分布式儲能系統對配電網的影響和優化配置

張科技

(國電南京自動化股份有限公司，江蘇 南京 210032)

1 分布式儲能存在的問題

1.1 儲能系統接入電網對電能質量的影響

1.1.1 單臺分布式儲能設備接入配電網引起的諧波影響

產生原因：儲能系統接入配電網，儲能系統與配電網接口的轉換器會給配電網系統帶來諧波污染。

影響因素：逆變器出廠質量及工作模式決定諧波幅度和階次；饋電線路阻抗影響諧波衰減量，當饋電線路阻抗值較大時，諧波衰減顯著。

諧波的危害：對用戶側變壓器、旋轉電機、用電設備的保護及控制裝置等用電設備產生負面影響，威脅用戶用電安全。

1.1.2 集群分布式儲能接入配電網引起的諧波諧振影響

產生原因：在集群分布式儲能系統的關鍵設備儲能逆變器PCS ( Power Conversion System)配置了大量的大功率非線性元件，數量眾多PCS與配電網之間可能會形成并聯或串聯諧振。

影響因素：各逆變器的阻抗參數，系統阻抗。

諧振的危害：諧振可以導致系統一定范圍內過電壓和過電流，諧振過電流會引起配電裝置的PT(Potential transformer)熔件熔斷甚至燒毀PT，諧振過電壓危害配電設備絕緣甚至使小容量異步電機發生反轉。

1.1.3 含大量分布式電源及儲能的配電網

- 分布式微源特性影響

- 電流諧波呈現寬頻域、高頻次等特征

- 線路分布電容的影響

- 分布式電源、儲能與配電網諧波交互影響

1.4 含多分布式電源及儲能的微電網

- 內部網絡拓撲復雜，能量雙向流動

- 多逆變器并聯環流問題

- 微網多逆變器耦合交互分布式電源、儲能與配電網諧波交互影響

2 分布式儲能并網對配電網繼電保護的影響

2.1 對電流保護的影響

儲能系統具有功率雙向流動特性，大量儲能并網將使配電網成為一個多電源系統。配電網潮流方向的變化，使現有的繼電保護配置方案不能保證電力系統和用戶電力設備安全穩定地運行，從而引起繼電保護裝置的失效、誤動或拒動。另外，配電網潮流方向的改變使繼電保護裝置的靈敏度降低，引起保護設備拒動；此外還可能導致本線路、相鄰線路的瞬時速斷保護誤動等故障。

2.2 對自動重合閘的影響

2.2.1 非同期重合

當故障出現在系統電源和儲能之間的線路上時，若儲能系統再并網動作與配電裝置重合閘時間不配合，或者儲能系統處于放電狀態且未能在重合閘動作前退出，可能在自動重合閘動作時造成非同期合閘，導致重合閘失敗。

2.2.2 故障點電弧重燃

故障發生后，前端斷路器跳閘，分布式儲能電源系統仍然可能向故障點提供電流，故障點的事故將進一步擴大。

3 分布式儲能的優化配置

3.1 電能質量改善措施

3.1.1 安裝濾波設備可以有效治理儲能系統并網產生的諧波問題

3.1.2 消除分布式儲能諧波諧振的措施

- 安裝諧波抑制阻尼裝置

- 設計階段，合理選擇儲能系統和分布式電源的設備參數

- 項目選址和接入設計階段，提前考慮儲能系統安裝位置對系統等效阻抗參數的影響

3.2 限制儲能電站接入用戶的規模

3.2.1 線路容量和接入電壓等級的限制

考慮到輸配電線路的線路損耗和輸送容量限制，儲能系統的接入電壓等級應按照安裝容量選擇合適的接入電壓等級，減少儲能系統對電網系統的負面影響。依據《儲能系統接入配電網技術規定》Q/GDW 564-2010對接入電壓等級的規定要求，儲能系統容量在200kW以上宜選擇10kV(6kV)及以上電壓等級接入配電網；系統容量在200kW及以下儲能系統可選用220V或380V接入配電網。

3.2.2 電能質量要求

依據Q/GDW 564-2010規定，儲能系統接入配電網后公共連接點處的電能質量，在諧波、間諧波、電壓偏差、電壓不平衡、直流分量等方面應滿足國家相關標準的要求。

3.2.3 技術經濟考慮

應用于分布式發電的儲能系統容量應根據當地能源條件、氣候特點、負載的電能需要和所配儲能電池的技術特性來綜合優化考慮。

3.3 儲能系統對于配電網的支撐作用分析

3.3.1 削峰填谷，改善負荷特性

儲能系統在配電網中的安裝容量直接影響著它在“削峰填谷”中的效能，儲能系統的安裝容量配置越大對配電網的“峰谷差”改善程度也越有效。當儲能系統總容量超過電源側的理想削峰容量時，饋線峰谷差將降為零。

3.3.2 提高電壓質量

分布式儲能系統接入配電網能夠高效地調節電源的功率波動和用電設備不同工況下啟停對于電網電壓質量的影響。用戶側的儲能系統可以平滑電壓、頻率波動，有效降低可再生能源引起的電壓升高、驟降和閃變等問題。

3.4 提高功率主動調節能力

儲能系統兼具充電和放電能力，可以賦予配電網靈活的功率主動調節能力。儲能系統這種功率主動調節能力受到自身的容量限制，同時這種功率的調節能力與儲能系統接入位置息息相關。

3.5 配電網儲能系統多目標優化配置

(1)為了保證配電網對可再生能源的有效消納，儲能系統安裝容量應大于可再生能源的容量之和減去饋線的最小負荷值；(2)為了減少對配電網的運行帶來負面影響，每個接入點儲能安裝容量不應超過其允許值。

4 結語

隨著分布式電源的廣泛應用、電動汽車的不斷推廣，未來配電系統對儲能系統的需求越來越大。儲能技術為電力系統的供電壓力，改善電力系統的穩定性，提高供電質量提供了新的思路及有效的技術支撐。儲能技術在配電網中的應用能夠為電網運營商及用戶帶來諸多效益，成本暫時阻礙了其發展和推廣，大規模儲能技術應用水平與電力系統的巨大需求之間仍存在一定差距。

5 未來展望

儲能系統功能由單一化走向多元，單一儲能元件的特性難以滿足電力系統對于儲能的要求，兼具高功率密度與高能量密度的多元混合型儲能技術將是未來發展方向。在儲能技術的發展過程中，我們應高度重視儲能技術原始創新和產業布局，積極開發大容量、低成本、快速、高效、長壽命和易回收的儲能技術，為儲能產業可持續發展和能源產業轉型提供重要的技術支撐。