基于低壓電桿分散式儲能對徑流式小水電隨機(jī)并網(wǎng)平抑配網(wǎng)峰谷作用的探討

鄒 宇，黃樺清，宋殷冠，吳參軍，趙小龍

（1.廣西電網(wǎng)公司 欽州供電局，廣西 欽州 541001；2.西安浩源電力科技有限公司，廣西 西安 710069；3.廣西電網(wǎng)公司 防城港供電局，廣西 防城港 538000）

0 引 言

徑流式小水電站優(yōu)點是投資多元化，建設(shè)周期短，生態(tài)環(huán)境影響小。缺點是徑流式小水電站無站前池蓄水，不能進(jìn)行較大泄水量的調(diào)節(jié)。而受氣候降雨因素影響，其豐水期/枯水期的發(fā)電量具備明顯的季節(jié)性，受當(dāng)?shù)亟邓蛷搅髫S枯變化的影響較大，適應(yīng)負(fù)荷能力較差。同時其發(fā)電水頭一般較低，因此發(fā)電完全受來水決定?；静徽{(diào)節(jié)徑流，按來水流量發(fā)電。

由于徑流式小水電站無蓄水功能，發(fā)電量調(diào)節(jié)能力小，僅以水輪機(jī)進(jìn)水口的大小來調(diào)節(jié)，發(fā)電量波動大，所以并網(wǎng)電量波動也大。人為因素，社會關(guān)系網(wǎng)導(dǎo)致購電企業(yè)難以按照需求下達(dá)并網(wǎng)/離網(wǎng)指令。豐水期枯水期發(fā)電量差別大，大暴雨時更是多發(fā)電多并網(wǎng)，在電網(wǎng)用電負(fù)荷較輕時進(jìn)一步抬高電網(wǎng)電壓。

徑流式小水電站在南方的山區(qū)，星羅棋布。由于徑流小水電站無法進(jìn)行水力調(diào)節(jié)，機(jī)組在洪水季節(jié)，經(jīng)常處于滿載運(yùn)行，而枯水季節(jié)多數(shù)處于50%以下出力輕載運(yùn)行，不僅發(fā)電效率低，且機(jī)組會產(chǎn)生振蕩、汽蝕等現(xiàn)象，致使設(shè)備提前老化，部分徑流式電站枯水季節(jié)處于半停半發(fā)狀態(tài)。

受負(fù)荷特性限制，與用電負(fù)荷難同步。在負(fù)荷高峰期，不能提供更多的電力；在負(fù)荷低谷期，如果遇到豐水期或者大暴雨，發(fā)電上網(wǎng)電量猛增，對大網(wǎng)安全運(yùn)行構(gòu)成威脅，影響電能質(zhì)量。

基于此，本文提出基于臺區(qū)低壓電桿來實施削峰儲能。實驗結(jié)果表明，利用低壓電桿儲能，可有效地吸收徑流式小水電富裕電能，尤其把智慧桿塔理念用在就近調(diào)峰填谷方面，能獲得顯著的經(jīng)濟(jì)和社會效應(yīng)。

1 低壓線路桿上削峰儲能的作用分析和應(yīng)用方案

1.1 就近吸收部分過剩電量

隨著儲能電池的技術(shù)進(jìn)步、成本的降低，安全性的提高，使得配網(wǎng)臺區(qū)的儲能成為可能。在徑流式小水電站的附近臺區(qū)，選擇臺區(qū)低壓線路電壓波動大、低電壓問題突出的地方，就近安裝基于低壓電桿的削峰儲能設(shè)施，就近吸收部分小水電過剩電量。以平衡本地區(qū)域電網(wǎng)的上網(wǎng)電量，實現(xiàn)削峰目標(biāo)，抑制電壓波動。

1.2 用電峰谷錯峰儲放

儲能系統(tǒng)作為獨立系統(tǒng)接入電網(wǎng)，對電網(wǎng)起到削峰填谷、錯峰儲放，有功補(bǔ)償?shù)茸饔?。波谷用電時段，吸收配電網(wǎng)富裕電能，特別是山區(qū)水電集中區(qū)域就近并網(wǎng)富裕出來的水電電能，通過AC/DC變換將交流電轉(zhuǎn)換為直流電提供給儲能電池（充電）；在用電高峰期，通過DC/AC變換將儲能電池的直流電轉(zhuǎn)換為交流電（放電），提供給電網(wǎng)，就近給低壓電網(wǎng)側(cè)補(bǔ)充有功功率。在低壓臺區(qū)與低壓配電網(wǎng)組成小微型儲能在線并網(wǎng)群，提高能源利用效率、提升電能質(zhì)量、提高供電可靠性。

1.3 解決部分時段電壓低的問題

臺區(qū)低壓電桿削峰儲能，發(fā)揮電桿作為供電公司末端資產(chǎn)的優(yōu)勢，又最靠近用電戶，同時也靠近部分低電壓用電戶。儲能后可以在并網(wǎng)時為低電壓用戶解決部分時段電壓低的問題。

2 低壓電桿分散式儲能的整體方案

徑流式小水電大多分散在山區(qū)，許多分布式光伏也安裝在周邊，都經(jīng)過10 kV配電網(wǎng)共線并網(wǎng)進(jìn)入配電網(wǎng)進(jìn)而進(jìn)入大電網(wǎng)（輸電網(wǎng)）。按照國家戰(zhàn)略政策，分布式光伏發(fā)電同時需要配備儲能設(shè)施。只要稍作設(shè)置，將光伏發(fā)電配備的儲能設(shè)施也納入低壓電桿分散式儲能的整體方案中。在多雨季節(jié)，小水電發(fā)電上網(wǎng)電量大量增加，而此時光伏發(fā)電因陰雨天發(fā)電量減少。光伏發(fā)電配備的儲能設(shè)施正好就近吸收小水電增加的上網(wǎng)電量。

圖1為配電網(wǎng)多電源供電及削峰儲能并網(wǎng)示意圖，圖中的設(shè)施包括變電站、臺區(qū)、10 kV配電網(wǎng)、徑流式小水電站、低壓電網(wǎng)、低壓電桿以及桿上儲能裝置。

圖1 配電網(wǎng)多電源供電及削峰儲能并網(wǎng)示意圖

圖2為本文的研究對象臺區(qū)和低壓電網(wǎng)儲能并網(wǎng)示意圖，圖中臺區(qū)低壓電桿上的儲能設(shè)施為儲能并網(wǎng)專用設(shè)備，包括電池、通信、從低壓線路削峰儲能并可控制并網(wǎng)的雙向PCS。

圖2 臺區(qū)和低壓電網(wǎng)儲能并網(wǎng)示意圖

3 低壓電桿分散式儲能方案的實驗分析

為驗證對徑流式小水電并網(wǎng)電量的削峰填谷作用，選擇兩處試驗地點：欽州局浦北縣寨圩鎮(zhèn)蘭門水電站附近低壓臺區(qū)蘭門村公變和欽州局浦北縣平睦五峰水電站附近低壓臺區(qū)五峰村公變。兩個臺區(qū)各安裝10套低壓電桿儲能并網(wǎng)裝置，每臺儲能100 kW·h，進(jìn)行試驗。根據(jù)一個月儲能并網(wǎng)數(shù)據(jù)表進(jìn)行歸納總結(jié)分析，其中某一天的記錄匯總見表1所列。

表1 蘭門村/五峰村公變儲能數(shù)據(jù)匯總表

4 結(jié) 語

通過在兩個水電站附近低壓臺區(qū)蘭門村公變和五峰村公變的削峰填谷儲能試驗，得出20臺每天吸收水電儲能總計1 613.2 kW·h，用電高峰期并網(wǎng)電量總計1 532.5 kW·h，電池充放電效率達(dá)到95%。此為典型試驗數(shù)據(jù)，如果有100臺削峰填谷儲能裝置，將在吸收水電站超額發(fā)電并網(wǎng)電量的平抑中起到一定的作用。以上實驗利用低壓電桿儲能，可有效吸收徑流式小水電富裕電能，尤其把智慧桿塔理念用在就近調(diào)峰填谷方面，能獲得顯著的經(jīng)濟(jì)和社會效應(yīng)。