储能在新能源、分布式电源与电网协调发展中的作用

孙涛，姚健，周玉，杨健，周倩

（国网吴忠供电公司，宁夏 吴忠 751100）

0 引言

目前我国的分布型电力市场已经形成，并且正在逐渐完善，但是在这个过程中仍然有很多的不足。而分布式电源的发展可以有效解决这些难题。一方面，分布式电源的容量大小决定了其能够为用户提供丰富的电能；另一方面，由于分布式供电系统的规模较大，因此对电网的影响也会很大。

1 光伏发电技术

太阳能发电是利用太阳辐射的能量直接将光能转换为电能的过程：在光照充足的情况下，通过光电效应将光能转化为电能，是目前应用最广的一种发电方式。随着科学技术的不断进步，新能源的开发与使用越来越受重视，特别是在分布式电源中，其优势尤为明显[1]。分布式电源主要有以下几种:（1）单晶硅、多晶硅、非晶薄膜电池。单晶硅的优点在于它的成本低，但它的缺点就是价格昂贵。非晶体材料的发热量大，且不稳定，所以不适合大规模的生产；（2）多晶硅和非晶体复合组件。多晶体的优点是具有高热稳定性，可用于大容量的储能系统，但也存在着质量要求高，造价贵，效率低等问题。（3）阵列型。由于其独特的特性使之成为最理想的储电设备，如超级电容器、并网型、双极板、双床板、变流装置等。这些都将使得分布式电源的规模日益扩大。

2 光伏电站的发展

光伏发电是一种利用太阳辐射能量进行电能传输的新型电力技术，它具有效率高、成本低和无污染等特点[2]。（1）太阳能电池的开发与应用。在阳光充足的地区，可建造独立的光伏电站，并将其与电网相结合，实现了分布式供电。目前我国的太阳能组件主要集中在东北和华北，但由于地域辽阔，各地区的气候条件不同，导致了各自的光照强度也各不相同。为了满足当地的需求以及经济的发展需要，可以建设大型的分布式电源，并将其接入配电网络，从而解决了分布式电源的不足之处。（2）分布式电源的发展及应用。随着科学技术的不断进步，人们对能源的要求越来越高，而可再生能源的发展则成为提高能源的品质、改善环境的有效途径。因此世界各国都加大对新能源的研发力度，其中包括风能、地热能等。这些新的清洁型能源被用于电网中，大大改善了环境质量，促进了人与自然的和谐发展。

3 新能源与分布式电源的效益

（1）新能源与分布式电源的协同发展。在储能技术方面，分布式电源与电网的合作，可以实现新能源和分布式电源的互补性，提高系统的稳定性和可靠性，同时也降低成本。例如:在发电侧，可通过对储能装置进行优化，使其能够满足负荷的需求；在配电侧，可分散地接入网进线，使其具有独立的配电能力，从而减少了配电网的建设投资，节约资源。（2）促进经济增长。分布式电源的发展，不仅有助于推动工业的进步、改善环境，还有利于国家的工业化进程。比如:风力发电的发展是一个很好的机遇；太阳能的开发利用是个很大的领域。因此，分布电站的出现将极大地改变世界的生产方式，它将会成为未来的主要能源。（3）减轻对生态环境的影响。随着化石燃料的日益消耗，全球变暖的趋势越来越严重，而我国的电力供应仍然以煤炭为主，而煤燃烧排放的CO2占到全国总燃煤总排出量的一半以上，这就意味着温室气体将大量增加[3]。

4 储能在新能源、分布式电源与电网协调发展中的应用策略

储能技术的发展，为解决大规模能源开发对传统电网的冲击问题提供了新的思路与途径。然而由于分布式电源的随机性、不稳定性以及在电网中的局部潮流可能会导致系统的电压波动，从而影响到整个电力网络的平衡和安全。因此需要考虑分布电源与电网的协调控制[4]。

4.1 新能源、分布式电源与电网协调技术

协调技术是指解决系统中存在的问题与矛盾，使之能够达到最优的状态或效果。新能源分布式电源与电网的协调技术主要包括：①优化控制策略。在传统的分布式电源的协调中，由于其自身的局限性，无法实现对整个区域的负荷预测，因此需要建立一个新的协调模型，来进行合理的调控；而对于分布式发电，其具有分散性，且难以确定准确的数值；而在储能的基础上，可以采用智能算法，来对分布式电源的运行方式以及容量等参数作出精确的计算和调整。②协同效应。通过将分散式的分布电源的协调和管理模式相结合，将二者结合在一起，从而形成一种新型的网络化协作的协调方法。该方法的基本思想是利用多目标决策的原理及递推关系的特点来处理多层次的复杂控制系统。该方法的优点在于，它不仅仅适用于低功率的情况下，而且适用于大范围的电网波动的时候；同时，它还可用于小规模的不平衡的经济调度。

4.2 新能源、分布式电源与电网协调方案

根据上述协调方案，在新能源、分布式电源与电网的协调中，可以采用以下方式进行协调：①建立一个新能源、分布式电源与电网的信息交流平台，通过该系统对储能技术和控制策略的研究分析，实现对储能的合理配置，并为未来的发展提供参考。②在原有的分散式发电模式的基础上，将分散的分布式电源集中到一起，并利用分布控制器的智能化处理能力，提高了整个协作的效率；同时，将分布控制系统应用于传统的配电网络，使其具有较高的灵活性，能够满足不同用户的需求；最后，以分散式的光伏电站作为主要的接入点，来降低光伏的成本和容量。基于以上两种形式的协调方案，本文提出一种新的思路即“多层次的协调”的新型电力供应链协同设计。

4.3 分布式电源与电网协调控制系统

传统能源分布式电源在设计与优化时，需要考虑到分布式电源的成本和效率问题，但分布式电源的规模小、容量大，且其对电网的影响较大，所以在协调控制策略的制定时，必须要充分考虑其对系统的整体效益。分布发电与配电的协调控制系统主要包括：①负荷预测。根据用户的实际用电需求，通过建立电力市场的价格模型，并利用该模型计算出可接纳的最大输出功率。②确定协调的方法和技术。首先要选择合理的协调方式，然后再进行算法的研究；最后，将这些结果整合起来，得出一个完整的协调方案。由于本文所做的新能源储能分析与配网规划都属于分散式情况下的集中型应用，因此本章中所选取的典型工况均是由分散的储能公司来负责。为了使新的资源得到有效的保护，以及提高整个区域的经济性，本章中的每个地方都有独立的调度中心，并且各个机构之间也有各自的管理权限。

4.4 分布式电源系统的设计

传统的分布式电源主要是由独立的发电端和配电网构成，在其设计过程中，需要考虑到负荷的变化以及分布的不平衡性，因此在设计时，要充分结合新能源的特性与分布的不平衡性，对其进行优化。①分散式的分布式电源这种方式的优点是可以提高系统的灵活性，但是由于分散的影响因素，会使整个系统的运行成本增加。为了降低系统的整体投资，一般采用集中的分布模式。该方法的缺点是会导致系统的功率分配不合理，从而造成较大的能量损耗。②交流——直流的混合型分布式电源。该技术的应用使得原有的以电机制工的供电体系发生了改变，由原来单独为用户提供给电能转变为以直流电机为主，交流电机为辅。这样一来，不仅能够解决以往存在于大电网之间的问题，还能满足远距离输送大功率负载，并且也能减少输电线路上所产生过电压对电力网带来的不利影响。同时还简化了电路，节约资源，具有良好的经济效益与社会效应。

4.5 总体规划

由于分布式电源的成本较高，且其对电网的影响也比较大，所以在未来的发展中，可以考虑新能源与分布式电源的协调发展。①建立协调的目标体系 在制定协调发展的总体规划时，首先要确定了整个电力系统的协调性，即在保证区域经济的快速稳定增长的同时，实现对局部地区的约束作用。因此，需要构建一个能够充分利用现有的资源来满足整体的可持续发展的协调模型。②将协同的数学理论运用到分布式电源与电网的优化设计中，并通过仿真技术验证算法的可行性和有效性。③将新能源接入到储能装置中，并进行在线监测。当出现负载变化时，作为一种重要的电能供应方式，以维持其功率平衡。该方法的优点是提高了储能的使用效率，但也存在着一些不足之处，如无法实时监控，并且容易受到天气因素的干扰；当负荷波动导致的预测偏差较大时，会使实际的需求量与预期的容量发生偏离。

4.6 新能源并网协调方式

为了实现储能与新能源并网运行，必须在满足系统对能量需求的基础上，尽可能地降低风电、光伏发电装机容量，从而使其能够有效地提高电网的容量与电能质量。在储能技术中，分布式电源的主要作用是为分布式电源提供稳定的电力来源，以保证分布式电源的安全可靠的供电能力。

而传统的配电网络的协调方式是通过分散式的集中控制来完成的：①分散的负荷点之间的距离较远，因此需要将其接入到统一的调度中心，以确保用户的用电的安全性和稳定性。②分布的机组可以根据自身的负载性质，灵活地选择不同的配置形式，如采用单母线的方式进行协调。③当分布的发电机组不具备备用的条件时，可考虑由独立的配电网来承担备用任务。这种模式的优点在于当发生故障时，整个电网的可靠性得到了很大的提升；但同时也会增加了对其他的部分造成影响的可能性。

5 结语

综上所述，在储能技术的选择中，负荷预测的准确性是其核心内容，而协调控制策略则是实现这一目标的关键环节。由于不同地区的实际情况差异，因此在制定合理的协调控制方案时，应考虑到该地区的可再生能源的分布特性，并结合当地的经济发展水平，综合分析，最终确定出最适合的协调控制方法。