杜芳 肖蕾

摘要：目前，儲能電站在實際運(yùn)行中離不開非線性儲能變流器來完成電能的釋放和儲存。儲能電站接入電網(wǎng)會在一定程度上發(fā)生能源質(zhì)量問題，如何更好地保障大容量儲能接入，提升實際的系統(tǒng)安全穩(wěn)定性，評估區(qū)域電網(wǎng)儲能的承載能力，是當(dāng)前亟需思考的問題。基于此，本文以某大型儲能電站接入電網(wǎng)工程作為案例，進(jìn)一步探討儲能電站接入電網(wǎng)電能的綜合評估分析模式，希望能為我國儲能電站接入電網(wǎng)電能質(zhì)量評估工作提供一定的參考。

關(guān)鍵詞：儲能電站；接入電網(wǎng)；電能質(zhì)量評估

當(dāng)前，多數(shù)儲能電站在發(fā)展過程中，會采用電化學(xué)儲能模式。通過儲能變流器，實現(xiàn)能量釋放儲存。在實際應(yīng)用過程中，儲能電流器屬于相對典型的非線性電力電子裝置，能進(jìn)一步為電力系統(tǒng)有效引入各次諧波。由于整體儲能電站及實際功率相對較大，供電母線存在相對明顯的電壓偏差與實際波動。因此，儲能電站在接入系統(tǒng)時，要根據(jù)接入實際的設(shè)計方案以及區(qū)域電網(wǎng)的綜合參數(shù)。根據(jù)變電站綜合運(yùn)行情況以及電能質(zhì)量存在的背景測試數(shù)據(jù)，進(jìn)一步預(yù)測儲能電站接入，探究是否會導(dǎo)致變電站公共連接點(diǎn)存在電能質(zhì)量超標(biāo)情況，并對評估結(jié)果提出有針對性的治理要求。本文以某儲能電站工程為案例，將其接入系統(tǒng)進(jìn)行探究，將實際的儲能變流器作為對電腦系統(tǒng)職務(wù)的干擾源，從坡電壓變動等角度出發(fā)，進(jìn)一步探究實際儲能電站接入實際電網(wǎng)存在的電能質(zhì)量影響，旨在提升電網(wǎng)電能質(zhì)量，改善用電環(huán)境。

一、工程概況

本研究以某大型儲能電站工程作為例，根據(jù)儲能電站建設(shè)單位提供的材料進(jìn)行研究。該實際工程計劃建設(shè)一個容量為100～200MWh的儲能電站，并采用磷酸鐵鋰電池作為儲能設(shè)備。該儲能電站還配備匯流柜、電池控制柜、暖通系統(tǒng)和消防系統(tǒng)，形成了一個綜合儲能系統(tǒng)，電池容量為1.26～2.52MWh。在實際運(yùn)行中，電池儲能系統(tǒng)對應(yīng)一個儲能單元系統(tǒng)，每個儲能單元系統(tǒng)在實際建設(shè)過程中標(biāo)稱容量達(dá)到2.56～5.12MWh。系統(tǒng)內(nèi)還配置了4臺630kW的儲能變流器，1臺200kVA的10kV/0.4kV升壓變壓器連接到相應(yīng)的升壓站，用于配電母線。具體而言，儲能單元系統(tǒng)及實際的方案配置如圖1所示。

在100～200MWh的電化學(xué)儲能系統(tǒng)中，包括80套儲能變流器。在實際的系統(tǒng)構(gòu)建過程中，每4套儲能變流器配備一臺10kV的雙繞組變壓器用于升壓。儲能單元的輸出通過相應(yīng)的戰(zhàn)略電纜集中引導(dǎo)至110kV的升壓變電站。該變電站配備2臺63MWh的主變壓器，進(jìn)一步將電壓升至110kV。整個升壓站的規(guī)劃中，110kV電纜的使用被考慮，通常使用360mm2的電纜。升壓站將110kV的電壓接入到220kV變電站的110kV側(cè)，再通過實際接入將其連接到電網(wǎng)中。

二、背景測試以及現(xiàn)值計算

（一）背景測試

為了準(zhǔn)確分析儲能電站接入系統(tǒng)在應(yīng)用過程中存在的電能質(zhì)量問題，需要探究儲能電站上級變電站的公共母線背景情況，并綜合研究電能質(zhì)量。為此，需要使用專業(yè)儀器進(jìn)行電能質(zhì)量的綜合背景測試，以獲取更準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。在測試過程中，要確保有足夠的時間，要涵蓋包括完整的生產(chǎn)周期。在實際的電能質(zhì)量測試中，主要關(guān)注的指標(biāo)包括電壓總畸變率、諧波電壓以及三相不平衡度，還要考慮劫波電流、電壓偏差和波動等多個方面。為確保整體測試的準(zhǔn)確性，可以采用95%概率值作為參數(shù)參考。在本研究中，針對變電站公共接入點(diǎn)的電能質(zhì)量背景進(jìn)行實際測試，測試結(jié)果如表1所示。

（二）現(xiàn)值計算

依照整體儲能電站具有的接入系統(tǒng)方案，在實際研究過程中，選取接入變電站的110kV側(cè)母線作為整體公共的連接點(diǎn)，則實際儲能電站具有的接入公共連接點(diǎn)的總機(jī)變率、斜坡含量、電壓偏差與三相不平衡等各項指標(biāo)的限制包括：

第一，諧波電壓值。根據(jù)電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波的規(guī)定可以發(fā)現(xiàn)，110kV電壓等級斜坡電壓的標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)值達(dá)到整體電壓總級別率小于2%，具有的基數(shù)次諧波的限制達(dá)到1.67%，偶數(shù)次的現(xiàn)貨現(xiàn)值達(dá)到0.8%。

第二，電壓偏差現(xiàn)值。根據(jù)電能質(zhì)量供電電壓偏差的相關(guān)規(guī)定，對于110kV以及以上的電壓等級而言，具備正負(fù)電壓偏差絕對值。在實際相加過程中，要低于整體額定電壓的10%。

第三，三相不平衡限值。根據(jù)電能質(zhì)量三相電壓不平衡的實際規(guī)定，可以發(fā)現(xiàn)對用戶接入的公共連接點(diǎn)導(dǎo)致的三相電壓不平衡問題。一般情況下，允許值需要達(dá)到1.3%，短時要低于2.6%。

第四，電壓波動。根據(jù)依照電能質(zhì)量電壓波動以及閃變的實際規(guī)定，電壓波動具有的限制、電壓、變動頻率與電壓等級具有密切關(guān)聯(lián)。儲能電站具有儲能以及逆變的綜合影響狀態(tài)，每日要低于10次，對于110kV的高壓等級用戶具有的實際電壓波動要達(dá)到3%。

第五，諧波電流。根據(jù)電能質(zhì)量的規(guī)定，公共連接點(diǎn)允許的諧波電流注入限制與用戶協(xié)議容量、供電設(shè)備容量以及短路容量密切相關(guān)。根據(jù)GB/T 14549附錄C的規(guī)定，需要進(jìn)行相應(yīng)的整定計算。綜合考慮實際系統(tǒng)運(yùn)營情況，變電站110kV側(cè)母線的短路容量為2453.38MkV，實際總供電量對應(yīng)主變?nèi)萘繛?80MWh，企業(yè)用戶協(xié)議容量為100MWh。

三、仿真評估

（一）仿真模型搭建

在研究過程中，可以使用電能質(zhì)量仿真軟件，并根據(jù)實際的儲能電站和供電電網(wǎng)的資料以及其他相關(guān)資料，構(gòu)建儲能電站接入系統(tǒng)的綜合仿真模型，評估和分析儲能電站項目的接入電能質(zhì)量情況。使用電能質(zhì)量仿真軟件，可以模擬儲能電站接入電網(wǎng)的各種運(yùn)行情況，并評估對電能質(zhì)量的影響。可以基于實際資料設(shè)置模型的參數(shù)和條件，例如，儲能電站的技術(shù)規(guī)格、電網(wǎng)的電壓等級、負(fù)荷情況等。通過建立綜合的仿真模型，分析儲能電站接入系統(tǒng)在不同工作狀態(tài)下的電能質(zhì)量表現(xiàn)，包括電壓總畸變率、諧波電壓、三相不平衡度、電壓波動等，可以更好地了解儲能電站在實際運(yùn)行中對電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響，并評估系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。儲能電站接入系統(tǒng)的綜合仿真模型，如圖2所示，可以顯示儲能電站的各個組成部分、電能質(zhì)量參數(shù)的評估結(jié)果以及模型中的其他相關(guān)信息。

圖2 ?仿真模型展示

在研究中，將220kV變電站的220kV側(cè)母線作為整體系統(tǒng)的等效接入點(diǎn)，并將其與實際連接進(jìn)行等效電網(wǎng)分析。在嚴(yán)重的情況下，等效電網(wǎng)的短路容量的最小值可能達(dá)到12307.59MkV。將在模型中設(shè)置儲能系統(tǒng)內(nèi)部的儲能電流器、儲能電流器和諧波發(fā)生的實際特性作為主要干擾源。根據(jù)用戶提供的逆變器型號和實驗報告，建立逆變器模型并進(jìn)行性能調(diào)試。儲能單元匯將配備40套2.8MkV變壓器，2臺63MkV升壓變壓器和1臺180MkV的主變壓器的實際工作區(qū)間默認(rèn)為線性區(qū)間。整體變壓器本身沒有諧波存在，但會進(jìn)行無功功率消耗的有效計算。儲能電站的典型運(yùn)行工況可以分為儲能運(yùn)行和逆變運(yùn)行兩種類型。在儲能運(yùn)行時，儲能電站作為負(fù)載從電網(wǎng)中吸取能量；在逆變運(yùn)行時，儲能電站作為電源向電網(wǎng)釋放能量，儲能運(yùn)行和逆變運(yùn)行具有高度差異性。為了進(jìn)行具體的儲能電站電能質(zhì)量綜合預(yù)測和評估，需要進(jìn)行仿真計算，詳細(xì)分析儲能電站接入整體系統(tǒng)后供電變電站母線的諧波電流、諧波電壓、電壓變動、電壓波動和三相不平衡等電能質(zhì)量指標(biāo)的變化情況，以此評估儲能電站對整體電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響，并提出相應(yīng)的改進(jìn)和優(yōu)化措施，確保接入系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

（二）諧波電流

在儲能電站的運(yùn)行過程中，根據(jù)儲能和逆變運(yùn)行，儲能電站對系統(tǒng)會產(chǎn)生一定程度的諧波污染。儲能電站注入系統(tǒng)的實際諧波電流通常具有6K±1次的特征頻率。其中，儲能運(yùn)行時的5次諧波電流的最大含量為4.08A；在逆變運(yùn)行時，5次諧波電流的最大含量為3.64A，其他相關(guān)諧波電流隨著諧波次數(shù)的增加而逐漸降低。然而，實際注入公共連接點(diǎn)的諧波電流應(yīng)符合規(guī)定，諧波電流的含量和頻譜特性對電能質(zhì)量產(chǎn)生影響，可能引起電壓失真、設(shè)備過熱、通信干擾等問題。為了滿足電能質(zhì)量的要求，可以采取一些措施，例如，使用諧波濾波器、優(yōu)化儲能電站的運(yùn)行策略、選擇適當(dāng)?shù)哪孀兤餍吞柕?，以減少諧波污染并提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。與實際規(guī)定相符，可以確保儲能電站在接入公共連接點(diǎn)時的諧波電流符合規(guī)范要求，并有效控制諧波。

（三）不三相不平衡度

此變電站采用集中式三相逆變器，并通過輸出實現(xiàn)基本的平衡。在應(yīng)用過程中，可以進(jìn)一步忽略儲能電站接入對整體電網(wǎng)的三相不平衡產(chǎn)生的實際影響。三相不平衡測試結(jié)果顯示，短時不平衡值為0.14，最大值為0.17，與國家標(biāo)準(zhǔn)相符，意味著該變電站在儲能電站接入過程中能保持較小的三相不平衡，不會對整體電網(wǎng)的電能質(zhì)量產(chǎn)生顯著影響。

（四）電壓偏差及電壓波動

變電站公共連接點(diǎn)進(jìn)行的電壓偏差測試中，最小值為3.60%。在實際的儲能運(yùn)行過程中，系統(tǒng)電壓會隨著實際功率的吸收而進(jìn)一步下降。因此，選擇最小偏差作為整體系統(tǒng)的電壓基準(zhǔn)。在具體的逆變運(yùn)行過程中，系統(tǒng)電壓會隨著實際功率的釋放而進(jìn)一步升高，因此，選擇最大偏差作為整體電壓的實際基準(zhǔn)。針對儲能電站的儲能運(yùn)行，變電站的公共連接點(diǎn)的電壓偏差達(dá)到2.48%，實際電壓的波動達(dá)到0.73%。在儲能電站及逆變運(yùn)行過程中，實際變電站公共連接點(diǎn)的電壓偏差達(dá)到4.22%，電壓波動達(dá)到0.62%。根據(jù)對電壓波動和電壓偏差的研究，相關(guān)數(shù)據(jù)與國家標(biāo)準(zhǔn)要求相符。結(jié)果表明，在儲能電站的運(yùn)行過程中，變電站公共連接點(diǎn)的電壓波動和偏差均處于符合國家標(biāo)準(zhǔn)的范圍內(nèi)，意味著儲能電站能維持穩(wěn)定的電壓供應(yīng)，不會對電網(wǎng)的電能質(zhì)量產(chǎn)生顯著影響。

四、結(jié)語

綜上所述，儲能電站在一定程度上能有效提升電網(wǎng)調(diào)頻以及控制能力，進(jìn)一步提升電網(wǎng)可再生能源的消納能力，提高綜合效能。儲能電站在實際構(gòu)建過程中，會將實際儲能變流器作為電能量變換的重要環(huán)節(jié)。由此，需要接入儲能電站，有效評估實際電網(wǎng)電能質(zhì)量中產(chǎn)生的影響。在此次研究中可以發(fā)現(xiàn)，通過應(yīng)用軟件完成評估模型分析，儲能電站的電注入電流諧波各自電流與最小限值相比較小，系統(tǒng)諧波電壓總畸變率等諸多參數(shù)與國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求相符。在此情況下，儲能電網(wǎng)儲能進(jìn)入實際電網(wǎng)，并不會影響整體電網(wǎng)的安全和穩(wěn)定。

參考文獻(xiàn)：

[1]姜欣，劉萌，王天梁，等.電網(wǎng)側(cè)儲能電站參與現(xiàn)貨聯(lián)合市場的競價策略[J].電網(wǎng)技術(shù)，2021，45（09）：3398-3407..

[2]李建林，武亦文，王楠，等.吉瓦級電化學(xué)儲能電站研究綜述及展望[J].電力系統(tǒng)自動化，2021，45（19）：2-14.

[3]張鴻宇，王宇.國外電網(wǎng)側(cè)儲能電站參與調(diào)頻輔助服務(wù)市場的機(jī)制經(jīng)驗及對我國的啟示[J].儲能科學(xué)與技術(shù)，2021，10（02）：766-773.

[4]曾鳴，劉沆，曹雨微，等.基于政策環(huán)境視角的儲能電站

商業(yè)模式及發(fā)展策略研究——兼析產(chǎn)業(yè)發(fā)展、價格補(bǔ)償、

市場交易支持政策效應(yīng)[J].價格理論與實踐，2020（09）：

127-131.