智能电网系统中的电力储能技术研究

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1 储能技术及其在现代电力系统中的应用

内容摘要

从电力系统安全高效运行的角度论述了电能存储技术的重要性，介绍了目前常用的几种储能技术的发展现状，指出了该领域当前的热点研究问题。

现代电力系统中的新问题

安全、优质、经济是对电力系统的基本要求。近年来，随着全球经济发展对电力需求的增长和电力企业市场化改革的推行，电力系统的运行和需求正在发生巨大的变化，一些新的矛盾日显突出，主要的问题有：①系统装机容量难以满足峰值负荷的需求。②现有电网在输电能力方面落后于用户的需求。③复杂大电网受到扰动后的安全稳定性问题日益突出。④用户对电能质量和供电可靠性的要求越来越高。⑤电力企业市场化促使用户则需要能量管理技术的支持。⑥必须考虑环境保护和政府政策因素对电力系统发展的影响。

2000年到2001年初，美国加州供电系统由于用电需求的增长超过电网的供电能力，出现了电力价格大范围波动以及多次停电事故；我国自2002年以来，已连续四年出现多个省市拉闸限电的状况；在世界上的其他国家和地区，也不同程度地出现了电力供应短缺的现象。系统供电能力，尤其是在输电能力和调峰发电方面的发展已经落后于用电需求的增长，估计这种状况还会在一段时间内长期存在，对电力系统的安全运行将带来潜在的威胁。

加强电网建设（新建输电线路和常规发电厂），努力提高电网输送功率的能力，可以保证在满足系统安全稳定运行的前提下向用户可靠地输送电能。但是，由于经济、环境、技术以及政策等方面因素的制约，电网发展难以快速跟上用户负荷需求增长的步伐，同时电网在其规模化发展过程中不可避免地会在一段时间甚至长期存在结构上的不合理问题；另一方面，随着电力企业的重组，为了获取最大利益，企业通常首先选择的是尽可能提高设备利用率，而不是投资建设新的输电线路和发电厂。因此，单靠上述常规手段难以在短时间内有效地扭转电力供需不平衡的状况。

储能技术将促智能电网发展

降低大规模可再生能源与分布式能源接入对电网的冲击，倒逼储能技

术在电网尤其是未来智能电网建设中的广泛应用。适应智能电网建设需求，发

展储能技术显得尤为迫切。

在采用以锂离子电池为主、液流电池为辅的大规模分布式储能技术应用

成功，即国家电网公司河北张北风光储输示范项目投运 100 天之后，4 月 13

日，中国电力科学研究院电工与新材料研究所总工惠东接受采访时表示。

国内储能技术研究起步晚

在储能技术领域，国外特别是美国和日本研究起步早，成果多并有丰富

的工程实际经验。由于国内研究起步晚，相关技术与国外还有差距，特别是在

飞轮储能等先进储能系统方面经验还较欠缺。此外，在电力电子接口、储能系

统高效转换等技术方面，国外也处于领先状态。中国科学院院士、华中科技大

学教授程时杰告诉我们。

据了解，以美国为代表的西方国家近年来已开始对锂离子电池加大研发

投入。美国 PJM 电力公司在 2008 年率先开展了兆瓦级锂离子电池储能系统的

应用示范，用于电力系统的频率和电压控制。

目前大规模储能技术中只有抽水蓄能技术比较成熟，主要用于电网的调

峰、调频以及应急保障，以及辅助核电站进行功率调节。但是，受地理环境、

建设周期较长的约束，以及没有适当的价格政策，我国抽水蓄能电站装机比例

小于欧日等国。为适应智能电网发展，降低可再生能源接入对电网的冲击，提

高电网的兼容性,维护电网安全稳定运行，除发展抽水蓄能外，应大力发展布置

灵活的电池储能技术包括各类蓄电池，如锂离子电池、钠硫电池、液流电池，

电力电子技术在电力系统及智能电网中的应用

1引言

电力作为一种能源在人们日常生活和国民经济生产各领域已经占据越来越重要的地位。在改革开放以来经济的快速增长背后，社会用电量也不断的增多，电网架构的复杂化、电源的不足、雾霾的影响、化石能源的稀缺等问题已经越来越突出，电力系统的发展面临着前所未有的挑战。为此，在2009年5月20-22日召开的特高压输电技术国际会议上，国家电网公司提出了要建设国际领先、中国特色的坚强智能电网。随后，国家在“十二五”专项规划中确立了发展智能化电网的战略性地位。在电力系统及其智能化发展中，可再生能源的并网发电、储能装置的功率转换、交直流电网的柔性互联、配用电能的双向流动、无功和谐波的动态补偿等都需要依靠电力电子装置来实。

得益于高电压、大功率电力电子器件的发展，变换器模块化、单元化和智能化水平的提升，控制策略的进步，电力电子装置在电力系统中将会发挥更大的作用。随着分布式发电的不断增加和以特高压为骨干网架的智能电网建设的推进，电力电子技术将更加广泛地应用于电力系统的各个领域，为建设智能电网提供重要基础和技术支撑。本文从12个方面阐述电力电子技术在当今电力系统及智能电网发展中的重要应用。

2应用现状 2.1风力发电

中国经济快速发展背后，电力消耗不断增大，根据统计局数据，社会用电量由2000年的1.3万亿KW·h增长到2013年的5.3万亿KW·h[4]。2013年国家能源局的数据表明，我国电力装机容量仍然以火力发电为主，火力发电占总装机容量的69%[5]。化石能源的消耗除了短缺问题外还带来了严重的污染，雾霾天气已经困扰了人们多年。为此我国这几年不断加快能源调整的步伐，大力发展可再生能源发电，至2013年，我国风电累计并网装机达7548万KW，发电量1400亿KW·h。

风力发电系统中，通常采用电力电子技术进行并网、变速恒频控制。由于风具有间歇性和风速时大时小的特点，直接发出的电能存在电压、频率、相位等方面的稳定性问题。虽然采用恒频恒速控制起到一定的效果，随着控制要求的提高，和电力电子技术的进步，目前更多的采用变速恒频发电系统，利用变流器进行控制，通过整流、逆变对电能进行控制，使得各项电能指标符合电网的并网要求。

储能技术及其在现代电力系统中的应用

内容摘要

从电力系统安全高效运行的角度论述了电能存储技术的重要性，介绍了目前常用的几种储能技术的发展现状，指出了该领域当前的热点研究问题。

现代电力系统中的新问题

安全、优质、经济是对电力系统的基本要求。近年来，随着全球经济发展对电力需求的增长和电力企业市场化改革的推行，电力系统的运行和需求正在发生巨大的变化，一些新的矛盾日显突出，主要的问题有：①系统装机容量难以满足峰值负荷的需求。②现有电网在输电能力方面落后于用户的需求。③复杂大电网受到扰动后的安全稳定性问题日益突出。④用户对电能质量和供电可靠性的要求越来越高。⑤电力企业市场化促使用户则需要能量管理技术的支持。⑥必须考虑环境保护和政府政策因素对电力系统发展的影响。

2000年到2001年初，美国加州供电系统由于用电需求的增长超过电网的供电能力，出现了电力价格大范围波动以及多次停电事故；我国自2002年以来，已连续四年出现多个省市拉闸限电的状况；在世界上的其他国家和地区，也不同程度地出现了电力供应短缺的现象。系统供电能力，尤其是在输电能力和调峰发电方面的发展已经落后于用电需求的增长，估计这种状况还会在一段时间内长期存在，对电力系统的安全运行将带来潜在的威胁。

加强电网建设（新建输电线路和常规发电厂），努力提高电网输送功率的能力，可以保证在满足系统安全稳定运行的前提下向用户可靠地输送电能。但是，由于经济、环境、技术以及政策等方面因素的制约，电网发展难以快速跟上用户负荷需求增长的步伐，同时电网在其规模化发展过程中不可避免地会在一段时间甚至长期存在结构上的不合理问题；另一方面，随着电力企业的重组，为了获取最大利益，企业通常首先选择的是尽可能提高设备利用率，而不是投资建设新的输电线路和发电厂。因此，单靠上述常规手段难以在短时间内有效地扭转电力供需不平衡的状况。

长期以来，世界各国电力系统一直遵循着一种大电网、大机组的发展方向，按照集中输配电模式运行。在这种运行模式下，输电网相当于一个电能集中容器，系统中所有发电厂向该容器注入电能，用户通过配电网络从该容器中取用电能。对于这种集中式输配电模式，由于互联大系统中的电力负荷与区域交换功率的连续增长，远距离大容量输送电能不可避免，这在很大程度上增加了电力系统运行的复杂程度，降低了系统运行的安全性。