分布式储能系统对配电网的影响和优化配置

摘 要：储能系统是电能与其他能源灵活转换和综合利用的关键设备，储能系统破解了能源生产和消费的不同步性，使能源在时间和空间上具有可平移性，实现了能源共享的前提。分布式储能系统在配电网中能起到消除新能源波动、降低负荷峰谷差、提高供电设备利用率、提升供电可靠性、改善电能质量等作用，是实现能源供应清洁化，用户用电智能化、源网荷友好互动化的重要手段，另外分布式储能系统具有分散布局，可控性差等特点。

关键词：分布式能源;分布式储能系统;分布式储能对电网的影响

随着智能电网、可再生能源发电、分布式发电与微电网以及电动汽车的蓬勃发展，大量分布式电源接入配电网。分布式发电系统带来的随机性和高负荷等问题需要相应的存储技术提供解决方案，因此，诞生了分布式储能技术。

分布式储能系统主要应用场景包含用户侧，分布式电源侧和配电侧等三个方面，多以分布式电源，用户侧或者微电网为背景引入，电动汽车也是其中一种重要组成。相对于集中式储能系统，分布式储能减少了集中储能电站的线路损耗和投资压力。合理规划的分布式储能，不但可以通过“削峰填谷”起到降低配电网容量的作用，还可以弥补分布式的随机性对电网安全和经济运行的负面影响。分布式储能系统的特点如下：

优点：

（1）采用能源就地消纳，减少了线损和输发电投资运行成本，提高电能质量。

（2）提高可再生能源利用率，减少污染排放;

（3）与大电网供电互补，改善电网峰谷差，减少电网备用容量;

（4）在大电网灾难性故障时维持重要负荷的供电，并有助于大电网快速黑启动;

缺点：

（1）改发了配网潮流流向，且太阳能、风能等可再生能源出力具有间歇性及波动性，为电网运行调度不保护控制带来困难。

（2）分布式电源的盲目引入可能导致微网系统的稳定性、可靠性和电能质量的恶化。

（3）当电力系统发生故障时，分布式电源必须马上退出运行，限制了分布式发电站效益的发挥。

一、分布式储能存在的问题

1. 分布式储能并网对电能质量的影响

1.1 单台接入引起谐波注入

产生原因：储能通过电力电子接口接入配电网，电力电子转换器会给系统带来谐波污染。

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，谐波衰减明显。

危害程度：对用户电动机、用户补偿电容器、用户自动控制装置产生影响，威胁用电安全。

1.2 集群接入引起谐波谐振

产生原因：储能与多分布式电源等大功率非线性元件接入电网，多逆变器之间及其与电网之间可能会形成串联或并联谐振。

影响因素：各逆变器的阻抗参数，系统阻抗。

危害程度：谐振可导致系统一定范围内过电压和过电流，谐振过电压危害设备绝缘并使小容量一步电机发生反转，谐振过电流会引起PT熔件熔断甚至烧毁PT。

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

- 內部网络拓扑复杂，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

储能具有功率双向流动特性，大量储能并网将使配电网将成为一个多电源系统，潮流不再单向地从变电站母线流向用户负荷，原有的保护配置可能不能满足新情况的要求，从而引起继电保护的失效、误动或拒动。

- 导致保护的灵敏度降低及拒动

- 导致本线路保护误动

- 导致相邻线路的瞬时速断保护误动

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，若储能处于放电状态且未能在重合闸动作前退出，或者再并网动作与配电网重合闸时间不配合，将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：

当断路器跳闸后，若分布式电源不能及时解列，分布式电源仍然向故障点提供电流，电弧持续燃烧，故障将继续。

二、分布式储能的优化配置

1.电能质量改善措施

1.1针对储能并网产生的谐波问题，可安装滤波设备;

1.2针对储能与分布式电源形成谐波谐振的问题：

- 安装抑制阻尼装置

- 储能与分布式电源的阻抗参数协同设计

- 储能接入位置的优化设计中考虑接入位置对系统等效阻抗参数的影响

2.限制储能电站接入用户的规模

2.1线路容量限制

Q/GDW 564-2010 《储能系统接入配电网技术规定》规定：“200kW以上储能系统宜接入10kV（6kV）及以上电压等级配电网;200kW及以下储能系统接入220V/380V电压等级配电网”。

2.2电能质量要求

Q/GDW 564-2010 《储能系统接入配电网技术规定》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。

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.储能系统对于配电网的支撑作用分析

3.1削峰填谷，改善负荷特性

储能系统接入的总能量越大，其削峰填谷的作用越明显，馈线的峰谷差改善程度也越大，当储能系统接入的总能量超过馈线的理想削峰能量时，可以使得馈线峰谷差为零。

3.2提高电压质量

储能系统的引入可以有效抑制分布式能源的功率波动和不规则启停对于配电网供电电压质量的影响，提升网络的电压水平：

4.提供功率主动调节能力

储能系统兼具充電和放电能力，并且包含一定的存储能量，其旋转备用的范围很广，包括正的发电调节能力和负的充电调节能力，因而可以赋予配电网灵活的功率主动调节能力，是系统运行主动性的体现。但储能系统赋予配电网的这种功率主动调节能力一方面受到储能系统自身的能量限制，另一方面也受网络潮流（包括节点电压和支路电流）的约束，因而与储能系统的接入位置息息相关。

5.配电网储能系统多目标优化配置

5.1为了主动配电网对于间歇性能源的完整消纳，储能系统的总容量值应该不小于间歇性能源的容量之和减去馈线的最小负荷值;

5.2为了不对主动配电网的运行带来很大影响，每个节点配置的储能单元容量值不应超过其允许值;

5.3为了不对上级电网造成大的冲击以及考虑到储能系统的建设及安装成本，储能系统的总容量值应该不大于上级变压器容量的25%。

三、总结

随着分布式电源的广泛应用、电动汽车的不断推广，使得未来配电系统对储能的需求越来越大。储能技术对解决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和有效的技术支持。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。

四、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。在储能技术中，各种形式能量的相互转换非常重要，必须解决大容量、快速、高效、低成本能量转换技术的问题，电力电子技术将成为研究的重点。储能技术的应用场合多样性及多元储能系统协调控制等问题，使得对于其控制策略的研究尤为必要。

参考文献

[1] 《电化学储能系统接入配电网技术规定》NB/T33015-2014 国家能源局 发布

[2] 《储能系统接入配电网技术规定》Q/GDW564-2010 国家电网公司 发布

[3] 《储能关键技术及商业运营模式》 华志刚 中国电力出版社

[4] 《电网侧分布式电池储能技术应用及商业模式》 张中青 中国电力出版社

作者简介：张科技，男，1982.5.4，汉族，江苏省南京市，本科，工程师，研究方向：电气工程设计。