【正文】 非常有效。其基本原理是采用 適當?shù)姆答佇盘?，通過有效的相位補償環(huán)節(jié)，產(chǎn)生與機組轉(zhuǎn)子搖擺中的阻尼分量相位一致的阻尼轉(zhuǎn)矩。因此，研究電力系統(tǒng)穩(wěn)定性問題，特別是小干擾穩(wěn)定性問題是一個重大而迫切的課題。 我國電力系統(tǒng)正在逐步實現(xiàn)全國聯(lián)合大電網(wǎng)。當放電時 ,它又作為發(fā)電機給外設(shè)供電 ,此 時飛輪的轉(zhuǎn)速不斷下降 。 電 能 轉(zhuǎn) 換 系統(tǒng)電 機 （ 永 磁吸 力 軸 承 、飛 輪 、 油 浮軸 承 ）電 能 輸 入電能輸出 圖 飛輪儲能系統(tǒng)基本構(gòu)成圖 11 飛輪儲能裝置中有一個內(nèi)置電機 ,它既是電動機也是發(fā)電機。在電機的選擇上，選擇了三相籠式異步電機作為電動 /發(fā)電機，這類電機不僅具有容量大和易于高速運行的優(yōu)點，而且在控制其變速過程中不需要磁極位置檢測器。在設(shè)計中，從現(xiàn)有條件出發(fā)，飛輪材料選用鋼材，轉(zhuǎn)速限制在 10000r/min 以下。由 80C196MC芯片 等組成的微控制器實時監(jiān)測電網(wǎng)的運行狀態(tài)，連續(xù)不斷地向逆變器 A、 B發(fā)出控制脈沖信號，協(xié)調(diào)控制飛輪儲能系統(tǒng)的運行狀態(tài)。 飛輪儲能系統(tǒng)的原理如 ，其中電能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)主要由逆變器 A、逆變器B 和微控制器組成 [22]。目前經(jīng)濟發(fā)達國家的研究機構(gòu)已經(jīng)研制了千瓦級高速飛輪儲能系統(tǒng)模型，正在進行各種試驗測試。高溫超導磁懸浮軸承技術(shù)的研究使得飛輪軸承的摩擦力大幅度減小，再配以空氣抽真空技術(shù)，飛輪機組的效率可以達到 80%以上，高于抽水蓄能電站 [21]。適用于電網(wǎng)調(diào)頻和電能質(zhì)量保障。 飛輪儲能（ Flywheels Storage） 飛輪儲能技術(shù)是利用高速旋轉(zhuǎn)的飛輪將能量以動能的形式儲存起來， 當能量緊急缺乏或需要時，飛輪減速運行，將存儲的能量釋放出來 [19]。 VO2++V2++2H+ (3.1) 目前 VRB相關(guān)研究已取得較大進展，但其真正實現(xiàn)商業(yè)化還需在高性能低成本專用離子交換膜、高穩(wěn)定性高活性專用電極材料及電極制備等關(guān)鍵技術(shù)方面取得進一步的突破，并形成批量生成能力。電池原理： VRB 以溶解于一定濃度硫酸溶液中的不同價態(tài)的釩離子為正負電極反應(yīng)活性物質(zhì)。由于全釩液流電池可以保持連續(xù)穩(wěn)定、安 全可靠的電力輸出，用于風能、太陽能等可再生資源發(fā)電系統(tǒng)，解決其發(fā)電不連續(xù)、不穩(wěn)定特性；用于電力系統(tǒng)，可調(diào)節(jié)用戶端負載平衡，保證智能電網(wǎng)穩(wěn)定運行；用于電動汽車充電站，可避免電動車大電流充電對電網(wǎng)造成沖擊；用于高耗能企業(yè)，谷電峰用，可減低生產(chǎn)成本 [18]。在美國、日本、澳大利亞等國家有應(yīng)用驗證，鑒于釩電池具有功率大、壽命長、可靠性高、操作和維修費用少、支持頻繁大電流充放電等明顯技術(shù)優(yōu)勢 [17]。在日本，目前采用 NaS 電池技術(shù)的 儲能示范工程有 30 多處，總儲能容量超過 20MW，可用于 8h 的日負荷峰谷調(diào)節(jié)。h 的儲能電站，其凈效率約為 75%。近年來，各種 新型的蓄電池被相繼開發(fā)成功，并 在 電力 系統(tǒng) 中得 到應(yīng) 用。它是一種低成本的通用儲能技術(shù)，可用于電能質(zhì)量調(diào)節(jié)和 UPS 等。在過去的 12 至 18 個月里，已有生產(chǎn)能力達每年 300MW 的蓄電池生產(chǎn)線投入運行。據(jù)估計，全球每年對蓄電池 [15]的市場需求大約為 150 億美元，在工業(yè)用蓄電池方面，如：用于 UPS、電能質(zhì)量調(diào)節(jié)、備用電池等，其市場總量可達 50 億美元。 中國的抽水蓄能發(fā)展起步較晚，發(fā)展歷程曲折，但發(fā)展成績巨大截止 2021 8 年底，我國抽水蓄能電站裝機容量達 17GW 的抽水蓄能電站在我國電力系統(tǒng)中不僅發(fā)揮了調(diào)頻、調(diào)相、削峰填谷、事故備用等作用，還為優(yōu)化電源結(jié)構(gòu)、減少線路投資等 產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟效益。歐美等發(fā)達國家的抽水蓄能占系統(tǒng)總裝機的比重一般在 3% 10 % 之間，而我國抽水蓄能系統(tǒng)截止 2021 年底只占全國總裝機容量的 % ， 低于世界發(fā)達國家的水平。抽水儲能電站有日本的 新高瀨川抽水蓄能電站、浙江省安吉縣境內(nèi)的天荒坪抽水蓄能電站等。其中國家電網(wǎng)公司經(jīng)營區(qū)域內(nèi)在建抽水儲能項目達到 1010 萬千瓦。 抽水儲能在我國發(fā)展現(xiàn)狀：截止 2021 年年底，我國抽水儲能電站投產(chǎn)規(guī)模已達 萬千瓦，約占全國總發(fā)電裝機容量的 %。抽水蓄能電站能提高電力系統(tǒng)高峰負荷時段的電力 (功率 )，但它抽水和發(fā)電都有損耗，俗稱用 4kwh 換 3kwh，即低谷時段如以 4kWh 的電量去抽水，換來高峰時段放水發(fā)電只有 3kWh。抽水儲能的基本原理框圖如 所示。電動發(fā)電機也是一臺特殊的電機，受電時是 電動機驅(qū)動水泵抽水，為上池放水 。以后才發(fā)展為可逆水泵水輪機，把水泵與 7 水輪機合為一臺機器。 抽水蓄能電站的關(guān)鍵設(shè)備是水泵、水輪、電動發(fā)電機組。也可選擇已有水庫附近的谷地建設(shè)下池，以原有水庫作為上池。一般要求上、下池之間的落差愈高愈好。在高峰負荷時，作為發(fā)電機組運行，利用上池的蓄水發(fā)電，送到電網(wǎng)。 抽水蓄能電站的機組能起到作為一般水輪機的發(fā)電的作用和作為水泵將下池的水抽到上池的作用。一些高壩水電站具有儲水容量，可以將其用作抽水蓄能電站進行電力調(diào)度。在負荷低谷時段，抽水儲 能設(shè)備工作在電動機狀態(tài)，將下游水庫的水抽到上游水庫保存。 抽水蓄能電站有一個建在高處的上水庫 (上池 )和一個建在電站下游的下池。而在負荷高峰時，又可能出現(xiàn)發(fā)電滿足不了用戶需要的情況 [10]。限制抽水蓄能電站更為廣泛應(yīng)用的一個重要制約因素是建設(shè)工期長，工程投資較大。抽水儲能是在電力系統(tǒng)中得到最為廣泛應(yīng)用的一種儲能技術(shù)，其主要應(yīng)用領(lǐng)域包 括能量管理、頻率控制以及提供系統(tǒng)的備用容量 [8]。 抽水儲能（ Pumped Hydro Storage） 抽水儲能最早于 19 世紀 90 年代在意大利和瑞士得到應(yīng)用， 1933 年出現(xiàn)了可逆機組（包括泵水輪機和電動機與發(fā)電機），現(xiàn)在出現(xiàn)了轉(zhuǎn)速可調(diào)機組以提高能量的效率 [7]。 表 儲能系統(tǒng)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用 應(yīng)用領(lǐng)域 發(fā)電功能 輔助供電功能 輸配電系統(tǒng)應(yīng)用 主要方式 能量管理 頻率調(diào)節(jié)響應(yīng)、旋轉(zhuǎn)備用電源 提高系統(tǒng)可靠性 負荷調(diào)節(jié) 冷備用電源、長期備用電源 與再生能源結(jié)合 峰值發(fā)電 無功功率控制 主要作用 提高發(fā)電設(shè)備利用率，減少對系統(tǒng)總裝機容量的要求 降低輔助設(shè)備成本 提高系統(tǒng)設(shè)備利用率，延緩新增投資 6 3 儲能技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀 儲能技術(shù)在包括電力系統(tǒng)在內(nèi)的多個領(lǐng)域中具有廣泛的用途，近年來世界范圍內(nèi)的電力工業(yè)重組給各種各樣的儲能技術(shù)帶來了新的發(fā)展機遇，采用這些技術(shù)可以更好地實現(xiàn)電力系統(tǒng)的能力管理，尤其是在可再生能源和分布式發(fā)電領(lǐng)域，這種作用尤為明顯，在傳統(tǒng)的發(fā)電和輸配電網(wǎng)絡(luò)中，這些技術(shù)同樣可以得到應(yīng)用。 從增強系統(tǒng)運行穩(wěn)定性和提高電能質(zhì)量的角度看，分布式儲能具有更大優(yōu)勢，按照系統(tǒng)運行的要求來布置儲能裝置，可以得到更好的控制效果。 對于供電緊張的電力系統(tǒng)來說，分布式儲能技術(shù)可 望提供最佳的解決方案，這是因為：（ 1）分布式儲能系統(tǒng)是模塊化的，可以快速組裝，現(xiàn)場安裝費用低；（ 2）由于模塊化的靈活性，當某一地區(qū)負荷需求增加時，采用分布式儲能系統(tǒng)代替建設(shè)地區(qū)發(fā)電廠效果更好；（ 3）分布式儲能系統(tǒng)不會增加電力系統(tǒng)在環(huán)境保 5 護方面的壓力，而且有助于減少主力電廠以及分布式發(fā)電設(shè)備的化石燃料消耗和廢氣排放；（ 4）分布式儲能系統(tǒng)一般具有更高的能力轉(zhuǎn)換效率以及更快的響應(yīng)速度；（ 5）采用分布式儲能系統(tǒng)可以提高現(xiàn)有發(fā)電和輸配電設(shè)備的利用率和運行經(jīng)濟性；（ 6）大多數(shù)采用新技術(shù)的分布式儲能系統(tǒng)都能很容易地實現(xiàn)多 功能。實際經(jīng)驗表明，這種電站的工程設(shè)計與制造、現(xiàn)場安裝以及運行維護等費用都超過了預(yù)想值。從技術(shù)上來說，現(xiàn)在已經(jīng)可以利用儲能裝置為每一個用戶（家用、商用或者工業(yè)用戶）提供不間斷的高質(zhì)量供電電源，而且可以讓用戶自主選擇何時通過配電回路從電網(wǎng)獲取電能或向電網(wǎng)回饋電能。但是，如果將儲能裝置用于系統(tǒng)穩(wěn)定控制，就有可能采用小容量的儲能，通過快速的電能存取，實現(xiàn)較大的功率調(diào)節(jié)，快速地吸收 “剩余能量 ”或補充 “功率缺額 ”，從而提高電力系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性，目前的研究包括頻率控制、快速功率響應(yīng) 、黑啟動等。 儲能裝置用于電力調(diào)峰，需要裝置具有較大的儲能容量。它在電網(wǎng)低谷時使用電能，用電成本較低，不像柴油發(fā)電機或者燃氣輪機那樣需要消耗高成本的燃料。 各種形式的儲能電站可以在電網(wǎng)負荷低谷的時候作為負荷從電網(wǎng)獲取電能充電，在電網(wǎng)負荷峰值時刻改為發(fā)電機方式運行，向電網(wǎng)輸送電能，這種方式有助于減少系統(tǒng)輸電網(wǎng)絡(luò)的損耗，對負荷實施削峰填谷，從而獲取經(jīng)濟效益。在美國，抽水蓄能機組容量約占總裝機容量的 3%，而在日本則超過了 10%。隨著電力技術(shù)的發(fā)展，抽水儲能電站被用來進 行電網(wǎng)調(diào)峰。 4 2 基于儲能技術(shù)的解決方案 能量存儲技術(shù)的歷史及發(fā)展前景 能量存儲技術(shù)可以提供一種簡單的解決電能供需不平衡問題的辦法。 中國電網(wǎng)發(fā)展至今，已進入了全國聯(lián)網(wǎng)、西電東送的時代，迄今尚未發(fā)生像美、加 “”大停電那樣的大事故。美國和加拿大2021 年 8 月 14 日發(fā)生的大停電事故就是一個慘痛的教訓。因此，在傳統(tǒng)電力系統(tǒng)中，當系統(tǒng)中出現(xiàn)故障或者大擾動時，同步發(fā)電機并不總是能夠足夠快地響應(yīng)該擾動以保持系統(tǒng)功率平衡和穩(wěn)定，這時只能依靠切負荷或者切除發(fā)電機來維持系統(tǒng)的穩(wěn)定。 目前，電力系統(tǒng)還缺乏高效的有功功率調(diào)節(jié)方法和設(shè)備，當前采用的主要方法是發(fā)電機容量備用（包括旋轉(zhuǎn)備用和冷備用），這使得有功功率調(diào)控點很難完全按系統(tǒng)穩(wěn)定和經(jīng)濟運行的要求布置。而要打破這種壟斷，必須從打破輸配電一體化經(jīng)營開始。 范必表示，從近期 “電荒 ”現(xiàn)象背后暴露出的一系列問題來看，煤電價格關(guān)系理順是一方面，但上網(wǎng)價格與銷售電價之間關(guān)系的理順也是關(guān)鍵所在。電力用戶沒有選擇權(quán)，基本上只能向一家壟斷的電網(wǎng)公司買電，銷售電價環(huán)節(jié)仍存在賣方壟斷。所謂輸配分開，就是將輸電和配電環(huán)節(jié)從資產(chǎn)、財務(wù)和人事上分拆，輸電環(huán)節(jié)有電網(wǎng)管理，而售電環(huán)節(jié)則地方供電局改組為多個獨立的法人實體，再輔之以購電的大戶與電廠 簽訂直供合同，把配電網(wǎng)的建設(shè)運行下放到地方。長期以來，電網(wǎng)輸配電成本的核算和支出一直是電網(wǎng)企業(yè)最 “神秘 ”的領(lǐng)地之一 [4]。在此背景下，輸配分離改革也漸漸進入決策 者視野。國務(wù)院 2021 年下發(fā)的《電力體制改革方案》（即 “5 號文 ”），定下了 “廠網(wǎng)分開、主輔分離、輸配分開、競價上網(wǎng) ”的電力體制改革的四大步驟。 近日，國家電監(jiān)會發(fā)布《輸配電成本監(jiān)管暫行辦法》，其中針對電網(wǎng)企業(yè)輸配電成本核算提出一系列監(jiān)管措施。在這種運行模式下，輸電網(wǎng)相當于一個電能集中容器，系統(tǒng)中所有發(fā)電廠向該容器注入電能，用戶通過配電網(wǎng)絡(luò)從該容器中取用電能。電力市場化的推行也促使電力供應(yīng)商和用戶一起共同尋求新的能量管理技術(shù)支持，以提高電網(wǎng)運行的安全性和經(jīng)濟性。 在現(xiàn)代電力系統(tǒng)中，用戶對于電能質(zhì)量和 供電可靠性的要求越來越高。但是，由于經(jīng)濟、環(huán)境、技術(shù)以及政策等方面的制約，電網(wǎng)發(fā)展難以快速跟上用戶負荷需求增長的步伐，同時電網(wǎng)在其規(guī)模化發(fā)展過程中不可避免地會在一段時間甚至長期存在結(jié)構(gòu)上的不合理問題；另一方面，隨著電力企業(yè)的重組，為了獲取最大利益，企業(yè)通常首先選擇的是盡可能提高設(shè)備利用率，而不是投資建設(shè)新的輸電線路和發(fā)電廠 [2]。系統(tǒng)供電能力，尤其是在輸電能力和調(diào)峰發(fā)電方面的發(fā)展已經(jīng)落后于用電需求的增長，估計這種狀況還會在一段時間內(nèi)長期存在，對電力系統(tǒng)的安全運行將帶來潛在的威脅。近年來，隨著全球經(jīng)濟的發(fā)展對電力需求的增長和電力企業(yè)市場化革命的推行，電力系統(tǒng)的運行和需求正在發(fā)生巨大的變化，一些新的矛盾日顯突出，主要問題有 :（ 1）系統(tǒng)裝機容量難以滿足峰值負荷的需求；（ 2）現(xiàn)有電網(wǎng)在輸電能力方面落后于用戶的需求；（ 3）復雜的大電網(wǎng)受到擾動后的安全穩(wěn)定問題日益突出；（ 4）用戶對電能質(zhì)量和供電可靠性的要求越來越高；（ 5）電力企業(yè)市場化促使用戶側(cè)，需要能量管理技術(shù)的支持；（ 6）必 須考慮環(huán)境保護和政府政策因素對電力系統(tǒng)發(fā)展的影響。本文對抽水儲能、蓄電池儲能、飛輪儲能、超導磁儲能、壓縮空氣儲能、超級電容器儲能等幾種儲能技術(shù)的原理和實現(xiàn)方法作了介紹，并對其在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用情況以及可實施性作了說明。而且針對性的政策法規(guī)對儲能技術(shù)的發(fā)展至關(guān)重要，應(yīng)當積極研究儲能相關(guān)的法規(guī)，清晰界定相關(guān)方面的責任義務(wù)，出臺包括峰谷電價、投資補貼在內(nèi)的激勵機制。 畢業(yè)論文（設(shè)計） 儲能技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用研究 系 別： 電氣工程系 專 業(yè)： 電氣工程及其自動化 II 摘 要 儲能技術(shù)是一項可能對未來電力系統(tǒng)發(fā)展及運行帶來革命性變化的技術(shù)，必須立足長遠從整個電力系統(tǒng)的角度來考慮，明確儲能技術(shù)的發(fā)展定位，要全面分析儲能技術(shù)應(yīng)用對整個電力系統(tǒng)和社會帶來的綜合效益和價值。 目前各類技術(shù)正處于快速發(fā)展階段，應(yīng)當采取鼓勵多元發(fā)展的路線，加快各類技術(shù)的小規(guī)模試點和示范應(yīng)用，通過實踐檢驗、篩選出有前景的技術(shù)，在電力系統(tǒng)目前應(yīng)重點加快在新能源發(fā)電和用戶側(cè)的 試點應(yīng)用。 本文介紹了國內(nèi)外各種儲能技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，并從電力系統(tǒng)安全高效運行的角度論述了電能儲存技術(shù)的重要性。 關(guān)鍵詞： 儲能技術(shù)，電力系統(tǒng)，安全，高效，穩(wěn)定性