《電子技術應用》
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電池儲能系統(tǒng)參與配電網電壓調節(jié)的策略研究
2020年電子技術應用第9期
焦永斌，秦會斌，華詠竹，周繼軍
杭州電子科技大學 新型電子器件與應用研究所，浙江 杭州310018
摘要： 以可再生能源為核心的分布式發(fā)電(Distributed Generation，DG)易受天氣、季節(jié)、氣候等條件的影響，具有間歇性、隨機性發(fā)電的特點。當大規(guī)模接入配電網后會影響電能的質量，降低電網的穩(wěn)定性，從而會使電網電壓產生波動。針對傳統(tǒng)的電壓調節(jié)方法存在的不足，提出了一種利用電池儲能系統(tǒng)(Battery Energy Storage Systems，BESSs)來進行電網電壓調節(jié)的策略，對電網電壓進行調節(jié)的同時，對電池的電荷狀態(tài)(State of Charge，SOC)也進行實時監(jiān)控，避免電池在充放電時發(fā)生過充過放。
中圖分類號： TM721
文獻標識碼： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.200322
中文引用格式： 焦永斌，秦會斌，華詠竹，等. 電池儲能系統(tǒng)參與配電網電壓調節(jié)的策略研究[J].電子技術應用，2020，46(9)：123-126，131.
英文引用格式： Jiao Yongbin，Qin Huibin，Hua Yongzhu，et al. Battery energy storage systems participates in the strategy research of voltage regulation of distribution network[J]. Application of Electronic Technique，2020，46(9)：123-126，131.
Battery energy storage systems participates in the strategy research of voltage regulation of distribution network
Jiao Yongbin，Qin Huibin，Hua Yongzhu，Zhou Jijun
Institute of New Electron Device & Application，Hangzhou Dianzi University，Hangzhou 310018，China
Abstract： Distributed generation(DG) with clean and renewable energy as its core is susceptible to weather, season, and climate conditions. It has the characteristics of intermittent and random power generation. Large-scale access to the distribution network will affect the quality of power and reduce the stability of the power grid, which will cause fluctuations in the grid voltage. In view of the shortcomings of the traditional voltage regulation methods, a strategy for grid voltage regulation by using battery energy storage systems(BESSs) is proposed to adjust the grid voltage while the state of charge(SOC) of the battery also performs real-time monitoring to prevent overcharging and overcharging of the battery during charging and discharging.
Key words : distribution network; distributed generation; battery energy storage systems; voltage regulation; SOC

0 引言

    隨著社會的不斷進步和發(fā)展，能源的需求和消耗日益增加。因此能源危機和環(huán)境污染問題越來越嚴重。傳統(tǒng)的化石能源如煤炭、石油、天然氣，是不可再生能源，隨著消耗越來越緊缺，并且還會帶來環(huán)境污染和全球變暖等一系列問題。黨的十八大以來，我國在生態(tài)文明建設方面已經取得很大的進步，但目前我國的環(huán)境問題、能源改革問題依然艱巨，亟待以綠色發(fā)展引領能源行業(yè)變革。十九大報告指出，要堅持綠色發(fā)展理念，推進能源生產和消費革命，構建清潔低碳、安全高效的能源體系。發(fā)展清潔能源是改善能源結構、保障能源安全、推進生態(tài)文明建設的重要任務。因此改變能源結構，發(fā)展可再生能源成為目前的研究重點。近年來，太陽能、風能、潮汐能等可再生能源快速發(fā)展，可再生能源的應用改善了傳統(tǒng)的能源體系，其具有污染少、可持續(xù)的優(yōu)勢。因此，以可再生能源為核心的分布式發(fā)電得到大規(guī)模運用和發(fā)展。但是由于可再生能源容易受到天氣、季節(jié)、氣候等因素的影響，以可再生能源為核心的分布式發(fā)電具有間歇性、隨機性和不穩(wěn)定性，當大規(guī)模分布式發(fā)電接入配電網后，電網電壓容易發(fā)生波動，從而影響電氣設備的壽命，增加配電網的功率損耗。綜上所述，研究分布式發(fā)電的特點，找到一種合適的配電網電壓調節(jié)策略是十分必要的。

    近年來，大量分布式電源接入配電網，為配電網帶來了很多影響，主要表現在電壓波動、潮流流向、系統(tǒng)保護等方面，但與之相關的技術解決方案也正在開展研究。文獻[1]、[2]提出將串聯電容補償應用到配電網的電壓調節(jié)中，當電壓發(fā)生波動時，可檢測負荷側電壓，計算出需要的電容補償量，自動調節(jié)等效阻抗，從而穩(wěn)定電網電壓。文獻[3]提出利用調節(jié)有載調壓變壓器(On-Load Tap Changer，OLTC)的分接頭來改善配電網電壓分布，在OLTC無法滿足的情況下，利用OLTC和靜止無功補償裝置(Static Var Compensator，SVC)復合式調節(jié)方式，來穩(wěn)定配電網電壓。文獻[4]提出一種晶閘管分級電壓調節(jié)器(Thyristor Voltage Regulator，TVR)，可以自動分級調節(jié)電網電壓，并可以適應潮流方向的變化。但是電容補償、OLTC、電壓調節(jié)器這幾種方法調節(jié)速率低，并且頻繁調節(jié)還會降低使用壽命，降低調節(jié)效率。

    為了解決這些傳統(tǒng)調節(jié)方法的不足，近年來的研究表明將電池儲能系統(tǒng)(BESSs)運用到配電網電壓調節(jié)中有很好的應用前景。文獻[5]從儲能系統(tǒng)對配電網電壓的改善作用方面考慮, 提出了集群電壓自治策略。在文獻[6]中，通過獲取電池單元的最佳位置、容量和額定功率，開發(fā)了一種包括風電DG的有源配電網。電池同時針對多個對象進行調度，即調峰、調壓和提高可靠性。文獻[7]研究了在主動配電網背景下的儲能系統(tǒng)優(yōu)化配置問題，建立了相應的優(yōu)化配置模型，并提出了求解方法，發(fā)揮儲能系統(tǒng)對主動配電網的最大支撐作用。文獻[8]引入儲能裝置并利用充放電的特性對配電網電壓偏差指標進行優(yōu)化，提出的配電網有功-無功協(xié)調優(yōu)化模型可有效地降低配電網電壓偏差。文獻[9]提出“削峰填谷”和“平滑負荷”兩種優(yōu)化目標，針對這兩種優(yōu)化目標，研究儲能系統(tǒng)配置的問題。文獻[10]介紹了一種電網規(guī)模的BESSs的運行和控制方法，該系統(tǒng)旨在減輕光伏(PhotoVoltaic，PV)集成的負面影響，同時提高整體配電系統(tǒng)的效率和運行。文獻[11]對帶有儲能系統(tǒng)的風力發(fā)電接入配電網產生的問題進行了深入研究。文獻[12]建立了電池儲能系統(tǒng)接入配電網后的數學模型，研究了儲能容量配置和優(yōu)化問題。

    本文基于前人研究所做的工作，提出了一種新的BESSs協(xié)調控制算法，通過多個BESSs的協(xié)調充放電，將電網節(jié)點電壓控制在允許范圍內，降低了配電網電壓偏差帶來的不利影響。BESSs參與配電網電壓調節(jié)這種方法響應速度快，降低了配電網的電壓波動，提高了電能質量。并且還可以實時監(jiān)控電荷狀態(tài)（SOC）來獲取電池的剩余容量大小，以此來調整充電還是放電，減少了電池組的充放電次數，提高了電池組的使用壽命。




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作者信息:

焦永斌，秦會斌，華詠竹，周繼軍

（杭州電子科技大學 新型電子器件與應用研究所，浙江 杭州310018）

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