储能电站接入电网电能质量评估研究

杜芳 肖蕾

摘要：目前，储能电站在实际运行中离不开非线性储能变流器来完成电能的释放和储存。储能电站接入电网会在一定程度上发生能源质量问题，如何更好地保障大容量储能接入，提升实际的系统安全稳定性，评估区域电网储能的承载能力，是当前亟需思考的问题。基于此，本文以某大型储能电站接入电网工程作为案例，进一步探讨储能电站接入电网电能的综合评估分析模式，希望能为我国储能电站接入电网电能质量评估工作提供一定的参考。

关键词：储能电站；接入电网；电能质量评估

当前，多数储能电站在发展过程中，会采用电化学储能模式。通过储能变流器，实现能量释放储存。在实际应用过程中，储能电流器属于相对典型的非线性电力电子装置，能进一步为电力系统有效引入各次谐波。由于整体储能电站及实际功率相对较大，供电母线存在相对明显的电压偏差与实际波动。因此，储能电站在接入系统时，要根据接入实际的设计方案以及区域电网的综合参数。根据变电站综合运行情况以及电能质量存在的背景测试数据，进一步预测储能电站接入，探究是否会导致变电站公共连接点存在电能质量超标情况，并对评估结果提出有针对性的治理要求。本文以某储能电站工程为案例，将其接入系统进行探究，将实际的储能变流器作为对电脑系统职务的干扰源，从坡电压变动等角度出发，进一步探究实际储能电站接入实际电网存在的电能质量影响，旨在提升电网电能质量，改善用电环境。

一、工程概况

本研究以某大型储能电站工程作为例，根据储能电站建设单位提供的材料进行研究。该实际工程计划建设一个容量为100～200MWh的储能电站，并采用磷酸铁锂电池作为储能设备。该储能电站还配备汇流柜、电池控制柜、暖通系统和消防系统，形成了一个综合储能系统，电池容量为1.26～2.52MWh。在实际运行中，电池储能系统对应一个储能单元系统，每个储能单元系统在实际建设过程中标称容量达到2.56～5.12MWh。系统内还配置了4台630kW的储能变流器，1台200kVA的10kV/0.4kV升压变压器连接到相应的升压站，用于配电母线。具体而言，储能单元系统及实际的方案配置如图1所示。

在100～200MWh的电化学储能系统中，包括80套储能变流器。在实际的系统构建过程中，每4套储能变流器配备一台10kV的双绕组变压器用于升压。储能单元的输出通过相应的战略电缆集中引导至110kV的升压变电站。该变电站配备2台63MWh的主变压器，进一步将电压升至110kV。整个升压站的规划中，110kV电缆的使用被考虑，通常使用360mm2的电缆。升压站将110kV的电压接入到220kV变电站的110kV侧，再通过实际接入将其连接到电网中。

二、背景测试以及现值计算

（一）背景测试

为了准确分析储能电站接入系统在应用过程中存在的电能质量问题，需要探究储能电站上级变电站的公共母线背景情况，并综合研究电能质量。为此，需要使用专业仪器进行电能质量的综合背景测试，以获取更准确的数据。在测试过程中，要确保有足够的时间，要涵盖包括完整的生产周期。在实际的电能质量测试中，主要关注的指标包括电压总畸变率、谐波电压以及三相不平衡度，还要考虑劫波电流、电压偏差和波动等多个方面。为确保整体测试的准确性，可以采用95%概率值作为参数参考。在本研究中，针对变电站公共接入点的电能质量背景进行实际测试，测试结果如表1所示。

（二）现值计算

依照整体储能电站具有的接入系统方案，在实际研究过程中，选取接入变电站的110kV侧母线作为整体公共的连接点，则实际储能电站具有的接入公共连接点的总机变率、斜坡含量、电压偏差与三相不平衡等各项指标的限制包括：

第一，谐波电压值。根据电能质量公用电网谐波的规定可以发现，110kV电压等级斜坡电压的标准现值达到整体电压总级别率小于2%，具有的基数次谐波的限制达到1.67%，偶数次的现货现值达到0.8%。

第二，电压偏差现值。根据电能质量供电电压偏差的相关规定，对于110kV以及以上的电压等级而言，具备正负电压偏差绝对值。在实际相加过程中，要低于整体额定电压的10%。

第三，三相不平衡限值。根据电能质量三相电压不平衡的实际规定，可以发现对用户接入的公共连接点导致的三相电压不平衡问题。一般情况下，允许值需要达到1.3%，短时要低于2.6%。

第四，电压波动。根据依照电能质量电压波动以及闪变的实际规定，电压波动具有的限制、电压、变动频率与电压等级具有密切关联。储能电站具有储能以及逆变的综合影响状态，每日要低于10次，对于110kV的高压等级用户具有的实际电压波动要达到3%。

第五，谐波电流。根据电能质量的规定，公共连接点允许的谐波电流注入限制与用户协议容量、供电设备容量以及短路容量密切相关。根据GB/T 14549附录C的规定，需要进行相应的整定计算。综合考虑实际系统运营情况，变电站110kV侧母线的短路容量为2453.38MkV，实际总供电量对应主变容量为180MWh，企业用户协议容量为100MWh。

三、仿真评估

（一）仿真模型搭建

在研究过程中，可以使用电能质量仿真软件，并根据实际的储能电站和供电电网的资料以及其他相关资料，构建储能电站接入系统的综合仿真模型，评估和分析储能电站项目的接入电能质量情况。使用电能质量仿真软件，可以模拟储能电站接入电网的各种运行情况，并评估对电能质量的影响。可以基于实际资料设置模型的参数和条件，例如，储能电站的技术规格、电网的电压等级、负荷情况等。通过建立综合的仿真模型，分析储能电站接入系统在不同工作状态下的电能质量表现，包括电压总畸变率、谐波电压、三相不平衡度、电压波动等，可以更好地了解储能电站在实际运行中对电网电能质量的影响，并评估系统的稳定性和可靠性。储能电站接入系统的综合仿真模型，如图2所示，可以显示储能电站的各个组成部分、电能质量参数的评估结果以及模型中的其他相关信息。

图2  仿真模型展示

在研究中，将220kV变电站的220kV侧母线作为整体系统的等效接入点，并将其与实际连接进行等效电网分析。在严重的情况下，等效电网的短路容量的最小值可能达到12307.59MkV。将在模型中设置储能系统内部的储能电流器、储能电流器和谐波发生的实际特性作为主要干扰源。根据用户提供的逆变器型号和实验报告，建立逆变器模型并进行性能调试。储能单元汇将配备40套2.8MkV变压器，2台63MkV升压变压器和1台180MkV的主变压器的实际工作区间默认为线性区间。整体变压器本身没有谐波存在，但会进行无功功率消耗的有效计算。储能电站的典型运行工况可以分为储能运行和逆变运行两种类型。在储能运行时，储能电站作为负载从电网中吸取能量；在逆变运行时，储能电站作为电源向电网释放能量，储能运行和逆变运行具有高度差异性。为了进行具体的储能电站电能质量综合预测和评估，需要进行仿真计算，详细分析储能电站接入整体系统后供电变电站母线的谐波电流、谐波电压、电压变动、电压波动和三相不平衡等电能质量指标的变化情况，以此评估储能电站对整体电网电能质量的影响，并提出相应的改进和优化措施，确保接入系统的稳定性和可靠性。

（二）谐波电流

在储能电站的运行过程中，根据储能和逆变运行，储能电站对系统会产生一定程度的谐波污染。储能电站注入系统的实际谐波电流通常具有6K±1次的特征频率。其中，储能运行时的5次谐波电流的最大含量为4.08A；在逆变运行时，5次谐波电流的最大含量为3.64A，其他相关谐波电流随着谐波次数的增加而逐渐降低。然而，实际注入公共连接点的谐波电流应符合规定，谐波电流的含量和频谱特性对电能质量产生影响，可能引起电压失真、设备过热、通信干扰等问题。为了满足电能质量的要求，可以采取一些措施，例如，使用谐波滤波器、优化储能电站的运行策略、选择适当的逆变器型号等，以减少谐波污染并提高系统的稳定性和可靠性。与实际规定相符，可以确保储能电站在接入公共连接点时的谐波电流符合规范要求，并有效控制谐波。

（三）不三相不平衡度

此变电站采用集中式三相逆变器，并通过输出实现基本的平衡。在应用过程中，可以进一步忽略储能电站接入对整体电网的三相不平衡产生的实际影响。三相不平衡测试结果显示，短时不平衡值为0.14，最大值为0.17，与国家标准相符，意味着该变电站在储能电站接入过程中能保持较小的三相不平衡，不会对整体电网的电能质量产生显著影响。

（四）电压偏差及电压波动

变电站公共连接点进行的电压偏差测试中，最小值为3.60%。在实际的储能运行过程中，系统电压会随着实际功率的吸收而进一步下降。因此，选择最小偏差作为整体系统的电压基准。在具体的逆变运行过程中，系统电压会随着实际功率的释放而进一步升高，因此，选择最大偏差作为整体电压的实际基准。针对储能电站的储能运行，变电站的公共连接点的电压偏差达到2.48%，实际电压的波动达到0.73%。在储能电站及逆变运行过程中，实际变电站公共连接点的电压偏差达到4.22%，电压波动达到0.62%。根据对电压波动和电压偏差的研究，相关数据与国家标准要求相符。结果表明，在储能电站的运行过程中，变电站公共连接点的电压波动和偏差均处于符合国家标准的范围内，意味着储能电站能维持稳定的电压供应，不会对电网的电能质量产生显著影响。

四、结语

综上所述，储能电站在一定程度上能有效提升电网调频以及控制能力，进一步提升电网可再生能源的消纳能力，提高综合效能。储能电站在实际构建过程中，会将实际储能变流器作为电能量变换的重要环节。由此，需要接入储能电站，有效评估实际电网电能质量中产生的影响。在此次研究中可以发现，通过应用软件完成评估模型分析，储能电站的电注入电流谐波各自电流与最小限值相比较小，系统谐波电压总畸变率等诸多参数与国家相关标准要求相符。在此情况下，储能电网储能进入实际电网，并不会影响整体电网的安全和稳定。

参考文献：

[1]姜欣，刘萌，王天梁，等.电网侧储能电站参与现货联合市场的竞价策略[J].电网技术，2021，45（09）：3398-3407..

[2]李建林，武亦文，王楠，等.吉瓦级电化学储能电站研究综述及展望[J].电力系统自动化，2021，45（19）：2-14.

[3]张鸿宇，王宇.国外电网侧储能电站参与调频辅助服务市场的机制经验及对我国的启示[J].储能科学与技术，2021，10（02）：766-773.

[4]曾鸣，刘沆，曹雨微，等.基于政策环境视角的储能电站

商业模式及发展策略研究——兼析产业发展、价格补偿、

市场交易支持政策效应[J].价格理论与实践，2020（09）：

127-131.