力和支持，相關(guān)技術(shù)不斷地發(fā)展和進步，也為新能源電站并網(wǎng)奠定了堅實的基礎。根據(jù)研究調(diào)查顯示，2022年全國新能源發(fā)電新增裝機1.25萬千瓦，同比增長21％ ，由此可見新能源電站的建設程度以及發(fā)展速度。從我國地理條件來看，西部區(qū)域的新能源資源相對來說更為豐富，因此，我國在建設新能源電站的過程中主要以西部區(qū)域為主，但是也存在一定的問題，從經(jīng)濟結(jié)構(gòu)的角度來看，西部區(qū)域的發(fā)展較為落后，在技術(shù)以及管理方面都存在一定的問題，這也對并網(wǎng)造成了一定的不良影響，導致轉(zhuǎn)化的電力資源無法有效輸出至電網(wǎng)系統(tǒng)之中，出現(xiàn)棄光的情況，據(jù)研究調(diào)查顯示，截止在2022年，西北地區(qū)棄光率雖有所下降，但還未達到理想狀態(tài)。 為解決這一問題，我國相關(guān)部門將新能源電站的建設轉(zhuǎn)移至中東區(qū)域，這樣可以降低棄光量以及棄光率，但是此種方法治標不治本，未能從根本上解決問題。 而西北地區(qū)的新能源能資源豐富，依然是新能源電站建設的重要區(qū)域，因此如何從根本上解決問題是當前研究的*點內(nèi)容，也是提升網(wǎng)系統(tǒng)接收新能源電力的關(guān)鍵。近年來，儲能技術(shù)逐漸走近大眾視野，成為*點研究對象，其具有響應特性好、壽命長以及可靠性高等特點，被應用于多個行業(yè)與領域之中，新能源電站并網(wǎng)也可以積*應用此項技術(shù)。

　　3.儲能技術(shù)在新能源電站并網(wǎng)中應用的重要性

　　3.1.有助于提升運行速率

　　儲能技術(shù)在實際應用的過程中，整體速率較高，可以更好地進行響應，提升了有功功率與無功功率的收斂以及交換，節(jié)約了一定的時間資源。并且，在此過程中，電壓的變化相對來說比較小，避免出現(xiàn)電壓急速加強的情況，同時也可以避免電壓電流出現(xiàn)畸變的情況，以此保證新能源電站并網(wǎng)的安全性以及穩(wěn)定性，保證為電網(wǎng)系統(tǒng)輸入高質(zhì)量電力資源。

　　3.2.有助于提升經(jīng)濟效益以及社會效益

　　儲能技術(shù)在實際應用的過程中，可以保證新能源電站運行的經(jīng)濟效益以及社會效益，同時也可以提升新能源電站運行的安全性，避免發(fā)生安全事故。 現(xiàn)階段，我國西部新能源電站在實際運行的過程中，存在棄光的情況，輸出的電力資源相對來說比較少，對經(jīng)濟利益造成了嚴重的不良影響，而在儲能技術(shù)的支持下，可以有效解決此類問題［２］。 在儲能技術(shù)的支持下，新能源電站可以將未能有效傳輸?shù)碾娏Y源進行儲存，如果后續(xù)運行的過程中出現(xiàn)發(fā)電量低于閾值時，可以利用儲存的電力資源，將其進行傳輸，將其傳輸至電網(wǎng)系統(tǒng)之中，進而保證為社會發(fā)展以及居民日常生活提供充足的電力資源。 儲能技術(shù)的應用，解決了棄光的問題，以此提升新能源電站并網(wǎng)的經(jīng)濟效益以及社會效益。

　　3.3.有助于提升電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性

　　儲能技術(shù)在不斷地進步和發(fā)展，研究人員對其進行深入地研究和分析，發(fā)現(xiàn)其對于保證電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行方面發(fā)揮著重要的作用和價值。 儲能技術(shù)在實際應用的過程中，保證了輸電的穩(wěn)定性，進而提升電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，以此保證為社會發(fā)展與居民日常生活提供充足的電力資源。 儲能技術(shù)在實際應用的過程中，主要是提升相關(guān)設備運行的安全性，進而避免出現(xiàn)波動性或者是間歇性的故障問題，進而保證電網(wǎng)的穩(wěn)定性以及電力資源質(zhì)量。

　　4.儲能技術(shù)在新能源并網(wǎng)中的應用

　　我國主要以火力發(fā)電為主，但是其在實際運行生產(chǎn)的過程中，存在一定的缺陷，對環(huán)境以及資源造成了一定的影響。 相關(guān)部門提出，電力系統(tǒng)在生產(chǎn)建設的過程中，需要加大新能源電站的建設與運行，將其作為電力系統(tǒng)建設的核心內(nèi)容之一。 而儲能技術(shù)是幾年來提出的一種新型技術(shù)，其在實際應用的過程中具有較強的應用優(yōu)勢和價值，為整體發(fā)展建設奠定了堅實的基礎，具體技術(shù)應用如表2所示。 在新能源電站并網(wǎng)中也可以應用此項基礎，解決了新能源電站并網(wǎng)出現(xiàn)的問題。

　　為保障儲能效果，提升新能源發(fā)電系統(tǒng)的質(zhì)量，除了應用單個儲能技術(shù)外，也可結(jié)合多個儲能技術(shù)，比如超導儲能和蓄電池儲能技術(shù)結(jié)合、和超導電容器儲能技術(shù)結(jié)合。

　　4.1.飛輪儲能技術(shù)

　　飛輪儲能技術(shù)是儲能技術(shù)中的一種，其應用相對來說比較廣泛，而且整體運行操作較為簡單。飛輪儲能系統(tǒng)在實際運行的過程中，主要是依靠電動機，其在運行的過程中帶動飛輪，使其高速轉(zhuǎn)動，進而將多余的電能轉(zhuǎn)化為動能，進行儲存，此方式為混合儲能主要方式之一，可如圖1所示。其在實際應用的過程中，可以在有需要的情況下使其運行即可，因此從整體性的角度來看，其可以節(jié)約一定的資源。

　　飛輪儲能技術(shù)在實際應用的過程中，相關(guān)工作人員為了進一步提升資源的有效利用率，降低發(fā)電機的整體運行損耗，應用了超導磁懸浮技術(shù)，其在實際運行的過程中，在復合材料的支持下，可以提升整體儲能密度，進而保證電力資源的轉(zhuǎn)換，同時此項技術(shù)的應用也在一定程度上降低了整體系統(tǒng)的體積，占地面積相對來說比較小。 飛輪儲能系統(tǒng)在實際應用的過程中，在**的技術(shù)的支持下，對材料等進行了相應的優(yōu)化，實現(xiàn)了儲能技術(shù)轉(zhuǎn)化提升的目的，當前飛輪儲能系統(tǒng)在應用的過程中，整體轉(zhuǎn)化率高達93％。 飛輪儲能系統(tǒng)在實際應用的過程中對于環(huán)境的依靠程度相對來說比較高，在建設的過程中，需要保證環(huán)境的真空度，這樣才能保證整體系統(tǒng)發(fā)揮*大的作用和價值。 飛輪儲能系統(tǒng)在運行的過程中，其不會產(chǎn)生大量的摩擦，因此整體設備的損耗相對來說比較小，提升了整體使用年限，同時其降低了后續(xù)維修與養(yǎng)護的成本支出。

　　4.2.蓄電池儲能技術(shù)

　　在儲能工作開展中，蓄電池儲能技術(shù)的應用*早，在行業(yè)中的應用時間也*長，當前已經(jīng)滲透到我們?nèi)粘Ｉ钪械姆椒矫婷妗?從以往情況來看，經(jīng)過科學家們的不斷研發(fā)后，蓄電池的容量不斷擴大，使得儲存容量得到提高，增強了其儲存性能，為人們的日常生活提供了便捷。 發(fā)展到現(xiàn)階段下，常規(guī)的鉛酸蓄電池容量以20wm為主，與*初的蓄電池容量進行比較，增強近100倍左右，其主要被應用在風力發(fā)電的電力系統(tǒng)中，這主要是因為鉛酸電池在應用過程中，不僅成本較低，而且對使用環(huán)境的要求較低，為風力發(fā)電的應用提供了基礎。 但是實際情況來看，鉛酸電池的應用也存在一定的不足，在達到使用壽命后，無法實現(xiàn)無害化處理，對環(huán)境的影響較大，這是導致此類電池無法大面積使用的一大因素。 而就鎳氫電池來說，其在 2008年北京中便已經(jīng)得到了應用，其中北京地區(qū)的電動車大多是將鎳氫蓄電池進行應用，作為電動車的移動電源進行使用，效果較好。 但是鎳氫電池的能量密度容易受到外界因素影響，在環(huán)境變化的情況下，放電電流會減少，其對應的容量密度會在 80kwh/kg，但在放電電流較大時，能量密度會減低到 40kwh/kg。 同時鋰離子電池也是當前社會中常用的儲能技術(shù)，但是此類電池制作技術(shù)相對復雜，容易受到外界環(huán)境的影響，因此其通常無法在風力發(fā)電中進行應用。 *后，就全釩液流電池來說，其應用通常需要電解液和汞之間進行相互作用，實現(xiàn)電*表面的氧化還原反應，促進電池放電，目前來看，此類電池是研究的主要方向，未來將具有一定潛力。

　　4.3.超導儲能技術(shù)

　　超導儲能技術(shù)在實際應用的過程中與飛輪儲能技術(shù)之間存在一定的差異性，超導儲能系統(tǒng)在運行的過程中，主要是將電力資源轉(zhuǎn)化為磁場能力，實現(xiàn)儲存的目的，當需要的時候再轉(zhuǎn)化為電力資源，為電網(wǎng)系統(tǒng)提供支持。 超導儲能系統(tǒng)更為**，可以長期對于未應用的電力資源進行儲存，而且整體運行的損耗較小，但是整體利用率比較高，在一定程度上解決了棄光的問題。 超導儲能系統(tǒng)在將電力資源轉(zhuǎn)化為磁場能量的過程中，無需消耗大量的時間資源，可以在短時間內(nèi)實現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)換，對比于飛輪儲能系統(tǒng)，其整體工作效率提升了98％左右。 超導技術(shù)在實際應用的過程中，整體性能良好，具有較強的動態(tài)性，且整體響應時間較短，因此成為當前應用廣泛的一項技術(shù)內(nèi)容，主要鯨旗應用于輸配電網(wǎng)撐等方面從根本上保證運行的穩(wěn)定性。

　　4.4.超*電容器儲能技術(shù)

　　此技術(shù)的應用具有較大的脈沖功率，在使用此技術(shù)對電容器進行充電時，可促進其對電*表面的異性離子進行吸引，從而促進吸引力的增強，使其在電*表面進行依附，形成雙層電容。 通常情況下，此技術(shù)被應用在電力系統(tǒng)中，作為電能質(zhì)量高峰值功率的使用，其可對電壓情況進行監(jiān)測，在出現(xiàn)電壓跌落嚴重的情況時可立即放電，對電壓進行穩(wěn)定，促進持續(xù)性生產(chǎn)。 而且超*電容器儲能技術(shù)還能夠促進多次重復循環(huán)穩(wěn)定電流的產(chǎn)生，避免對電容器造成損害。 但就目前來看，我國對此技術(shù)的研究相對較晚，技術(shù)使用還存在不足，還需要在未來發(fā)展中加強研究，促進其儲能技術(shù)的不斷增強。

　　5.技術(shù)方案

　　為了解決社區(qū)或工業(yè)園區(qū)*能源系統(tǒng)的智能化管理和控制問題，擬開發(fā)一套**的光伏儲能直流智能微電網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)由基于嵌入式技術(shù)的硬件控制器和主控系統(tǒng)兩部分組成，立足于為商業(yè)園區(qū)、現(xiàn)代化社區(qū)或新型城鎮(zhèn)等多種能源利用場景提供定制化服務，提高用能的安全性、可靠性和經(jīng)濟性。整體技術(shù)方案及功能如下：

　?。?）開發(fā)基于嵌入式技術(shù)的邊緣控制器，主要功能為通信功能、數(shù)據(jù)采集、系統(tǒng)保護以及智能化控制和能量管理。

　?。?）開發(fā)一套能量管理主控系統(tǒng)，除具備SCADA系統(tǒng)的監(jiān)控、保護、數(shù)據(jù)存儲、事件記錄、人機交互等功能外，還具備智能化能量管理功能。

　?。?）開發(fā)不同控制和能量管理功能的軟件模塊，可自由組合調(diào)用，實現(xiàn)多目標優(yōu)化控制。

　?。?）該系統(tǒng)硬件設備及軟件程序均具有高度的兼容性，支持各類通信協(xié)議的端口及軟件程序，可實現(xiàn)對光伏、風電、天然氣、電采暖、電儲能、熱儲能等各種能源形式的管理。

　　5.1系統(tǒng)框架搭建

　　光伏儲能直流智能微電網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)采用“云-邊-端"協(xié)同的能量管理系統(tǒng)架構(gòu)，通過“本地計算＋云端優(yōu)化"的協(xié)同方式，實現(xiàn)系統(tǒng)在線優(yōu)化升*，也降低了網(wǎng)絡通信的依賴。系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

　　系統(tǒng)框架分為配電網(wǎng)調(diào)度層、微電網(wǎng)集中控制層、就地控制層。就地控制層包括發(fā)電電源、儲能系統(tǒng)、負載及交直流（DC/AC）控制部分。微電網(wǎng)集中控制層包括控制*心，由監(jiān)測單元和統(tǒng)計分析組成，監(jiān)測單元按照監(jiān)測對象不同包含發(fā)電、儲能、負載3部分。發(fā)電監(jiān)測其*點電壓、電流、功率等參數(shù)；儲能監(jiān)測內(nèi)容包括電壓、電流、功率及荷電狀態(tài)等；負載監(jiān)測包括類型、功率、用電量等；而統(tǒng)計分析利用多種展示形式，分析各部分的運行狀態(tài)及決策處理。保護部分分別對儲能、電源、用戶進行保護，計量部分通過電表進行電費結(jié)算。配電網(wǎng)調(diào)度層有調(diào)度系統(tǒng)，根據(jù)統(tǒng)計分析結(jié)果進行能源調(diào)度，實現(xiàn)能源的優(yōu)化利用。

　　5.2軟硬件設計

　　5.2.1儲能系統(tǒng)

　　儲能系統(tǒng)包括儲能蓄電池和逆變器兩部分。儲能蓄電池可以是鉛酸電池、磷酸鐵鋰電池、飛輪儲能系統(tǒng)；逆變器的作用是控制儲能部分，并進行交直流逆變。逆變器有功率閉環(huán)運行和電壓閉環(huán)運行兩種工作方式，分別在并網(wǎng)和離網(wǎng)兩種狀態(tài)下運行。逆變器直流側(cè)電壓為儲能系統(tǒng)工作電壓，交流側(cè)電壓常用380V或400V母線電壓。儲能系統(tǒng)還配置了電池管理系統(tǒng)，用于實時檢測儲能單元的電壓、電流、溫度等參數(shù)，通過高精度剩余電量及電池健康度估算，評估蓄電池的放點電流，并上傳監(jiān)控參數(shù)。

　　5.2.2能量管理系統(tǒng)

　　能量管理系統(tǒng)研究冷、熱、電、氣物理量的低耗電量無線傳輸技術(shù)以及模塊化組網(wǎng)通信技術(shù)，開發(fā)嵌入式邊緣控制器。主要功能為通信、數(shù)據(jù)采集、系統(tǒng)保護，以及智能化控制和能量管理功能。

　　5.2.3微電網(wǎng)監(jiān)控管理系統(tǒng)

　　微電網(wǎng)監(jiān)控管理系統(tǒng)基于瀏覽器和服務器（B/S）架構(gòu)模式的能源管理云平臺設計技術(shù)，除具備數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制（SCADA）系統(tǒng)的監(jiān)控、保護、數(shù)據(jù)存儲、事件記錄、人機交互等功能外，還具備智能化能量管理功能。主控系統(tǒng)具有高度兼容性和可擴展性，可根據(jù)不同的應用場景組成定制化系統(tǒng)架構(gòu)以及實現(xiàn)監(jiān)控保護功能。

　　5.3性能參數(shù)

　　系統(tǒng)具有高度兼容性和可擴展性，可根據(jù)不同的應用場景組成定制化系統(tǒng)架構(gòu)，并提供相應的控制管理策略，以及監(jiān)控保護功能。在此過程中，不僅支持各類能源之間的調(diào)度和分配，同時考慮電熱轉(zhuǎn)換、電冷轉(zhuǎn)換等不同類型能源形式之間的交叉耦合利用。

　　系統(tǒng)主要參數(shù)如表1所示。

　　6.1.實時監(jiān)測

　　系統(tǒng)人機界面友好，能夠顯示儲能柜的運行狀態(tài)，實時監(jiān)測PCS、BMS以及環(huán)境參數(shù)信息，如電參量、溫度、濕度等。實時顯示有關(guān)故障、告警、收益等信息。

6.2.設備監(jiān)控

　　系統(tǒng)能夠?qū)崟r監(jiān)測PCS、BMS、電表、空調(diào)、消防、除濕機等設備的運行狀態(tài)及運行模式。

　　PCS監(jiān)控：滿足儲能變流器的參數(shù)與限值設置；運行模式設置；實現(xiàn)儲能變流器交直流側(cè)電壓、電流、功率及充放電量參數(shù)的采集與展示；實現(xiàn)PCS通訊狀態(tài)、啟停狀態(tài)、開關(guān)狀態(tài)、異常告警等狀態(tài)監(jiān)測。

　　BMS監(jiān)控：滿足電池管理系統(tǒng)的參數(shù)與限值設置；實現(xiàn)儲能電池的電芯、電池簇的溫度、電壓、電流的監(jiān)測；實現(xiàn)電池充放電狀態(tài)、電壓、電流及溫度異常狀態(tài)的告警。

　　空調(diào)監(jiān)控：滿足環(huán)境溫度的監(jiān)測，可根據(jù)設置的閾值進行空調(diào)溫度的聯(lián)動調(diào)節(jié)，并實時監(jiān)測空調(diào)的運行狀態(tài)及溫濕度數(shù)據(jù)，以曲線形式進行展示。

　　UPS監(jiān)控：滿足UPS的運行狀態(tài)及相關(guān)電參量監(jiān)測。

　　6.3.曲線報表

　　系統(tǒng)能夠?qū)CS充放電功率曲線、SOC變換曲線、及電壓、電流、溫度等歷史曲線的查詢與展示。

6.4.策略配置

　　滿足儲能系統(tǒng)設備參數(shù)的配置、電價參數(shù)與時段的設置、控制策略的選擇。目前支持的控制策略包含計劃曲線、削峰填谷、需量控制等。

6.5.實時報警

　　儲能能量管理系統(tǒng)具有實時告警功能，系統(tǒng)能夠?qū)δ艹浞烹娫较?、溫度越限、設備故障或通信故障等事件發(fā)出告警。

6.6.事件查詢統(tǒng)計

　　儲能能量管理系統(tǒng)能夠?qū)b信變位，溫濕度、電壓越限等事件記錄進行存儲和管理，方便用戶對系統(tǒng)事件和報警進行歷史追溯，查詢統(tǒng)計、事故分析。

6.7.遙控操作

　　可以通過每個設備下面的紅色按鈕對PCS、風機、除濕機、空調(diào)控制器、照明等設備進行相應的控制，但是當設備未通信上時，控制按鈕會顯示無效狀態(tài)。

6.8.用戶權(quán)限管理

　　儲能能量管理系統(tǒng)為保障系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行，設置了用戶權(quán)限管理功能。通過用戶權(quán)限管理能夠防止未經(jīng)授權(quán)的操作（如遙控的操作，數(shù)據(jù)庫修改等）?？梢远x不同*別用戶的登錄名、密碼及操作權(quán)限，為系統(tǒng)運行、維護、管理提供可靠的安全保障。

　　6.9儲能電表產(chǎn)品選型

　　7.結(jié)語

　　新能源電站并網(wǎng)在實際運行的過程中，儲能 技術(shù)在其中發(fā)揮著重要的作用和價值，為電網(wǎng)系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性奠定了堅實的基礎，同時也可以從根本上避免出現(xiàn)棄光的情況，提升資源的有效利用率。儲能技術(shù)越來越成熟，其在實際運行的 過程中，實現(xiàn)了削峰填谷的目的，當社會發(fā)展過程 中出現(xiàn)突發(fā)狀況時，新能源電站可以為其提供應電源，保證整體輸供電的穩(wěn)定性以及安全性，并優(yōu)化電網(wǎng)特點以及電力質(zhì)量。

　　參考文獻

　　【1】許嘉雯.儲能技術(shù)在新能源發(fā)電技術(shù)中的應用研究

　　【2】何 葉.新能源發(fā)電側(cè)儲能技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展研究[J]．新能源科技，2022（11）,27-29.

　　【3】安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計及應用手冊.2020.06版