探究储能系统和新能源发电装机容量对电力系统性能的影响

郑文进 孙 怡

（中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司）

0 引言

随着社会的进步，人们对于电能的需求以及依赖感越来越强。但传统的发电方式对于环境以及能源造成了极大的负担，新能源发电开发和应用迫在眉睫。而新能源发电方式的随机性和波动性对电力系统的性能造成了一定的影响，需要我们不断的进行优化和改进，才能够促进电力行业的发展。

1 储能系统简介

电力系统中的储能系统是一种能够存储和释放电能的装置，它可以在需要时存储电能和释放电能。这种系统通常用于平衡电力系统中的负载，提高电力系统的稳定性和效率。在电力系统中，储能系统主要应用于以下场景［1］： （1）平衡电网负荷。当电网负载过高时，储能系统可以将电能储存起来，以备将来使用；当电网负荷过低时，储能系统可以将电能释放出来，用于提高电网的负载能力。 （2）提高电网的稳定性。当电网出现故障或异常情况时，储能系统可以起到稳定电网的作用，避免电网出现大规模的波动和故障。（3）提高电网的效率。通过使用储能系统，可以降低电网的峰谷差，提高电网的效率。目前，常见的储能系统包括电池储能系统、超级电容储能系统、机械储能系统等。储能产业发电侧应用类型及典型特征详见下表。

表 储能产业发电侧应用类型及典型特征

2 在电力系统中应用储能系统的意义

储能系统的开发和应用，实现了电力系统的调峰和调频功能，提高了电力系统的负荷响应能力。维持电力系统中恒定的相电压，能抑制电气杂散振荡，提高电气元件的稳定性。保障电力系统的功率平衡，可解决电压闪变等问题，提高电能质量。储能系统可以解决可再生能源的随机性，提高可再生能源的利用率。储能系统可以改善电网的薄弱环节，提高电网的可靠性和稳定性。储能系统可以优化电网运行，提高电网的经济性［2］。

3 储能系统对电力系统性能的影响

3.1 储能系统的模型及调频调峰

储能系统可以作为调峰调频电站，通过快速响应和低成本的优势，有效解决传统火电站灵活性不足的问题。储能系统的调峰调频作用是其在电力系统中的作用之一，由于储能系统并不承担基本的负荷，其响应十分迅速，因此才用作调峰调频。储能系统的爬坡率为：

式中，t为时刻；为t时刻储能系统的复合变化率；为储能系统的实际出力。在这一基础上，储能系统的最高放电率不能超过装机容量的上限。

储能系统可以通过快速响应和低成本的优势，有效解决传统火电站灵活性不足的问题，从而起到调频的作用。储能系统的调峰调频作用可以提高电力系统的安全性和可靠性，降低电网负荷，减少能源浪费，达到节能减排的效果。

3.2 对电网性能的影响

通过调节无功功率，储能系统可以有效地维持母线电压，提高电网运行稳定性。在电力系统中，储能系统通常通过调节电压来实现其功能。具体而言，储能系统可以通过以下方式完成电压调节： （1）电压调节器。储能系统通常配备一个电压调节器，它可以控制储能电池的输出电压，从而控制系统的电压。当系统电压过高时，电压调节器会降低电池的输出电压，从而降低系统的电压；当系统电压过低时，电压调节器会升高电池的输出电压，从而增加系统的电压。（2）电池管理。储能系统通常使用电池作为储能单元，电池的输出电压是储能系统输出电压的基础。电池管理软件可以控制电池的充放电，从而控制系统的电压。当系统电压过高时，电池管理软件会减少电池的放电电流，从而降低系统的电压；当系统电压过低时，电池管理软件会增加电池的放电电流，从而增加系统的电压。 （3）负载调整。储能系统可以通过调整负载来调节系统的电压。当系统电压过低时，储能系统可以增加负载，从而减少系统的电流；当系统电压过高时，储能系统可以减少负载，从而增加系统的电流。总之，储能系统可以通过电压调节器、电池管理和负载调整等方式来完成电压调节，从而保证电力系统的稳定运行。

在事故状态下，储能系统可以快速投入运行，保证电力供应的连续性。在电力系统中，储能系统可以作为一种备用电源来提高电力系统的可靠性和稳定性。以下是储能系统实现事故备用的几种方式：（1）作为紧急备用电源。当电网出现故障或断电时，储能系统可以迅速启动并输出电力，以保障重要负载的用电需求。（2）作为调峰调频电源。储能系统可以在需要时快速响应调度指令，调整负荷和发电机的运行，以适应电网负荷的变化。 （3）作为黑启动电源。当电网出现故障或断电时，储能系统可以作为黑启动电源，为重要负载提供电力，以保障电网的稳定和安全。（4）作为备用容量。当电网负荷超出常规电源的容量时，储能系统可以作为备用容量，提高电网的稳定性和可靠性。总之，储能系统可以作为一种可靠的备用电源，在电力系统中起到重要的作用，提高电力系统的可靠性和稳定性。

储能系统通过在负荷低谷时充电、高峰时放电来降低电网负荷，减少能源浪费，达到节能减排的效果。在负荷高峰期，储能系统从电网吸收多余电力；在负荷低谷期，向电网输出多余电力，这有助于平衡电网负荷，提高电网运行效率。电力系统中，储能系统可以通过以下几种方式实现节能减排作用：（1）需求响应。通过智能响应，储能系统可以预测负荷波动，实时调整充放电策略，平衡电网负荷，这有助于提高电网运行效率，降低电网运营成本。（2）黑启动。在电网故障或停电的情况下，储能系统可以快速响应，储存或释放电力，帮助电网恢复正常运行，这有助于提高电网的可靠性和稳定性。 （3）微电网。通过组成微电网，储能系统可以平衡电网负荷，提高电网运行效率。在微电网中，储能系统可以控制微电源的输出功率，提高微电网的运行效率。总的来说，储能系统可以在电力系统中发挥多种作用，有助于提高电网运行效率，降低电网运营成本，实现节能减排。

3.3 分布式储能

通过在局部电网中布置储能系统，可以增加电网的稳定性和供电可靠性，同时减少对大电网的依赖。电力系统的分布式储能系统是一种连接于微电网或配电网、能够根据需要灵活地储存能量的系统。它包括多个分散的、并联的储能单元，例如锂离子电池或其他电池、超级电容器、物理储能单元（如储能水箱）以及其他能够储存和释放能量的设备。这些设备能够储存和释放电能，并且能够响应电力系统的调度指令或供需关系变化，以平衡电力系统的负荷［3］。

分布式储能系统的主要优点包括能够根据需要灵活地储存能量，能够提高电力系统的供电可靠性，能够提高电力系统的运行效率，能够降低电力系统的成本，能够提高电力系统的可再生能源利用率，以及能够提高电力系统的供电质量。此外，分布式储能系统还能够提高微电网或配电网的稳定性和可靠性，能够为微电网或配电网提供高质量电能，提高微电网或配电网的调度效率，从而提高其供电可靠性。

4 新能源发电概述

新能源发电方式区别于传统的发电方式，新能源发电方式主要有以下几种： （1）太阳能发电。利用太阳光的能量发电，包括太阳能光伏发电、光热发电和太阳能热水器。（2）风力发电。利用风能发电，包括陆地风力发电机和海上风力发电机。 （3）生物质发电。利用生物质能发电，包括生物质气化发电、生物质热解发电和生物质生物发电。 （4）地热发电。利用地热能发电，包括地热蒸汽发电、地热热水发电和地热斯特林发电。 （5）海洋能发电。利用海洋能发电，包括波力发电、潮汐能发电和海浪发电等。

5 新能源发电的重要意义

新能源发电对于人类社会的发展具有极为重要的意义。首先，随着人类社会的发展，常规能源面临危机，而新能源发电可以缓解常规能源的紧张状况。同时新能源发电具有环保性，可以减少环境污染，保护生态环境。其次，发展新能源发电技术是实现可持续发展的必要条件，它可以促进清洁、高效、可持续的能源系统的形成，从而促进经济和社会的可持续发展。新能源发电可以促进产业结构调整，提高能源利用效率，降低能源消耗。

6 新能源装机容量对于发电系统性能的影响

新能源的装机容量增加可以促进新能源发电技术进步和电网调节能力提升，使新能源发电更接近负荷中心，消纳更多清洁能源，提升能源利用效率，这有助于降低传统能源的消耗，减少污染和温室气体排放。

另一方面，新能源发电的随机性和波动性为电力系统的调度和管理带来了挑战。随着新能源装机容量的增加，电力系统对调峰和调频的需求越来越高，这需要我们不断提高技术和管理水平，以更好地应对新能源发电的随机性和波动性带来的影响。具体影响的大小和方向取决于许多因素，包括新能源发电的技术类型、装机容量的大小、电力系统的其他组成部分等。

6.1 发电能力的影响

随着新能源发电装机容量的增加，电力系统的发电能力也会相应提高，从而满足更多的用电需求，缓解能源压力。新能源发电机组的装机容量对电力系统供电能力的影响是多方面的。首先，新能源发电机组的装机容量增加，特别是风能和太阳能发电，可以显著提高电力系统的总装机容量，从而提高电力系统的供电能力。其次，新能源发电机组的随机性、间歇性和波动性等特性，可能会给电力系统的调度和运行带来挑战，需要采取一系列技术和管理措施来应对。例如，在新能源发电不稳定的情况下，需要配置储能系统、调峰系统等，以保证电力系统的稳定运行。此外，新能源发电机组的装机容量增加，也可能会对电力系统的运行成本和周围环境产生影响。例如，新能源发电的快速增长可能会导致化石能源消耗的减少，从而降低温室气体排放，有助于应对气候变化。因此，新能源发电机组的装机容量对电力系统供电能力的影响是复杂的，需要综合考虑技术、经济、环境和社会等多方面因素。

6.2 稳定性的影响

新能源发电受天气和环境等因素的影响，具有一定的波动性和随机性，这会影响电力系统的稳定性。而储能系统的引入可以平衡这种波动，提高电力系统的稳定性。

6.3 调度能力的影响

新能源发电具有一定的间歇性和随机性，这会给电力系统的调度带来困难。而储能系统的引入可以平滑新能源发电的波动性，提高电力系统的调度能力。

新能源（如太阳能和风能）具有随机性和波动性，因此很难与传统电力负荷的需求量相匹配。这就需要对电力系统的调度进行优化，以保证电力供需的平衡。一种有效的解决方案就是增加新能源的装机容量，随着新能源装机容量的增加，电力系统的调度会变得更加灵活，对电力的需求也会得到更好的满足。

然而，新能源的发展也带来了新的问题，如电网的稳定性和可靠性。为了解决这些问题，新能源的并网技术需要进一步发展，同时需要建立相应的储能系统，以保证电力系统的稳定运行。储能系统的主要功能是平衡电网负荷，解决新能源的随机性和波动性问题，以及增强电网的可靠性。在电力系统中，储能技术能够起到有效的平衡负载需求和可再生能源的作用，帮助提高电力系统的运行效率和稳定性。

7 结束语

总的来说，新能源装机容量和储能系统对电力系统性能的影响是相互补充的。新能源装机容量的增加可以增强电力系统的随机性和波动性，而储能系统的应用则可以提高电力系统的稳定性和可靠性。在未来，随着科技的发展和新能源技术的进步，我们可以更好地利用这两种技术实现电力系统的优化运行，提高电力系统的性能。