智能电网与储能控制技术的现状及发展趋势

智能电网与储能控制技术的现状及发展趋势

吴超,杨炳勇

国网内蒙古东部电力有限公司兴安供电公司，内蒙古 兴安盟 137400

摘要：从本世纪初开始，基于各种高新科技技术的发展，世界电网进入智能电网发展阶段。智能电网具有坚强可靠、自愈能力强、经济高效、透明开放、友好互动、清洁环保等特性。这样的特性十分符合社会经济发展与环保并进的要求。而发展智能电网，储能技术十分重要。储能技术在电力系统中发挥着重要作用，是实现灵活用电，互动用电的基础。

关键词：智能电网；储能技术；现状；发展趋势

1储能技术简介

1.1应用于电力系统的储能技术

当前科学技术的不断增强，使得当前电力系统的储能技术得到更新。很多储能技术都是通过人工储能的方式将电力系统的能量转换为另一种能量进行储存。这种储存方式需要符合实际的储存要求，并通过一段时间将其转化为消费者所需要的电能。这种储存方式比较清洁、便利，能够有效地使电力系统效率增强。在储存技能发展过程中，首先要对化石原料进行节约，其次要进一步对太阳能、风能及潮汐能等清洁性能源加以利用，不断创新技术使相应的储能系统与其匹配，最后要通过进一步的科技生产让各种间歇性能源和特殊新能源得以利用，使储能技术进一步发展。

1.2电力需求侧储能技术

随着当前人们对电能需求的不断增加，必须要加大电力需求侧储能技术的研发。通过对用户行为的分析来对储能技术进行研究。与供给侧储能作用相似，电力需求侧储能技术也是通过对用户的时间、空间以及具体用法上的分析，将高峰时间和低峰时间进行错开，让电能得到有效供应。同时，通过需求侧储能技术的应用，让电力系统内的分布式电源更加灵活。

2储能技术发展现状

2.1锂离子电池

近年来，消费类电子产品、电动车等行业对移动能源的需求日益增长，锂离子电池技术和产业都得到迅速发展。目前广泛应用的锂离子电池主要有磷酸铁锂、钴酸锂、锰酸锂、镍钴锰和镍钴铝三元材料等电池。其中，磷酸铁锂电池以其较长的使用寿命以及安全性好、成本较低的优势，被广泛应用于电动汽车和规模化储能领域。钴酸锂电池的能量密度高，但是制造成本也相对较高，主要应用于消费类电子产品。锰酸锂电池成本低，但是稳定性较差，一般应用于低端电动车产品、电动工具和小型储能电站等领域。镍钴锰三元材料电池的稳定性好、循环寿命高、成本低，是一种很好的应用于电动汽车、电动工具和规模化电站的储能电池种类。表1是锂离子电池的优缺点对比。我国锂离子电池研发和生产也取得了重大进展，主要研发和生产厂家有宁德时代、比亚迪、合肥国轩、力神和中航锂电等公司，产品基本完整覆盖了电站储能和动力电池领域。据有关机构分析，2019年初全球锂电池的产能为316亿GWH。其中，中国锂电池产能占比达到了73%，成为世界最大的锂电池生产地。

2.2铅碳电池

铅碳电池是一种新颖的电容型铅酸电池，它是由传统铅酸电池演变而来的更新电池品种。为了解决传统铅酸电池充放电循环寿命短的缺点，人们在电池负极引进活性炭（石墨烯），有效防止了负极的硫酸盐化，从而改善了铅酸电池的失效现象，有效提高了其循环寿命。有新闻媒体报道，铅碳电池的循环寿命可达到传统铅酸电池的6倍。另外，铅碳电池的充电速度和放电功率也较传统铅酸电池有数倍提高。目前，在电化学储能领域中，铅碳电池的成本最低。鉴于以上优秀的电气性能，结合低成本优势，铅碳电池成为光伏、风电等新能源发电储能的重要发展方向之一。

2.3飞轮储能

飞轮储能是指利用电动机带动飞轮高速旋转，将电能转化成动能储存起来，并且在需要的时候再用飞轮带动发电机发电的储能方式。飞轮蓄能装置可配置在城市和用电中心附近的变电所，用来调峰调频，它的规模己达几十和几百MW级，特别是由于高温超导磁力轴承的开发和应用，将加速飞轮储能技术的发，与其他形式的储能方式相比较，飞轮储能具有大容量、高效率、无限循环寿命、零排放、无污染和装置对环境无要求等优点。

2.4电磁储能（超级电容）

电磁储能包括：超导储能、电容储能和超级电容器储能。超级电容器根据电化学双电层理论研制而成，可提供强大的脉冲功率，充电时处于理想极化状态的电极表面，电荷将吸引周围电解质溶液中的异性离子，使其附于电极表面，形成双电荷层，构成双电层电容。电力系统中多用于短时间、大功率的负载平滑和电能质量峰值功率场合，如大功率直流电机的启动支撑、态电压恢复器等，在电压跌落和瞬态干扰期间提高供电水平。超级电容器系列产品在能源领域具有广泛的应用前景,目前超级电容器主要用于改善电能质量,或者与其他储能装置联合使用(如和蓄电池联合使用用于电动汽车)。

3储能技术在现代配电网中的应用

3.1功率快速补偿以改善电能质量

由于电力技术的发展，长时间电力中断事故发生几率较小，而瞬态电力故障如电压骤降/升、闪变等瞬间断电日渐突出，对许多电能质量要求高的工业用户危害极大，造成产品的次品率上升。由于超导储能系统具有响应速度快、功率密度大的优势，它对瞬态电能质量故障问题能起到很好的改善作用。

3.2抑制电网的低频振荡

在现代电力系统中，随着电网互联、单机容量的增加，系统出现增幅性低频振荡的可能性越来越大。近年来，我国的东北、华中、广东、香港互联网中也相继出现了低频振荡现象。这种低频振荡是发电机转子由于相应有功负荷的变化而摇摆时，正阻尼不足引起的。当系统中接入容量足够大的储能系统后，在电网中各机组受扰动的暂态过程中，可瞬时向电网提供有功功率补偿，使各机组保持同步运行。

3.3减少负荷峰谷差，提高配电线路负载能力

发改委、电监会等六部委最新联合印发并正式实施的《电力需求侧管理办法》中提到“推动并完善峰谷电价制，鼓励电网低谷储能”，由此看来国家对负荷峰谷差给电网带来的影响已经有了足够的重视。若将超导储能系统接入配电网中，不仅可以调节峰谷差，同时也可以提高配电线路的负载能力，延长输配电线路的使用寿命，减少电力公司因改扩建输配电线路的投入资金，带来的经济效益是显而易见的。

3.4延缓配网升级，降低成本

当某一线路负荷超过其容量时，则需要对配电网进行升级或者增建，传统的措施包括升级或者增建变电站变压器、输配电线路等。传统的电网规划或电网升级扩建成本很高，尤其是在拥挤的城市区域，由于用地紧张，更加剧了电力建设的资金投入和实施难度。

在储能技术不断成熟以及装置成本持续降低的前提下，面对负荷增长将要超过配电线路负载能力时，电力公司可考虑在以下几种情况下应用储能系统：（1）过负荷情况较少出现并且过负荷只是发生在某天的几个小时内；（2）负荷增长缓慢；（3）配电网升级资金昂贵，小容量的储能可以延缓相对较大的投资，“杠杆”作用明显；（4）传统的升级方法行不通，比如无线路走廊，考虑环境和美观因素等不能铺设线路等情况下，利用安装在过负荷节点的较小容量的储能装置来延缓输配电网升级所带来的较大的资金投入，延缓配网升级。

结语

综上所述，在现代智能电力系统中，电力储能技术正在发挥着巨大的作用。电力储能技术作为新兴产业，还需要不断改进和革新，降低成本、环保节能、资源重复利用都是电力储能技术革新的重点。只有这样，电力储能技术才能真正在现代电力系统中起到举足轻重的作用，更好地带动经济发展，改善国计民生。

参考文献：

[1]殷红玉.浅谈智能电网中的储能技术[J].《科技与企业》，2021（4）：120-120

[2]何小平，王海涛.储能技术在电力系统中的应用[J].《科技创新与应用》，2020（28）：13-13