基于电池储能的新能源送端电网暂态稳定优化研究

基于电池储能的新能源送端电网暂态稳定优化研究

刘洋

华电（宁夏）能源有限公司新能源分公司 750002

摘要：处于能源消费结构持续创新以及我国碳中和、碳达峰相关发展战略下，新能源为主的电力系统持续建设发展，进一步扩大了新能源发电容量。文章先分析了基于电池储能的新能源送端电网运行现状，随后介绍了基于电池储能的新能源送端电网暂态稳定优化对策，希望能给相关人士提供有效参考。

关键词：电池储能；新能源送端；电网暂态；稳定优化

引言：当前新能源产业建设中依然存在各种问题和挑战，比如新能源装机超负荷运行，因为常规电网结构以及电源特性，进一步加重新能源消纳负担。大量新能源电站在电力系统中汇集，进一步减少常规电源，导致系统电压、频率相关响应特性以及系统惯性大幅度下降，威胁整个电网安全运行。同时新能源电站中的无能量储存成为电网扰动源，缺少自主调节能力。为此需要在新能源电网大量接入中提升系统安全性。

一、基于电池储能的新能源送端电网运行现状分析

（一）电池储能的新能源送端电网运行特征

在新能源发电系统整体装机容量持续扩大背景下，新能源电能在整个电网系统中实现大规模接入，新能源发电传输波动会从某种程度上影响大规模并网电源朝电网传输送端的暂态能量稳定性和平衡性。因为新能源发电中对应时间常数以及波动幅度存在较高不确定性，进而使送端电网对应能量平衡系统形成不同的时间响应特征。此外，在我国电力系统持续建设发展中，电热氢多能源接入、可再生能源接入以及远程特高压交直流输电等各类电力系统的持续创新和规模化发展，使新时期电力系统越加复杂，加剧了电网稳定性差、网络结构薄弱、电网功率平衡问题。电池储能技术凭借其低廉的调节成本以及良好的调节性能，可以帮助提升能源利用率，优化整个能源结构，减少系统碳排放。特别是在新能源在电网系统中所占比例持续扩大、国家政策支持以及智能电网技术创新等多重因素作用下，进一步扩大了规模化电池储能技术对送端网络系统平衡控制应用，可以辅助新能源送端合理控制电能平衡。

传统模式下的电网是从电源侧入手制定运行调度策略，以电网调度、控制需求为核心，从新能源电源主导的电网系统角度分析，因为新能源电力运输波动特性和不确定性，进一步影响了传统模式下电力系统运行稳定性和安全性，无法实施有效调度运行。此外，新能源电站通过优化配置系统储能，可以保障整个电网经济、安全运行，提升电网稳定性。为此需要针对新能源电站合理研究储能配置技术，准确把握新能源发电下的电网机理和稳定特性，解析多种场景下新能源电网稳定支撑性能，明确电站储能需求，形成科学方法提升电网就稳定性，优化配置储能，合理设计储能配置容量和类型。

（二）新能源电网暂态运行机理

电网中的暂态能量传输通常可以分成四种环节，第一环节是故障初始阶段，即出现个别部件故障，未形成系统连锁反应，该阶段系统安全性降低，电网状态恶化。第二环节是故障触发阶段，该环节因为最初产生故障的部分设备影响，会使系统薄弱环节产生问题，该种条件下系统容易形成连锁反应，无法有效控制整个运行过程。第三是连锁故障，该环节内，相关设备部件会相继出现各种连锁反应，发生运行故障。这一阶段电力系统也会产生强烈的电压波动，降低电网运行频率，到整个系统解列，产生系统大范围崩溃问题。第四环节是电网恢复，这一环节内电网系统逐步恢复正常，使整个电网重新恢复至正常运行状态[1]。

二、基于电池储能的新能源送端电网暂态稳定优化

（一）电力系统暂态能量平衡预见控制

通过深入研究送端系统的电能暂态传播机理，针对暂态平衡薄弱部位以及各个重要节点合理建设辨识模型，在电网传输端出现暂态运行故障条件下，可以针对整个平衡薄弱节点以及暂态能量传输形成针对性的控制策略，对电网中的新能源送端振荡问题实施合理控制，激发出暂态端口的能量激励功能，促进送端电网整体暂态稳定性持续提升。针对新能源送端电网系统中的暂态电能传播以及电能平衡环节创建动态模型，形成连续性时间系统函数模型，整个系能源送端电网暂态中，利用暂态传输能量实施平衡调控中所形成不同状态参数，针对固定时间段内采集各种状态变量信息，合理构建能量平衡误差系统，将新能源送端网络系统的电能平衡控制所形成状态参数变化进一步改成节点能量平衡调节。同时基于电池系统内各种电能传输控制，形成电能输送控制方法，保障电能平衡状态。针对新能源送端设计暂态能量控制装置，即构建平衡控制器，对送端系统所形成暂态能量实施合理控制，提升其预见功能，确保暂态能量离散平衡装置符合预期目标要求，创新能源传递方法和传输路径[2]。

（二）暂态频率和电压控制

电池储能装置可以对电能传输有功功率实施灵活、快速调节，可以有效控制电网相关功率震荡，提升整个互联电网动态稳定性。增设直流附加控制系统，在全面采集整个电网系统中电能传输参数变化及其对整个电网系统影响，灵活调节各项运行参数，比如直流电压、电流以及直流无功、有功功率等，也是交直流混联输电系统内的有效控制方法。传统模式下的直流附加器主要以线性设计为主，基于线性理论实施系统设计。线性化技术在小信号处理方面具有良好应用价值，可以针对整个电网系统实施合理控制，提升系统运行稳定性。但在系统出现较大扰动以及与平衡点相差较大条件下，便无法达到理想控制效果。

对电池储能系统对应直流侧运行状态进行综合研究分析中，发现新能源送端系统处于暂态端口能量影响下，系统内不同节点等值同步机的运行电压以及频率变化属于交直流混合状态。系统内不同电源节点所形成的频率波动以及电压变化幅度，会从某种程度上被有功功率整体平衡特性以及不同同步电源励磁、阻尼特性所影响。为此，新能源送端开始处于暂态后，系统中不同节点电压以及电源频率应该维持良好水平状态，基于系统不同等值电源励磁性能以及电池储能设备所自带直流阻尼实施有效调控。结合频率电压变化就，可以在送端系统产生暂态故障条件下，联系送端系统的暂态能量特征以及网络传播变化，准确判断预测送端网络不同节点电源频率以及电压幅度是否会超出标准数值，随后联系相关变化特征和运动轨迹对送端系统不同节点电源的运行频率和电压幅度实施有效调控，满足电网稳定运行需求。

结语：综上所述，随着我国电力系统持续创新发展，各种新能源技术的开发利用，进一步加速了我国电力系统改革创新，逐步变成一种特高压大规模跨区互联电力系统，但因为新能源电力系统的运行辅助、传输量大、新能源接入多、送端系统架构薄弱等因素影响，对系能源送端电网稳定运行提出全新挑战，为此需要结合新时期电力系统运行特征，不断优化电网系统设计，增强系统调节能力，实现稳定输电。

参考文献：

[1]何卓怡,余音.电池储能在电网负荷调节及新能源消纳中的应用[J].农村电气化,2022(12):83-84+90.

[2]蔡福霖,胡泽春.提升新能源消纳能力的集中式与分布式电池储能协同规划[J].电力系统自动化,2022,46(20):23-32.