智能電網建設方案初探

劉健廷++司博

[摘 要]在可再生能源發展中，作為電網技術核心的儲能技術，是解決可再生能源間歇性供電問題最有效的方法。本文介紹了超級電容儲能技術在分布式發電中應用的優點。通過在PSCAD下建模仿真說明了其在解決分布式發電電能質量等問題方面有很好的效果。

[關鍵詞]智能電網；儲能技術；建設方案；

中圖分類號：F426.61 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）09-0164-01

能源對于人類來說，永遠是匱乏的。隨著全球經濟的飛速發展，各種先進技術在電網中的廣泛應用，智能化已經成為電網發展的必然趨勢。能源問題越來越突出，以火電為主的電力結構給環境保護帶來了沉重的壓力。目前，關于智能電網的研究主要集中在建設規劃、關鍵技術、運行策略等方面。在電網中長期發展階段中，大量不同形式的嵌入式發電方式的引入，尤其是大規模的間歇性可再生能源的應用，使得整個系統運行的安全性與穩定性成為需要解決的主要問題。隨著儲能技術的不斷發展，它將會在分布式發電接入電網方面起到重要的作用。

1.儲能技術在分布式發電中的作用

儲能技術在分布式發電中的作用大致可以概括為以下三個方面：

（1）由于風力、光伏等可再生能源發電設備的輸出功率會隨環境因素變化，此時儲能裝置可以及時地將儲存的能量釋放出來，保證供電的持續性和可靠性。

（2）改善電能質量，維持系統穩定。在風力發電中，風速的變化會使原動機輸出機械功率發生變化，從而使發電機輸出功率產生波動而使電能質量下降。應用儲能裝置是改善發電機輸出電壓和頻率質量的有效途徑，同時增加了分布式發電機組與電網并網運行時的可靠性。

（3）分布式發電系統可以與電網連接，實現向電網的饋電，并可以提供削峰、緊急功率支持等服務。而一些可再生能源分布式發電系統，受環境因素的影響較大，因此，無法制訂特定的發電規劃。如果配置能量儲存裝置，就可以在特定的時間提供所需的電能，而不必考慮此時發電單元的發電功率，只需按照預先制定的發電規劃進行發電。

目前實用的儲能技術有電池、超導儲能、飛輪儲能、燃料電池等，其中電池儲能技術歷史悠久、應用廣泛，技術非常成熟。不過也存在運行維護復雜、工作環境要求高、壽命短等顯著缺點。超級電容是近年來出現的一種新型儲能元件，與電池儲能相比具有許多顯著的優勢，在特定應用場合已經顯示出取代電池的趨勢。

2.超級電容儲能系統的優點

超級電容也稱為電化學電容，它具有優良的脈沖充放電和大容量儲能性能，是一種介于靜電電容器與電池之間的新型儲能元件。超級電容最大充放電性能由活性物質表面的離子取向和電荷轉移速度控制，因此可在短時間內進行電荷轉移，得到很高的放電比功率；同時，由于電極上沒有發生決定反應速度與限制電極壽命的活性物質的相應變化，因此它具有很好的循環壽命。超級電容器存儲的能量可達到靜電電容器的100倍以上，同時又具有比電池高出10-100倍的功率密度。與靜電電容器相比其優點是能量密度非常高，但是它耐壓較低，受制于電解液的分解電壓，漏電較大，容量隨頻率顯著降低，因此適于低頻使用。從其發展趨勢來看，超級電容主要是用來取代或部分取代電池。與電池相比，超級電容具有許多電池無法比擬的優點。

（1）具有非常高的功率密度。電容器的功率密度可為電池的10-100倍，可達到10 kW/kg左右，可以在短時間內放出幾百到幾千安培的電流。這個特點使得電容器非常適合用于短時間高功率輸出的場合。

（2）充電速度快。超級電容器充電是雙電層充放電的物理過程或電極物質表而的快速、可逆的電化學過程，可以采用大電流充電，能在幾十秒到數分鐘內完成充電過程，是真正意義上的快速充電。而蓄電池則需要數小時完成充電，即使采用快速充電也需幾十分鐘。

（3）使用壽命長。超級電容器充放電過程中的發生的電化學反應具有很好的可逆性，不易出現類似電池中活性物質那樣的晶型轉變、脫落、枝晶穿透隔膜等引起的壽命終止的現象，碳基電容器的理論循環壽命為無窮，實際可達100000次以上，比電池高10-100倍。

（4）低溫性能優越。超級電容充放電過程中發生的電荷轉移大部分都在電極活性物質表面進行，所以容量隨溫度的衰減非常小。電池在低溫下容量衰減幅度卻可高達70%。

由于分布式發電導致的電能質量問題往往具有持續時間短、出現頻繁的特點，應用超級電容作為儲能設備進行快速補償是理想的技術方案。雖然目前超級電容單位容量制造成本高于蓄電池，但在短時間應用領域，超級電容的性能和綜合成本均優于電池及其它儲能技術。

3.儲能仿真

儲能技術最重要的作用之一就是保持系統的輸出穩定，為了更好的說明和驗證儲能技術的這一特點，本文使用PSCAD軟件對超級電容儲能技術進行了仿真研究。從仿真波形可以看出，在系統于3- 3.05秒鐘期間中斷輸出后，系統輸送的有功和無功中斷，但此時由于儲能裝置的存在，系統母線電壓和電流并未變化。由于直流母線電壓的穩定、穩健，其逆變并網時就不會給電網帶來波動沖擊，電能質量就會大大提高。

4.結論

儲能技術在分布式發電系統中發揮著重要作用，超級電容由于其自身具備的一些優勢，將有廣闊的應用前景。本文介紹了超級電容的特點，以及其作為儲能裝置在分布式發電系統中所起到的作用，并通過PSCAD仿真加以了驗證。仿真說明，當系統電源出現短時斷供時，超級電容儲能裝置能保持系統輸出電壓的穩定。

參考文獻

[1] 施明融.幾個國家對于分布式供能的政策支持[J].上海節能，2005 ， 6.

[2] 王振.智能電網技術現狀與發展趨勢.[J]企業科技與發展，2011（5）：16-18.

[3] 陳習坤，湯雙清，劉剛.飛輪儲能電池在并網型風力發電系統中的應用[J]，機械與電子 ，2005. （3）.

[4] 陳星鶯，劉孟覺，單淵達.超導儲能單元在并網型風力發電系統的應用[J]，中國電機工程學報，2001，21（12）.

[5] 周雙喜，吳畏，吳俊玲，安寧.超導儲能裝置用于改善暫態電壓穩定性的研究.電網技術，2004，28（4）；1-5.

[6] 朱磊，吳伯榮，陳暉等.超級電容器研究及其應用[J].稀有金屬，2003.5.