刘  舒1，刘  斌2，王承民3，李宏仲2，刘  涌4，衣  涛3

　　（1.国网上海市电力公司电力科学研究院，上海200437；2.上海电力学院 电气工程学院，上海200090；

　　3.上海交通大学，上海200240；4.上海博英信息科技有限公司，上海200240）

　　摘  要： 储能技术应用在电力系统中能够有效解决可再生能源并网产生的波动性和间歇性，并且能够实现需求侧管理，进行调峰填谷。抽水蓄能和电池储能是目前比较成熟的两种储能技术。本文忽略储能电站的动态特性，分析储能电站接入对配电网运行状态的影响，即对系统电压和网损的影响。以某区域一条配电线路进行分析，在同一个节点接入不同容量的储能装置，分析接入不同容量的储能装置对节点电压和网损的影响。仿真结果表明：在重负荷区域接入合适容量的储能装置，能够有效地提高系统电压水平并降低网络损耗。

　　关键词： 储能电站；抽水蓄能；电池储能；配电网；运行状态

0 引言

　　可再生能源发电作为一种清洁、绿色、无污染的发电技术，被广泛应用在各种电力系统中。然而，由于受气候、环境和地理位置等因素的影响，可再生能源发电输出电能具有波动性和间歇性，大规模并网给电网的安全性和可靠性带来严峻的挑战。同时，随着用电负荷需求的不断增长，电网负荷峰谷差也日益增大，给电网的调度和经济运行带来严重影响。储能技术[1-3]的应用能够在很大程度上解决可再生能源并网产生的波动性和间歇性问题，并且可以有效实现需求侧管理，消除昼夜峰谷差，提高电力设备利用率。

　　抽水蓄能和电池储能是目前比较成熟的两种储能技术，在理论和实践中得到广泛的研究和应用。文献[4]提出风电-抽水蓄能联合运行申报次日出力计划的新模式，考虑抽水蓄能机组启停和运行工况的限制等因素，建立了风电-抽水蓄能联合运行的优化调度模型，测试系统表明抽水蓄能电站与风电场配合可大大降低风电出力随机性对电网运行的负面影响，经济和社会效益显著。文献[5]研究了抽水蓄能电站与风电的联合优化运行，通过抽水蓄能电站和风电的联合运行的时序模拟，验证了抽水蓄能电站和风电联合运行的可行性及带来的显著效益。文献[6]研究了风蓄联合系统中抽水蓄能电站对风电移峰填谷的影响，结果表明：在峰谷电价政策下，风蓄联合系统可将低谷时段的廉价电能转化为高峰时段的珍贵电能，取得良好的经济效益；同时还能有效地平滑风电场的输出功率，降低并网风电的波动性。

　　电池储能电站相比于传统的抽水蓄能电站，具有能量密度高、充放电速度快、安装场地灵活、体积小、响应时间短等特点。电池储能技术主要有锂电池、钠硫电池和液流电池。文献[7]比较了不同类型电池为储能介质的电池储能电站的性能和对可再生能源出力波动平抑效果。文献[8]分析了电池-超级电容器混合储能系统对风电功率波动的平抑效果。文献[9]针对电力系统中带有可再生能源的地区负荷的两种构成，即混合组网和独立组网，分别提出了负荷侧电池储能电站优化调度策略——协调调度和自主运行模式。文献[10]建立了包含发电商、供电商、大规模电池储能电站、电力用户的电价动态博弈模型，分析了电池储能电站对各参与方利益的影响，并对实时电价下的大规模储能电站进行了效益评估。文献[11]以全寿命周期中一次投资和运行费用最小为目标函数，以电能利用率和可靠性为约束条件，建立了电池-超级电容器混合储能电站的数学优化模型。

　　储能电站接入配电网可以有效实现配电网侧的调峰填谷，是实现需求侧管理的一种有效手段。文献[12]运用状态空间法建立了电池储能系统的可靠性模型，并分析了其在充电和放电模式下对配电系统可靠性的影响。文献[13]针对储能电站的运行特性，从阻抗的角度分析储能电站接入配电网后对原有距离保护所产生的影响，并提出优化策略。

　　本文忽略储能电站的动态特性，分析储能电站接入配电网对电网运行状态的影响，即对系统电压和网损的影响。以某区域一条配电线路进行分析，在同一个节点接入不同容量的储能装置，分析接入不同容量的储能装置对节点电压和网损的影响。

1 储能电站接入对系统电压的影响分析

　　为了能够分析储能技术接入系统后对系统运行电压的影响，分别对储能系统接入系统前后的节点电压展开计算。

　　1.1 未接入储能电站时系统节点电压计算

　　系统接线图1所示。

　　系统的等值电路如图2所示，其中R和X分别为一相的电阻和等值电抗，V和I表示相电压和相电流。

　　网络元件的电压降落是指元件首末两点电压的相量差，由等值电路可知：

　　以相量2为参考轴，如果cos2已知，可作相量图如图3所示。

　　图中AB就是电压降相量(R+jX)。把电压降分量分解为与电压相量同方向和相垂直的两个分量AD及DB，记这两个分量的绝对值为：

　　则网络元件的电压降落可以表示为：

　　式中，?驻V和?啄V2分别为电压降落的纵分量和横分量。

　　用功率代替电流，可将上式改写为：

　　而元件首端的电压为：

　　式中元件首末端电压相量的相位差。

　　1.2 接入储能电站时系统节点电压计算

　　当在负荷侧加装储能装置后，系统网路为图4所示。

　　加装储能装置后系统的等值电路图如图5所示，其中R和X分别为一相的电阻和等值电抗，V和I表示相电压和相电流。

　　对比图2及图4 ，式（4）将改变为：

　　对比式（4）和式（8）可以发现，在负荷侧加装储能系统后，能有效地降低线路、变压器等网络元件上的电压降。

2 储能电站接入对网损的影响分析

　　网络元件的功率损耗包括电流通过元件的电阻和等值电抗时产生的功率损耗和电压施加与元件的对地等值导纳时产生的损耗。考虑到储能系统接入电网的电压等级较低，故并联导纳上的损耗可忽略不计。

　　2.1 未接入储能电站时网损计算

　　网络元件主要指输电线路和变压器，假设系统向网络输送S=P+jQ的功率，则电流在线路的电阻和电抗上产生的损耗为；

　　2.2 接入储能电站时网损计算

　　当在负荷侧加装储能系统后，储能系统向系统输送S′=P′+jQ′的功率，电流在线路的电阻和电抗上产生的功率损耗为:

　　各公式的有关参数单位为：阻抗为，导纳为S，电压为kV，功率为MVA。

　　对比式（9）和式（11）可以得出S′要小于S，可以得到在负荷侧加装储能装置后，能够降低网损。

3 算例

　　以某城市配电线路进行分析。该条线路有62个配变，负荷较重，10 kV线路采用电缆与架空混合接线，其中母线出线端多以电缆为主；10 kV架空线主干线的截面积为铝芯240 mm2、185 mm2、150 mm2；10 kV电缆线路主干线的截面积为400 mm2、240 mm2。供电面积较大，节点较多，有两块重负荷区域，方便对不同储能装置接入方案对配电网运行状态的影响分析。具体接线图见图6。

　　在同一个节点接入不同容量的储能装置，分别选择靠近电源点的2节点、中间区域的6节点和重负荷区域的25节点，分析接入不同容量的储能装置对节点电压和网损的影响。首先分析接入不同容量的储能装置对节点电压的影响，结果如表1和图7所示。

　　根据上面2、6、25节点在接入不同容量后的节点电压指标和曲线图可以得出：在各节点安装储能装置均可有效提升节点电压指标，且节点电压指标随安装的储能装置容量呈近似单调上升趋势。同时，在接入储能装置容量相同的情况下，选择在电源附近和重负荷区域接入时，对节点电压的指标提升较大。故系统在加入储能装置作为电源后，系统电压得到了提升，电压水平得到了显著改善。

　　下面分析接入不同容量的储能装置对节点电压的影响，结果如表2和图8所示。

　　由表2和图8可以看出，在节点2、6和25处接入储能装置后，系统网损随着储能装置的容量增加，呈现先下降后上升的凹形抛物线趋势。节点2处接入时，网损最小值出现在接入容量约为14 MW时，此时网损为0.507 MW；节点6处接入时，网损最小值出现在接入容量约为12.5 MW时，此时网损为0.521 MW；节点25处接入时，网损最小值出现在接入容量约为11 MW时，此时网损为0.628 MW。

　　由上面三个节点接入不同容量得到的网损指标数据和曲线图得出：各个节点安装储能装置都可以降低网损指标，但随着容量的进一步增大，网损会达到一个最小值，然后出现网损增大，形成凹的抛物线趋势；每个节点的最小值都不相同，由上面曲线可以看出重负荷区域达到最小值时的接入储能装置容量最小，在靠近电源点区域达到最小值的接入储能装置容量最大。

4 结论

　　各个节点安装不同容量储能装置都可以提升节点电压指标，但随着容量的进一步增大，节点电压会达到一个峰值，然后出现节点电压下降，形成抛物线趋势；每个节点的峰值都不相同，重负荷区域达到峰值时的接入储能装置容量最小，靠近电源点区域达到峰值的接入储能装置容量最大。

　　各个节点安装不同容量储能装置都可以降低网损指标，但随着容量的进一步增大，网损会达到一个最小值，然后出现网损增大，形成凹的抛物线趋势；每个节点的最小值都不相同，重负荷区域达到最小值时的接入储能装置容量最小，靠近电源点区域达到最小值的接入储能装置容量最大。

　　综合上述研究，储能技术大规模或者分布式地接入电网是未来电网的发展趋势，在重负荷区域安装合适容量的储能装置，可以更好地提升节点电压、降低网损，以及对电力系统中的应用及优化配置研究具有重大的意义。

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