储能技术在新型电力系统中的应用策略

王甜甜

（国网湖南省电力有限公司衡阳供电分公司，湖南 衡阳 421000）

0 引 言

储能技术作为一种新兴的技术手段，可以解决传统电网中存在的稳定性不足和可靠性较差等问题，也可以为新型电力系统的建设与运行提供支持。将储能技术引入新型电力系统，并充分发挥其优势作用，对电力系统的稳定可靠运行具有重要意义。基于该背景，文章研究储能技术在新型电力系统的应用控制策略，介绍储能技术的特点、分类及其在新型电力系统中的主要应用，分析储能技术在提高新型电力系统稳定性和可靠性水平方面的重要作用。

1 储能技术在新型电力系统中的作用及特点

1.1 储能技术在新型电力系统中的作用

储能技术是一种重要的电源和能量储存方式，可以为电网提供稳定的供电来源。随着新能源的快速发展和传统能源的逐渐淘汰，储能技术的应用越来越受重视。储能技术在新型电力系统具有广泛的应用前景，主要作用是通过存储电能调节和控制电力需求。储能技术的主要形式包括蓄电池、超级电容以及燃料电池等[1]。其中：蓄电池是最常见的一种储能设备，主要用于小型移动设备和微型发电站的备用电源；超级电容用于大规模电力系统的储能装置，能够快速响应负荷变化并提高电网的稳定性；燃料电池可以在一定程度上替代传统的化石燃料发电机。储能技术在新型电力系统中应用的主要作用包括以下4个方面：一是辅助与调度可再生能源；二是改善电能质量；三是在电网故障情况下实现应急保障；四是辅助电网优化设计。储能技术作为一种高效、环保、可靠的新型能源供应方式，将得到更广泛的应用[2]。

1.2 储能技术的分类

目前，储能技术主要分为化学式电池、流体式蓄电池以及超级电容等多种类型。其中，化学式电池是常见的储能方式之一，通过将电荷存储在物质中实现能量的储存。常用的化学式电池包括锂离子电池、钠离子电池、锌-空气电池等，具有高能量密度、长寿命、快速充电等优点，因此被广泛用于电动汽车、无人机以及智能家居等场景。流体式蓄电池是一种以液体作为电解质进行能量储存的技术；超级电容是一种可以瞬间释放大量能量的设备。储能技术的发展离不开新材料的研究和创新。目前，相关人员一直在探索新的储能材料，如金属氧化物、有机物料以及纳米结构材料等。这些新材料有望在未来带来更多的储能技术发展机遇，以推动储能技术的发展与进步[3]。

1.3 储能技术的特点

新型电力系统的建设中，储能技术可以为电网提供稳定的电源，减少因天气等因素造成的波动性，同时可以实现能源的高效利用和资源的可持续发展。此外，储能技术能够降低对传统发电机的需求，从而减轻环境污染，已经成为新型电力系统建设的重要组成部分，其特点主要包括以下几个方面：一是存储容量大，可以在短时间内释放大量能量；二是使用成本低廉，与其他新能源技术相比，更加经济实用；三是操作简单方便，技术门槛较低；四是可以适应不同需求，如快速响应和缓冲储备等；五是为电网提供备用电源保障，避免因突发事件导致停电等问题；六是具有可控性和灵活性。基于储能技术，存储介质可以随时随地被激活，在电网中起到调峰的作用，缓解高峰期负荷压力。同时，通过选择和控制储能设备的位置，可以实现对电网负载的分布式管理等[4]。

2 储能技术在新型电力系统中的应用

2.1 储能技术在新能源发电中的应用

新能源发电作为一种清洁、高效且环保的电源，其发展受到了广泛关注。然而，由于新能源发电具有不稳定性和难以预测等特点，使得传统电网无法满足新能源发电的需求。基于该背景，储能技术能够发挥重要作用，可以解决新能源发电的不稳定性和不可预知性问题。例如，光伏电站在晴朗天气下能够产生大量电能，但在阴雨天或者夜间不能正常运行。此时，采用储能技术存储电能，可以保证在需要的时候有足够的电能供应。此外，储能技术可以提高新能源发电系统的稳定性和可靠性，减少因负荷波动引起的故障[5]。

2.2 储能技术在电网调峰中的应用

采用储能技术能够有效缓解新能源波动造成的影响，提高电网的稳定性。通过控制储能设备，可以将能量储存起来，在需要用电时释放电能，以满足电网的用电需求。储能技术在电网调峰过程中能够发挥重要作用。当电网负荷变化较大时，如夏季高温天气或冬季寒冷天气等情况下，电网负荷会大幅增加或者减少。此时，如果仅依靠传统电源调节负荷，则可能会导致电网出现电压过低或者短路等情况。使用储能技术可以提前储存电量，及时调整负荷曲线，很好地解决了该问题。此外，采用储能技术可以降低电网的投资成本，比传统发电机组更加经济实用。

2.3 储能技术在电网调频中的应用

储能设备可以通过调节其输出功率的大小实现电网调频。当电网负荷增加时，储能设备会向电网提供额外的电量以缓解负载压力；而当电网负荷减少时，储能设备会从电网中抽取电量以保持系统的稳定运行。储能技术能够有效提高电网的灵活性，储能设备可以在短时间内响应电网的变化，从而可以提升电网的快速响应能力。此外，储能设备通常比传统发电机组更加经济实惠，寿命也更长，因此使用储能设备可以有效减轻电网建设和维护的压力，改善电网的可靠性，节约投资成本。而且储能设备通常具有较高的容错率和稳定性，因此可以帮助电网更好地应对突发事件并保证供电质量。

2.4 储能技术在电网备用中的应用

通过预先规划储能设备，可以提前储备足够的电能，以备不时之需。利用储能设备为电网提供额外的容量，能够增加系统的容错能力。其中，预先规划是一种较为简单有效的方式，适用于对负荷需求相对稳定和对经济性要求较高的用户群体。与预先规划相比，利用储能设备为电网提供额外的容量则是一种更灵活的方式。基于该方式可以减少电网的投资成本，同时能够更好地适应不同类型的负荷需求。但是，由于储能设备的运行效率较低，在实际操作过程中可能会存在一些问题。此外，由于储能设备能够存储的电能有限，在某些情况下可能需要采取其他方式保障供电质量。

3 储能技术在新型电力系统中的控制策略

3.1 储能系统的结构与功能

储能系统的结构与功能是储能技术的重要组成部分，也是影响其性能的关键因素之一。储能系统通常包括电池组、一次系统、二次系统以及辅助系统等多种子系统组。其中：电池组是最基础的储能设备，可以将电能储存起来并提供给其他系统使用；一次系统和二次系统用于电池组的充电和放电；辅助系统主要负责监控和管理整个系统的运行状态。储能系统的功能主要包括蓄能、放电、充放电平衡等方面，需要得到有效的控制才能够发挥最佳的效果。例如，蓄能方面需要考虑电池组容量、电压以及电流等因素，放电方面需要考虑电池组的寿命和安全性等问题，充放电平衡方面需要注意不同时间节点下电池组的充放电状态是否达到平衡点，避免出现过载情况。储能系统部分结构如图1所示。

图1 储能系统部分结构

3.2 储能系统的数学模型

储能系统是现代电网的重要组成部分，能够有效存储和释放电能，为电网的稳定运行提供支持，因此准确描述储能系统的数学模型对于优化储能系统的性能具有重要意义。储能系统的数学模型主要包括能量平衡方程和功率分配方程。其中：能量平衡方程用于描述储能系统中各个部件之间的能量传递关系，包括电池内部的电荷传输、与外界交流电路的连接等；功率分配方程则用来描述储能系统输出功率的大小及其变化规律。通过建模可以得到储能系统状态变量和输入变量之间的关系，进而实现对储能系统的实时监测和预测。

状态变量公式为

式中：egin{aligned}为蓄电池内储存电量的大小，Ah；S_i为蓄电池i的电压值，V；left为蓄电池i的电流值，A；S_{Li}为蓄电池内放电量，A·h/cell；S_{Ei}为蓄电池内充电量，A·h/cell；T为矩阵上的转置操作； ight为蓄电池i的温度值；aligned为蓄电池i的充放电速率，C。

输入变量公式为

式中：egin{aligned}U_i为蓄电池i的输入电源电压，V；left为蓄电池i的输入电流，A；U_{Li}为蓄电池i的输入源电压，V；U_{Ei}为蓄电池i的输入源电流，A；aligned为外部环境参数，如温度、湿度等。

输出变量公式为

式中：egin{aligned}P_i为蓄电池i的输出功率，W；left为蓄电池i的输出电流，A；P_{Li}为蓄电池i的输出源电压，V；P_{Ei}为蓄电池i的输出源电流，A；aligned为蓄电池i的输出功率，W。

基于式（1）～式（3），可以建立储能系统的数学模型，同时需要考虑不同储能设备的特点和参数等因素的影响，以确保模型的精度和可靠性。

3.3 储能系统的控制策略

研究储能技术在新型电力系统中的控制策略，需要先了解储能技术的基本原理和工作方式。储能技术主要包括蓄电池、超级电容以及燃料电池等多种形式。其中，蓄电池作为一种可再生能源存储设备，可以储存电能并在需要用电时释放，以满足不同时间点的用电需求。因此，对于储能技术的控制策略设计而言，必须考虑电力系统所处的时间尺度和负荷变化情况等因素。针对不同的储能类型，可以采用不同的控制策略实现最佳效果。例如，对于超级电容器，可以通过动态调压的方式调节电压输出，从而达到更好的功率质量比；对于燃料电池，可以考虑使用反馈控制算法优化运行状态。为提高储能技术在新型电力系统中的效率和稳定性，可以考虑与其他发电机组或者储能设备之间的协同控制策略。通过设计和实施，可以更好地利用储能技术的优势，促进新型电力系统的发展。

4 结 论

储能技术在新型电力系统中具有重要作用和发展前景，有助于解决传统电网面临的稳定性不足和可靠性较差等问题，帮助新能源发电设备发挥更大的经济效益和社会价值。未来的研究工作应该加强对储能技术的开发和推广力度，探索新的控制策略和管理模式，推动储能技术的进一步发展。