大规模电池储能对电网稳定性影响简析
梁小龙曹静（甘肃送变电工程公司，兰州市730070）张健（中国能源建设集团甘肃省电力设计院，兰州市730050）
Brief Analysis on Impact of Large-seale Battery -based Energy Storage on Stability of Power Grid
LIANG Xiaolong CAO Jing (Gansu Transmission and DistributionEngineering CO. Lid. Lanzhou 730070 China)ZHANG Jian (Gansu Electric Power Design Institute of China Energy Engineering Group Co. Lad. Lanzhou 730050 China)
随着科学技术的不断发展，大规模电池储能装置逐渐出现在现代电力系统中.随着成本的下降及容量的大幅提升，储能装置也逐渐在一些国家和地区电网 系统主设备上进行了试验与验证.
Abstract System modeling and simulation testare carried out by PSS / E simulation software to investigate the impaet of a large-scale battery-basedenergy sloage device on the stability of power grid;the simulation test indicates that the large-scale baery-based energy storage device can efectivelyimprove the frequency moxlulation speed of the systemduring steady-state frequency modulation and caneffectively improve the power-angle characteristic and voltage characteristic of the system in case of failureof the system.
美国的PJM和CAISO电力公司分别在2008年和2009年先后建成了储能商业运行系统，储能装置安装容量从2MW到20MW.
甘肃西部风力资源非常丰富，作为一种清洁的可再生能源，经过十几年的建设，甘肃酒泉地区已经成为我国的风电基地，装机容量目前已经达到了数百万千瓦.但是由于风力资源的不可控性和间歇性，数百万千确定性，必须保证系统有足够的旋转备用来应对这种不 瓦容量的风电接入电网就成了一个难题.由于风电的不确定性，另一方面，现有的网架结构也无力承担如此大规模的风电，这就出现了部分的弃风现象.
scale battery-based energy storage device Stability of Key words Wind power generation Large-power grid Simulation test System modeling PSS/Esimulation software Powerangle characteristic Voltagecharacteristic
在很多文献中对储能系统的研究多集中于超导储能、电磁储能等，而与电池储能相关的文献研究大多 在有风场接入的系统中，储能装置与风电收集母线直接相接的情况.本文将通过系统建模、仿真试验，探讨使用大规模电池储能装置来提高电网的电压稳定与功角（表示发电机的励磁电势和端电压之间相角差，参量）稳定特性，从而避免由于系统波动与故障对局 是表征发电机运行状态和判别电力系统稳定性的重要部系统造成更大的危害.
摘要通过PSS/E仿真软件选行系统建模、仿真试验，探讨大规模电池储能装置对电网稳定性的影响，仿真试验结果显示：大规模电池储能装置在稳态现故障时能够有效改善系统的功角特性和电压特性. 调频过程中能够有效改善系统的调频速度，在系统出
关键词风力发电大规模电池储能装置 电功角稳定特性电压特性 网稳定性仿真试验系统建模PSS/E仿真软件
中图分类号：TM743 文献标识码：A
作者信息
梁小龙，男，甘肃送变电工程公司，工程师.张健，男，中国能源建设集团甘肃省电力设计院，高级工程师. 曹静，女，甘肃送变电工程公司，助理工程师
回线中的一回设置故障（图1中蓝色的线路），一段时间后切除.随后将对比有储能装置和无储能装置的结果.
系统建模
单，能够非常方便地对储能装置建模并对系统进行动 PSS/E仿真软件中带有丰富标准模型，建模简态仿真.本文将使用PSS/E仿真软件的双向储能模型CBEST对储能装置建模，同时对比系统有储能装置和无储能装置时的稳定性差别.
除了储能装置外，我们将系统中接在母线3011上的MINE_G机组改为接入一个由双馈风电机组组成的风场来替代原来在3011上接入的传统发电机.
与多种厂商模型： 在PSS/E仿真软件中提供了4种通用风机模型
CBEST装置是由美国电科院（EPRI）开发的用于对储能装置动态特性进行仿真的模型.在以往研究过程中，储能装置用来提高第一摆的暂态稳定性能，提供阻尼和限制频率变化.储能系统在建模时是作为 一个电压源.功率在充电和放电过程中的控制通过调节储能装置的端电压实现.而在储能装置中的双向逆变器装置则在一定程度上独立于直流电压和合成电压，主要目的是为了独立控制储能装置的有功功率和无功功率.
a.WT1型--采用传统的感应发电机与电网直接相连，在发电机机端安装补偿电容.
用了绕线式发电机，增加了转子串电阻调速功能. b.WT2型-模型与WT1型风机类似，但采
c. WT3型- 一采用了国内常用的双馈感应电机，主要有风力发电机、齿轮箱、双馈感应发电机、变流器等组成.
在CBEST的模型中包含了3个环节：有功环节；无功环节：充电和放电环节.有功环节 中CBEST模型模拟储能装置的输入、输出功率限制，同时在逆变器端在计算过程中也分别考 考虑交流电流的限制.虑了充电和放电的效率.无功环节与美国电科院的CSMEST模型一致，无功电流取代了内部电 由电压调节装置组成.压用来直接控制调节器.
本文算例中选用20MW的储能装置来研 究安装储能装置后对电网稳定性的改进.在母线101处增加一个储能发电机与母线所示.我 装置，如图1中红色的们在仿真软件动态数据表中将储能装置的动态模型与增加的储能装置中在线路151至152双 相连接.动态仿真过程
图1仿真试验系统
Fig 1 Simulation test system
dWT4型--发电机通过整流器和逆变器与电网相连接.在电气上风机与外部电网隔离.
100台1.5MW风机组成风力发电厂.其中1.5MW 在仿真过程中我们采用的风机参数以通用电气的机组的参数可参见相关参考文献.
在仿真过程中风场出力设为100MW.同时考虑输入的风速曲线如图2所示.
图4发电机101的出力曲线
Fig. 4 Output curves of generator 101
2 仿真过程
储能装置的控制策略是在系统发生振落过程中起到阻尼作用，对系统的电压有很好的稳定效果.仿真过程中在0.034s时刻线路151至152中的蓝色 线路出现故障，在0.083s时切除.整个仿真过程持续5s，我们将通过对比储能装置同母线的发电机101的功角特性，有功出力曲线以及所连接母线的电压曲线来观察储能装置对系统的影响.
Fig. 5 Cures of impact on system voltagewith / witbhout energy storage device
图5有无储能装置对系统电压的影响曲线
3结语
通过对比发电机101的有功曲线（如图3所示），我们能够得出带有储能装置的系统能够有效改善系统的振荡幅度，对于系统的功角特性有明显的改善，
大规模储能装置随着价格的不断下降及可靠性的不断提高，其性能的优越性，尤其是对可再生能源占比较高的地区（如甘肃电网）有着重要的意义.在稳态调频过程中能够有效改善系统的调频速度， 在系统出现故障时能够有效地改善系统的功角特性和电压特性.
同时，我们对发电机101的出力曲线（如图4所示）也进行了对比，发现储能装置对于发电机出力的 振荡也有很好的抑制作用.
在电压改善方面安装了储能装置的系统比没有安装储能装置的系统有明显的改善作用（如图5所示），以此也证明了储能装置能够有效地改善系统稳定性.
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图2仿真试验风速曲线
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Fig 2 Wind speed curve of simulation test
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2013 04 22 来稿 2013 10 21 修图
图3发电机101的有功曲线
Fig. 3 Active power curves of generator 101
