分布式储能系统对配电网的影响和优化配置

张科技

(国电南京自动化股份有限公司，江苏 南京 210032)

1 分布式储能存在的问题

1.1 储能系统接入电网对电能质量的影响

1.1.1 单台分布式储能设备接入配电网引起的谐波影响

产生原因：储能系统接入配电网，储能系统与配电网接口的转换器会给配电网系统带来谐波污染。

影响因素：逆变器出厂质量及工作模式决定谐波幅度和阶次；馈电线路阻抗影响谐波衰减量，当馈电线路阻抗值较大时，谐波衰减显著。

谐波的危害：对用户侧变压器、旋转电机、用电设备的保护及控制装置等用电设备产生负面影响，威胁用户用电安全。

1.1.2 集群分布式储能接入配电网引起的谐波谐振影响

产生原因：在集群分布式储能系统的关键设备储能逆变器PCS ( Power Conversion System)配置了大量的大功率非线性元件，数量众多PCS与配电网之间可能会形成并联或串联谐振。

影响因素：各逆变器的阻抗参数，系统阻抗。

谐振的危害：谐振可以导致系统一定范围内过电压和过电流，谐振过电流会引起配电装置的PT(Potential transformer)熔件熔断甚至烧毁PT，谐振过电压危害配电设备绝缘甚至使小容量异步电机发生反转。

1.1.3 含大量分布式电源及储能的配电网

- 分布式微源特性影响

- 电流谐波呈现宽频域、高频次等特征

- 线路分布电容的影响

- 分布式电源、储能与配电网谐波交互影响

1.4 含多分布式电源及储能的微电网

- 内部网络拓扑复杂，能量双向流动

- 多逆变器并联环流问题

- 微网多逆变器耦合交互分布式电源、储能与配电网谐波交互影响

2 分布式储能并网对配电网继电保护的影响

2.1 对电流保护的影响

储能系统具有功率双向流动特性，大量储能并网将使配电网成为一个多电源系统。配电网潮流方向的变化，使现有的继电保护配置方案不能保证电力系统和用户电力设备安全稳定地运行，从而引起继电保护装置的失效、误动或拒动。另外，配电网潮流方向的改变使继电保护装置的灵敏度降低，引起保护设备拒动；此外还可能导致本线路、相邻线路的瞬时速断保护误动等故障。

2.2 对自动重合闸的影响

2.2.1 非同期重合

当故障出现在系统电源和储能之间的线路上时，若储能系统再并网动作与配电装置重合闸时间不配合，或者储能系统处于放电状态且未能在重合闸动作前退出，可能在自动重合闸动作时造成非同期合闸，导致重合闸失败。

2.2.2 故障点电弧重燃

故障发生后，前端断路器跳闸，分布式储能电源系统仍然可能向故障点提供电流，故障点的事故将进一步扩大。

3 分布式储能的优化配置

3.1 电能质量改善措施

3.1.1 安装滤波设备可以有效治理储能系统并网产生的谐波问题

3.1.2 消除分布式储能谐波谐振的措施

- 安装谐波抑制阻尼装置

- 设计阶段，合理选择储能系统和分布式电源的设备参数

- 项目选址和接入设计阶段，提前考虑储能系统安装位置对系统等效阻抗参数的影响

3.2 限制储能电站接入用户的规模

3.2.1 线路容量和接入电压等级的限制

考虑到输配电线路的线路损耗和输送容量限制，储能系统的接入电压等级应按照安装容量选择合适的接入电压等级，减少储能系统对电网系统的负面影响。依据《储能系统接入配电网技术规定》Q/GDW 564-2010对接入电压等级的规定要求，储能系统容量在200kW以上宜选择10kV(6kV)及以上电压等级接入配电网；系统容量在200kW及以下储能系统可选用220V或380V接入配电网。

3.2.2 电能质量要求

依据Q/GDW 564-2010规定，储能系统接入配电网后公共连接点处的电能质量，在谐波、间谐波、电压偏差、电压不平衡、直流分量等方面应满足国家相关标准的要求。

3.2.3 技术经济考虑

应用于分布式发电的储能系统容量应根据当地能源条件、气候特点、负载的电能需要和所配储能电池的技术特性来综合优化考虑。

3.3 储能系统对于配电网的支撑作用分析

3.3.1 削峰填谷，改善负荷特性

储能系统在配电网中的安装容量直接影响着它在“削峰填谷”中的效能，储能系统的安装容量配置越大对配电网的“峰谷差”改善程度也越有效。当储能系统总容量超过电源侧的理想削峰容量时，馈线峰谷差将降为零。

3.3.2 提高电压质量

分布式储能系统接入配电网能够高效地调节电源的功率波动和用电设备不同工况下启停对于电网电压质量的影响。用户侧的储能系统可以平滑电压、频率波动，有效降低可再生能源引起的电压升高、骤降和闪变等问题。

3.4 提高功率主动调节能力

储能系统兼具充电和放电能力，可以赋予配电网灵活的功率主动调节能力。储能系统这种功率主动调节能力受到自身的容量限制，同时这种功率的调节能力与储能系统接入位置息息相关。

3.5 配电网储能系统多目标优化配置

(1)为了保证配电网对可再生能源的有效消纳，储能系统安装容量应大于可再生能源的容量之和减去馈线的最小负荷值；(2)为了减少对配电网的运行带来负面影响，每个接入点储能安装容量不应超过其允许值。

4 结语

随着分布式电源的广泛应用、电动汽车的不断推广，未来配电系统对储能系统的需求越来越大。储能技术为电力系统的供电压力，改善电力系统的稳定性，提高供电质量提供了新的思路及有效的技术支撑。储能技术在配电网中的应用能够为电网运营商及用户带来诸多效益，成本暂时阻碍了其发展和推广，大规模储能技术应用水平与电力系统的巨大需求之间仍存在一定差距。

5 未来展望

储能系统功能由单一化走向多元，单一储能元件的特性难以满足电力系统对于储能的要求，兼具高功率密度与高能量密度的多元混合型储能技术将是未来发展方向。在储能技术的发展过程中，我们应高度重视储能技术原始创新和产业布局，积极开发大容量、低成本、快速、高效、长寿命和易回收的储能技术，为储能产业可持续发展和能源产业转型提供重要的技术支撑。