大卫 布拉特
摘要：随着双碳目标的逐步推进，太阳能及风能等能源的开发利用已成为重要发展方向。在能源开发使用的过程中，探索其中不稳定性的有效解决措施，才能够保障后续电力资源的生产及输送过程中电力的供应储备量。新能源的开发与利用通常建立在电力系统储能技术的基础上，只有依托新型储能技术才能保证电力能源得到最大限度地发挥。因此，本文就储能技术的应用现状及其在发展过程中遇到的实际问题进行分析，探索新时期对电力系统储能技术的新需求。 关键词：新型电力系统；储能规划；运行控制技术
1、新型电力系统特征
1.1新能源装机容量大费德勒
新型电力系统的显著特征是新能源机组装机容量大。当前新能源机组发展迅速，电力系统新能源装机容量逐年快速增长，年平均增长速度为85%，新能源机组装机规模增长速度远超过该电力系统负荷增长速度，截至2020年底新能源装机容量占总装机容量的21%。预计
到“十四五”期末，该电力系统新能源机组装机容量占总装机容量的比例为34%。未来以新能源为主体的新型电力系统，新能源装机比例会进一步增加，预计装机容量将超过50%。
2010年以前，保障电力可靠供应的电源主要以煤电、水电等常规电源，容量占比达到80%以上，电源类型比较简单且出力较为稳定。随着新型电力系统的构建，能源结构正趋于多元化，保障电力负荷发展的电源，除了常规煤电及水电外，还有风电、光伏、生物质、煤矸石、核能、燃气等类型电源。未来，以新能源为主体的新型电力系统，可能还会出现氢能、各类型储能等新型电源，电源类型呈现多元化发展。
1.3负荷特性发生较大变化
现有电力系统负荷主要以电动机、加热、照明等负荷类型为主。随着社会的发展，一些新型负荷不断涌现，如电动汽车、储能、列车牵引等负荷，这些负荷含有大量电力电子元器件，包含整流、逆变等过程。现有电力系统负荷是电能消费者，其电力流方向为电力系统至用户，流向单一。而以新能源为主体的新型电力系统的用户，可能是电能的消费者，也可能是电能的生产者，潮流方向上可实现双向流动，负荷特性发生较大变化。
台情2、储能技术在新能源电力系统中的应用现状
2.1在发电系统中的应用
目前，电力储能技术在电力系统中的应用，首先可以应用到发电系统当。具体来说，主要是在规模相对较大的风力发电以及太阳能光伏发电领域当中进行应用。在实际运用中，通过运用升压转换器进行应用，设置固定的计算目标对容量进行配置。根据实际应用的工作统计结果显示，平滑风电如果按小时进行计算，其传输的功率相对较为稳定，容量也较普通风电系统高。而且，在规模较大的风力发电厂以及光伏发电厂中应用的储能系统，其容量都超出了一般的标准，且储存的时间也相对较少，在很大程度上提高了储存电能的应用率。
2.2在微电网中的应用
目前，电力储能技术在电力系统中的应用，还可以应用到微电网当中。这种应用形式是目前储能技术在我国电力系统中主要的应用方式之一，而微电网则是由分布式电源、储能装置、能量转换装置、负荷、监控以及保护装置等不同装置构成的小型发配电系统。在小水
电地区、供电能力下降地区以及无电海岛等电力能源较为缺少的地区，电力储能系统能够独立运行，或者是与其他的能源相配合。在实际运用中，当微电网失去电源时，就可以借助储能技术及时为当地重要的电力负荷设备持续供电，并保持供电的稳定性与安全性。
2.3在变电系统中的应用
目前，电力储能技术在电力系统中的应用，还可以应用到变电系统当中。在实际运用中，可以应用电化学储能技术运用到变电系统的调频、调压等辅助服务中。此外，还可以将其作为备用电源进行存储。具体来说，可以运用该储能技术在用电高峰时予以削弱，并对低谷进行填补的方式，确保对电力能力的储存，这样能有效节约电能储存的时间，极大地提升了装置运行的稳定性与安全性。但在实际运用中，因受到场地因素的限制，单独的储能装置削峰填谷的能力有限，主要是在变电站内进行配置应用。
3、新型电力系统下的储能规划与运行控制技术遇到的挑战
在当前能源互联网背景下，各种可再生能源的加入使网络变得复杂，新能源+储能的运作模式是解决电源侧不确定性的关键。通过对多种能源的合理调度与监控，可以增加电力能源
的可调性与电网的适应性，利用调度系统收集各种数据、发送控制指令、控制系统的运行，可以使电力系统能源互联网的运行效率得到大幅提升。
3.1电源规划
碳中和电力系统的电源规划包括现存火电机组的淘汰及改造规划、带有CCUS装置的火电机组扩展规划、新能源机组扩展规划。与传统电力系统电源规划相比，碳中和电力系统的电源规划不仅要着眼于系统碳的零排放，在可靠性上也有了更高的要求，特别是碳中和电力系统需要有足够的灵活性及惯性支撑以保证系统运行的安全稳定。碳中和电力系统中新能源的比例远高于现阶段电力系统，因此在进行电源规划时所考虑的约束复杂性也大大增加。在选址约束上，水电站要求水资源丰富以及地势差，核能发电站要求地理环境抗震级别高，靠近水源，且要远离密集居民区以及生态保护区；风能、太阳能发电站则需要考虑地区风能和太阳能资源分布。在决策上，风力、光伏发电机组属于不可控电源，其出力具有极强的随机性，因此电源规划决策应能满足风力、光伏出力不确定场景下系统的供需平衡和安全稳定。在运行上，需要考虑不同类型发电机组的运行约束，使系统安全性与经济性达到协调。
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3.2大型储能电站系统集成与多机并联运行技术
目前，全球范围内尚未有吉瓦及以上规模集中式电池储能电站建成。而面对如此大规模的电池储能电站，其组成电池类型包括锂离子电池、液流电池、钠离子电池等，其电池单体数量将达到百万级甚至千万级，超出了常规控制架构和策略能力极限，难以兼顾储能单元暂态与稳态响应特性，且在出力精度、电池寿命优化等性能上难以满足工程实际要求。面向新型电力系统的构建与发展，可能涉及的大型储能电站集成与多机并联控制相关的关键技术难题简要归纳为3个方面。
（1）系统可靠性
按照现有储能单元扩展方式，多个储能变流器并联可能产生谐振脱网、环流等现象。对于吉瓦级集中式电池储能电站，系统集成的布局架构、电压等级、控制方式等将发生重大变化，当前电站拓扑结构将不再适用，需提高系统的功率/电压等级、创新功率变换技术，保证吉瓦级大型储能电站的运行效率、可靠性及安全经济性。
（2）系统动态响应特性
吉瓦级大型电池储能电站由若干个电池储能单元汇集而成，由于各电池储能系统单元的工作状态有所差异以及站内控制模式、集电线路等因素的影响，储能整站的动态响应特性将与各机组/单元的动态特性有较大差异，需提高多机并联出力一致性和功率响应速度。
（3）控制模式
传统的储能电站，储能变流器一般采用电流源型控制方式，难以实现对电网安全主动支撑。为实现大型储能电站惯量及短路容量支撑、主动阻尼振荡等功能，须引入电压源型储能变流器的控制与应用方式。因此，大型电压源型储能电站可采用纯电压源型储能机组并联方式，或电压源型与电流源型储能机组混合并联等不同方式。需依据不同应用模式，提升其整站并网自同步及电网安全主动支撑能力。
结束语：
现阶段在环保理念提出后，已逐渐在多种新能源开发技术的应用过程中增加储能技术，为进一步提升多种新能源在电力供应能力方面的持续性发展，需在储能技术的开发应用方面重视其技术应用效果，并优化相关设备的设置科学性，从而保证我国各城市电网布设范围扩大化，满足行业发展及人民生活所需电力能源供应量。
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