新能源接入电网中储能调频的研究

牛雪松，肖 康

（国网湖北省电力有限公司襄阳供电公司，湖北襄阳 441000）

引言

近年来，随着新能源接入电网的渗透能力逐渐增大，由于新能源出力具有间歇性、不确定性和波动性的特点，对电力系统频率影响也在不断加强。目前各区域的水电机组和火电机组是主要的调频电源，传统的机组存在调频速度慢，时间长等缺陷，为保证电力系统的稳定运行，解决新能源不断接入电网造成的电网频率波动是未来急需解决的问题[1,2]。

1 储能技术现状

物理储能主要有抽水储能电站、压缩空气储能和飞轮储能。抽水储能是目前相对较为成熟，应用比较广泛的一种储能方式，运行简单可靠，储能容量非常大，但是抽水蓄能电站受到地域影响较大。目前受政策影响，新能源接入电力系统容量不断增加，压缩空气储能在未来会逐渐成为趋势。飞轮储能主要是一种电能和动能互相转化的一种物理装置，连续工作能力强，但是放电时间短，设备成本高。

电化学储能主要是通过各种蓄电池进行储能的一种形式，常用的有铅酸电池、锂离子电池、液流电池、钠硫电池等。电化学储能各具特色，不受地域环境的限制，可以进行大规模的储能，具体的储能效率取决于电化学的性质。电化学在充放电时的电流不能太大、电压都不能太高，短路时可能出现爆炸。

电磁储能主要是通过超级电容和超导磁能进行储能。超级电容主要是通过电化学双电层理论研制而成的，属于功率型的储能装置，脉冲功率强大，不需要特殊的控制电路，工作性能好，耐压性能强，但是不适合长时间大容量地储能；超导磁能主要是结合电力电子进行充/放电，实现电与磁的相互转化，主要特点是控制灵活，响应速度快，能量的释放速度高，但是存在电磁的相互干扰问题，技术还不是很成熟。

近年来，储能技术在功率、容量、可靠性、寿命等方面取得了较快发展，储能在电力系统中的调频应用也更加广泛。目前，就大规模储能而言，抽水蓄能、压缩空气储能以及电化学储能可以实现兆瓦级，其他的储能方式技术方面还需要进一步突破。

2 电网负荷及新能源出力特性

2.1 负荷特点

以中部某市负荷特点进行分析。在一年中电网负荷受到季节影响较大，电网一年中负荷较高的月份主要是在7 月～9 月和12 月～第二年1 月。主要原因是7月～9月属于夏季晴热高温天气，居民生活水平提高，以空调为代表的制冷设备急剧增加，导致负荷增加。在12 月～第二年1 月电网负荷增加，这与天气较冷导致空调、取暖器材等制热设备使用增加有关，同时这两个月份接近年关，居民生活用电增加，导致乡镇用电负荷增加。在4 月和10月电网负荷较小。该市夏季大负荷期间一天中负荷较大时刻发生在12:00～15:00、22:00～24:00 之间，主要原因是这两个时间段以空调为代表的居民生活用电和企业倒班制度造成用电量急剧增加。

2.2 新能源出力特性

在组合最大出力时刻，光伏出力占光伏总装机比例一直较大，维持在70%以上，冬季天气寒冷，光照不充足，导致光伏出力下降。风电出力波动较大，这主要是由于风速的不确定性。

3 电网调频存在的问题

我国的北方地区电源主要是火电机组，在南方还有部分水电机组，缺少良好的调频电源，区域电网的整体调频能力有限，再加上风电、光电集中区域，新能源大量上网，迫切需要增加AGC 的调频需求。尤其在北方地区，主要是火电机组进行调频，火电机组长期繁重的AGC调节任务，会增加机组耗煤量，易造成设备磨损严重等问题。

4 储能技术调频研究

4.1 储能调频性能研究

对于通过储能进行电力系统调频性能的研究主要集中在国外，国内研究较少，目前的研究集中在对储能性能主要是从效率指标、经济性能、技术性能等角度进行研究，对于影响调频电源的综合因子的研究并未进行。

单单从国外的实际运行情况看，与传统燃煤机组、燃气发电机组相比，储能调频在调节精准度和速率方面具有较为优越的性能，能够显著提升区域电网的调频效率，而且调频容量也会增大。作为电网的一种有效的辅助调频手段，正在被接受，但是如何评价储能调频的高效性，仍然需要进一步研究。

4.2 储能调频的技术研究

对于储能控制技术的研究，国内研究成果较少，仅提出了广域储能电源协调控制，将储能电源参与电网的各项应用，总体上提出了储能的工作模式和控制策略。相较于国内研究，国外对于储能的研究相对成熟，对于储能电源、新能源接入电网的仿真模型和控制策略，对于储能电源参与电网调频的经济技术因素以及可行性做了较为全面的研究。

对于储能参与电力系统的调频仍然存在以下问题：一是随着新能源接入电网规模越来越大，电网结构更加复杂，但是现在建立的储能调频模型相对简单，并不能很好地将电力系统、储能以及新能源等因素进行高度融合，仿真出来的数据不够全面；二是结合储能电源以及新能源等电源，研究预测控制在调频领域内的应用具有重要价值，形成多时间尺度协调控制技术仍然有待于进一步探索，在电网调频中预测控制采用集中式还是分散式仍需要研究。

5 结束语

新能源出力随着季节、温度以及在一天中的时间段都有较大变化，新能源等新型电源的接入，电网结构更加复杂，在传统机组调频的基础上，依托储能装置的优势进行辅助调频，可以有效提高未来电力系统的稳定性、可靠性。由于技术原因，目前储能调频技术应用在电网中仍然较少，未来对于储能相关技术的研究仍然需要进一步加深。