电网侧储能技术分析

张海涛，孙茜，黄晓龙

（1.淮南电力规划设计院有限公司，安徽 淮南 232000；2.安徽复星电力设计咨询有限公司，安徽 合肥 230088）

0 引言

研究发现，电网结构相对复杂且分支较多。除了电网侧之外，还有电源侧、用户侧。目前，电网侧储能水平不高，在其示弱格局下，需站在新能源角度，优质发展电网侧储能，提升整体储能水平。现实应用中，电力企业需高度重视储能技术，发挥储能技术降低输变电损耗的作用，从而缓解供电压力，全力守护电网的安全，将储能视作高效率撬动投资的载体，运用科学的储能手段，实现电网结构的优化。

1 储能系统的应用现状

1.1 国外电网侧储能发展

在国际市场中，电网侧储能的重要性早已被看到。相关学术成果证明，美国是重视储能、发展储能较早的国家。在美国全国示范项目（电网测储能）占全球总数的50%。在规模扩张的基础上，还确保了储能技术的商业化地位，在电力系统中，储能技术大放光彩，优势十分显著。针对储能系统的应用，美国能源局还集成了多项技术，建立了储能数据库，在数据库的保障下，追踪、记录项目的储能情况，以便调整技术手段。与此同时，还设定专门的机构来维系储能技术的发展，运用完善的政策，巩固了储能技术主导地位。其实抛开美国不谈，在国外其他国家中，面对储能技术的发展，也制定了特殊监管策略。

1.2 国内储能技术的应用

我国电网侧储能方兴未艾，还有较大进步空间。电网侧储能，便是运用科学引导手段，将一切可被电网调度、合理应用的储能系统（电力资源）纳入电网侧储能范畴。实践表明，推动这样的技术可缓解储能的矛盾，现实中无论是用户侧，还是储能系统（电网投资的），在实际应用中都可以被公平调用，提高电网运行效率，消除市场的储能顾虑。从当前了解到，政府为促进电储能，搭建了高效的平台，凭借市场机制的作用，为储能在辅助服务中的渗透夯实了基础，同时为应用领域拓宽，服务水平升级提供了可能性，可保障多渠道盈利。

研究发现，我国目前电网侧储能项目，还是以磷酸铁锂电池为主要方向，在实际应用中，容量和功率密度等问题需要进一步解决。储能系统较为庞大，储能技术种类较多，经比较论证得出，物理、化学储能技术在发挥作用期间都有各自优缺点，基本配置不同，储能效果也不相同。在储能系统优化中，政府尚未形成有效的储能补贴政策，缺少统一的衡量标准，这导致储能技术发展受阻。电化学储能接入（这里特指大规模化的），对电力系统的影响体现在多层次，对电网的适应能力、功率控制的要求比较严格[1]。在这样的背景下，如何确保电网侧储能可以直接到参与电网的辅助服务，需要共同研究探讨。

2 电网侧储能技术应用优势

2.1 平滑输出曲线

新能源发电时为了保证发电有效性，同时科学合理节省资源，需对平滑输出曲线作出调节。实践表明发电时因环境资源状况变化会出现发电质量的下滑，导致设备性能不稳，从而形成大功率波动。而通过储能技术运用可精准实现快速充放，不仅可充分调整功率，还可确保平滑输出曲线理想。

2.2 调峰

发电侧储能系统运用是相对合理的方案，可在低谷期储存电能，避免资源浪费，同时选择在高峰期释放，这样的调峰思路可合理控制峰谷差，从根源维护电网稳定，保证新能源发电状态优良，在负荷高峰期依然稳定出力。

2.3 有功支撑

站在有功支撑角度分析，通过储能装置转化后可保障有功支撑稳定、提供快速，进而发挥理想作用，同时增加电网调频能力，强化电网调峰的效果，在此前提下，提高电网接纳能力。

2.4 黑启动

结合现实情况了解到，新能源电站位置偏僻，较之其他常规电站运行条件比较艰苦，实施“电站自救”能力有限。在其服役期间，一旦外部电网故障，影响较为严重，不仅会阻碍正常供电，还会损坏电网设备。基于此，需应用储能系统，改变这一现状。通过实践论证得出，储能系统功能齐备，可作为电压源进行源源不断向发电单元送电，在此前提下可以实现电站自启动，确保发电的质量，避免意外的发生。

总而言之，储能系统功能强大，实际应用价值高。系统构成主要由储能装置来实现，同时还要配合并网装置，运用这两大部分，可搭建优质储能系统。储能装置较为特殊，应用性能较高，由储能元件组成，在具体实践中该功能单元的作用显著，可实现能量的储存，同时进行能力释放，完成理想中的功率交换，有效缩短功率交换时间[2]。并网装置同样重要，在整个框架中，由电力电子器件组成，各器件相互配合，可实现能量双向传递（储能装置与电网），提升转换的效率和价值。

3 储能技术分析

3.1 配电数据通信网络

在科技的引领下，储能技术优质发展。研究表明，配电数据通信网络优势显著，是智能配电网优化实现高效调度的关键技术，也是基础性保障，不容忽视。在储能系统应用中，配电数据通信网络功能主要体现在收集用户终端信息，同时传输信息，将信息搬运到智能决策中心，进而形成信息处理的闭环。研究现状可知，通过构建干扰少、稳定性高的专用网络，可提升储能系统性能，确保理想的配电数据共享，提高传输效率，在综合措施维护下，支持高水平的智能配电网优化运行，为储能系统升级夯实基础，确保其完成调度设计。在配电数据通信网络保障下，让储能资源分配趋于合理。

3.2 储能系统PCS 技术

储能系统PCS 技术应用价值高，值得大范围推广。储能功率变换器（PCS）位于整体框架的中枢，连接电池组与电网。换句话说，如果没有该技术支撑，整个技术架构也就无法成立。现实应用中其关键技术如下：①借助操作优化电路拓扑结构，实现结构合理化。②控制策略和参数设置，这是储能系统稳定的前提，在参数设置保障下，打造多种运行模式，并确保模式无缝切换，提高管理的效率。③多个PCS 模块并联运行，构建高效管理机制。④多储能系统的SOC 控制。

通过实际应用可知，传统的单向PWM 整流器在实际应用期间会降低储能系统的性能，无法满足系统并网以及高水准接入的要求，在这样的前提下，需打破常规，研究新型并网接入系统，学术界将其称为双向功率变换器（PCS）。通过应用发现，它不仅可以满足电池性能长久和充、放电稳定的要求，还能在电网断电时，发挥积极的保障作用，对关键负荷进行供电，在应用中兼具EPS 的功能，确保孤岛运行效果。研究发现，储能系统双向PCS，可将储能优势充分体现。

当电网断电时，PCS 作为基础保障，会首先断开通道，借助这样的方式将交流输出分隔开，保持其与电网的距离，在此前提下开始孤岛运行。应用期间，孤岛运行控制目标明确，是在不同的输出负载中，高质量保持交流电压稳定。为了消除孤岛影响，在运行控制中，需要优先选择双环结构，利用双环结构优势，确保电网侧储能理想[3]。应用期间，外环作用显著，为输出电压有效值环，是重要参考依据。外环作用集中表现在输出交流电压保持上。内环在使用中为输出电压瞬时值环，借助内环，便可以了解输出交流电压状态，使其有好的动态性能，延长设备服役时间。总而言之，运用储能系统PCS 技术可防止输出电流偏磁，增强储能的稳定性。

3.3 储能系统能量管理技术

储能系统能量管理起到了“电网管家”的作用，通过优化能量管理手段，可提高新能源消纳综合水平，实现优质发电。电池在生产过程中，经常会由于设备控制精度问题，使原材料的配比不同，甚至产生正负极材料分布密度的明显差异，在这样的前提下，如果操作过程无法控制有效因素，就会对电池造成损伤。结合物理化学知识可知，电池属于化学品，其性能的改变，会从内阻、电压上体现出来。长期服役期间，电池的自放电率等参数的不同，会使电池的衰减速度难以保持同步，从而形成一致性差异。一致性差异对储能系统电池影响较大，会在电池储能阶段诱发能量水桶效应，这样的差异会导致充电、放电时，破坏储能系统电池性能，减少其循环寿命。

针对上述情况，需运用电流分流法实施高效的储能系统能量管理。其原理是把高电压的电池找出，然后通过电阻放电，借助放电手段确保电池电压趋于稳定，无限接近于低电压电池，在此基础上达到均衡目的。在储能系统应用中，为了使均衡技术渗透到大容量电池组中，一般情况下需增加放电电阻功率，借助这样的思路增强储能能力。基本操作是在功率电阻上加散热片，从源头获取均衡电流，实现电流提供的理想化。另外一种扩展的方式比较特别，是对低电压的电池充电（通过外接直流电流），这样弥补电流差，实现双向均衡。但现实应用中，这些方式均衡电流还是存在局限的，只能达到几十毫安。

3.4 广域储能调度技术

广域储能调度技术是指运用各种资源，设法让储能配合新能源运行，并且在其运行期间以日调节为主，采取精细化管理，跟随新能源出力，体现出储能调度的价值。在调动和调节阶段，根据新能源波动情况优选匹配的运行方式，在能源大发时充电，同时结合新能源出力情况，及时完成下降时放电操作。

在未来科技的引领下，新能源发电侧储能将会成为流行趋势，技术运用规模将扩大，现实工作中，为促进储能行业发展，需夯实储能技术应用基础，完善顶层设计，在综合措施保障中推动储能政策完善、法规建立，健全行业执行准则，实现储能系统应用的规范化管理[4]。同时，结合市场需求，研发发电侧大容量、高效率的储能技术，不断降低储能成本，确保储能技术应用场景的适应性，例如：采取梯次电池能量管理等。此外，还需推动风光电等技术融合，实施新能源与储能调频技术的互补，制定精细化控制策略，保障好储能调频技术优势。开展综合评价方法，重点剖析储能系统的安全性等内容，借助技术手段，提高储能系统经济性。

4 案例分析

10MW/20.266MW·h 储能项目内容如下：10MW/20.266MW·h储能系统在初期构思时分为2 个子系统：①3.45MW/6.988MW·h系统；②3.45MW/6.29MW·h 储能单元，两者相互配合，才成就了储能系统的完善性。本次项目案例中采用的储能系统运用了集装箱一体化设计路线，这样的设计方案具有安装维护方便等突出特征，系统集成化程度高，系统的维护性较强。

4.1 系统设计思路

3.45MW/6.988MW·h 储能单元整体框架比较稳定，由一体储能变流集装箱控制，同时搭配了2 台40 尺电池集装箱（磷酸铁锂电池），并将储能系统交流侧情况进行了评估，10kV 是其并网电压等级设定标准，通过环境的优化，可实现电网调频顺畅，提高电网的功能性、稳定性。本次项目设计中需要注意以下内容。

（1）电网侧储能的设计需综合考量多项因素，其优化规划需顶层设计，只有这样，才能确保储能系统设计效果。电网侧储能容量配置是关键，在构建设计方案时，需要考虑选点布局、电池选型等内容，在设计储能系统时需要充足考虑电网的网架结构等，围绕负荷状况、电池特性综合评估，掌握并控制诸多因素。同时，运用科学计算软件充分挖掘储能的潜力，借助系统设计优化，实现以小博大的目的，提高系统运行效益。

（2）在系统搭建时，需要注意电网侧储能的综合特征，多注意信息收集工作。主要信息包括：运行特性、寿命预测以及多元功能的需求等，借助海量运行数据采集，精准完成建模等操作，通过高效的建模、仿真，维持电网侧储能的健康，保障其稳定运行。

4.2 系统接入方式

在10MW/20.266MW·h 储能项目中，系统接入方式属重点。只有接入方法正确，才能确保后续运转顺畅。通过项目分析可知，10MW/20.266MW·h 储能系统中，最为重要的内容是回路接入10kV 母线侧，具体的接入方式细节如图1 所示。

图1 储能系统接入方式

4.3 储能单元拓扑

在整体系统设计中，还需要注意储能单元拓扑的实现与优化。单套锂电池系统在实际应用中由10 个电池簇组成，通常情况下，每簇容量较固定，数值为349.44kW·h。在使用期间，每10 簇通过控制柜（电池的）汇流，然后高效接入储能变流器。操作期间，会有2 台交流器输出，最终接入10kV 母线。为了确保安全性，得到理想储能控制效果，每个储能单元中，需要配备本地控制器，借助控制器的作用，实现本地设备层高水平管控，提高综合管理能力，在具体操作中，统一通信接口和协议，保障系统搭接的顺畅度。

4.4 储能技术应用建议

4.4.1 安全方面

在储能系统应用期间需提高消防意识，重视消防安全性问题。特别是电网设备和电化学储能应用中涉及的消防安全性问题，必须要细致化分析。为了确保使用安全，储能装置在应用时（指正式接入电网），需确保计划详尽，采取规范的安全防护措施，从源头采取防护，避免发生事故，让电网健康运行。目前，为了达到储能的标准体系要求，需结合实际设计出储能安全准则，整合力量搭建标准体系，降低储能成本的同时，将电网侧规模化发展推向新的高度。

4.4.2 技术方面

电网侧储能是多种技术的集成，在能源紧张今天，电网侧储能应稳健发展。电网侧储能原理简单，电化学储能是其核心，在应用需求增长中，储能暂态特性功能增多。目前的电网侧储能，需进行技术革新，增强快速响应能力，匹配先进的设备，确保毫秒级响应水平。此外，还要精准控制，调整功率控制思路，对输出功率精细化管理。从智能安全预警控保的理想化需求出发，深度融合BMS、EMS 等，运用灵活的机制，形成安全预警控保[5]。现实应用中，为了强化应用效果，需辅助多机并联谐振抑制以及优质的虚拟同步技术，提高电网侧储能水准。现阶段，电网同步规模比较大，想要精准落实同步控制技术难度较高，所以作为国家层面，需大力扶持电网企业，并重视储能技术的发展。

4.4.3 管理方面

通过应用实际了解到，电网侧储能想要发挥作用，离不开完善标准体系的加持，只有注重这方面建设，才能提高管理的程度。电网侧储能从设计开始就需要依托标准化管理，同时加强对控制﹑测试等模块的管控，借助管理模式的规范化，不断提高行业标准，及时进行查缺补漏，搭建理想化标准体系，确保各环节实施顺畅。

5 结论

综上所述，储能系统容量范围宽，这是其核心优势之一，放电时间跨度大，精细化程度可以达到毫秒级。新时期，基于新能源发展需求以及考虑到电网侧自身间歇性等，想要降低控制难度，提高预测精准度，需借助储能技术应用，强化新能源发电效果，保障电网可调节性能。在实操环境中，确保输出连续稳定，同时增强并网能力。而想要达成理想目标，需掌握储能关键技术，通过管理技术、调度技术规范使用，提高储能系统应用水平，维持电网运行。