刘健廷++司博

[摘 要]在可再生能源发展中，作为电网技术核心的储能技术，是解决可再生能源间歇性供电问题最有效的方法。本文介绍了超级电容储能技术在分布式发电中应用的优点。通过在PSCAD下建模仿真说明了其在解决分布式发电电能质量等问题方面有很好的效果。

[关键词]智能电网；储能技术；建设方案；

中图分类号：F426.61 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）09-0164-01

能源对于人类来说，永远是匮乏的。随着全球经济的飞速发展，各种先进技术在电网中的广泛应用，智能化已经成为电网发展的必然趋势。能源问题越来越突出，以火电为主的电力结构给环境保护带来了沉重的压力。目前，关于智能电网的研究主要集中在建设规划、关键技术、运行策略等方面。在电网中长期发展阶段中，大量不同形式的嵌入式发电方式的引入，尤其是大规模的间歇性可再生能源的应用，使得整个系统运行的安全性与稳定性成为需要解决的主要问题。随着储能技术的不断发展，它将会在分布式发电接入电网方面起到重要的作用。

1.储能技术在分布式发电中的作用

储能技术在分布式发电中的作用大致可以概括为以下三个方面：

（1）由于风力、光伏等可再生能源发电设备的输出功率会随环境因素变化，此时储能装置可以及时地将储存的能量释放出来，保证供电的持续性和可靠性。

（2）改善电能质量，维持系统稳定。在风力发电中，风速的变化会使原动机输出机械功率发生变化，从而使发电机输出功率产生波动而使电能质量下降。应用储能装置是改善发电机输出电压和频率质量的有效途径，同时增加了分布式发电机组与电网并网运行时的可靠性。

（3）分布式发电系统可以与电网连接，实现向电网的馈电，并可以提供削峰、紧急功率支持等服务。而一些可再生能源分布式发电系统，受环境因素的影响较大，因此，无法制订特定的发电规划。如果配置能量储存装置，就可以在特定的时间提供所需的电能，而不必考虑此时发电单元的发电功率，只需按照预先制定的发电规划进行发电。

目前实用的储能技术有电池、超导储能、飞轮储能、燃料电池等，其中电池储能技术历史悠久、应用广泛，技术非常成熟。不过也存在运行维护复杂、工作环境要求高、寿命短等显著缺点。超级电容是近年来出现的一种新型储能元件，与电池储能相比具有许多显著的优势，在特定应用场合已经显示出取代电池的趋势。

2.超级电容储能系统的优点

超级电容也称为电化学电容，它具有优良的脉冲充放电和大容量储能性能，是一种介于静电电容器与电池之间的新型储能元件。超级电容最大充放电性能由活性物质表面的离子取向和电荷转移速度控制，因此可在短时间内进行电荷转移，得到很高的放电比功率；同时，由于电极上没有发生决定反应速度与限制电极寿命的活性物质的相应变化，因此它具有很好的循环寿命。超级电容器存储的能量可达到静电电容器的100倍以上，同时又具有比电池高出10-100倍的功率密度。与静电电容器相比其优点是能量密度非常高，但是它耐压较低，受制于电解液的分解电压，漏电较大，容量随频率显著降低，因此适于低频使用。从其发展趋势来看，超级电容主要是用来取代或部分取代电池。与电池相比，超级电容具有许多电池无法比拟的优点。

（1）具有非常高的功率密度。电容器的功率密度可为电池的10-100倍，可达到10 kW/kg左右，可以在短时间内放出几百到几千安培的电流。这个特点使得电容器非常适合用于短时间高功率输出的场合。

（2）充电速度快。超级电容器充电是双电层充放电的物理过程或电极物质表而的快速、可逆的电化学过程，可以采用大电流充电，能在几十秒到数分钟内完成充电过程，是真正意义上的快速充电。而蓄电池则需要数小时完成充电，即使采用快速充电也需几十分钟。

（3）使用寿命长。超级电容器充放电过程中的发生的电化学反应具有很好的可逆性，不易出现类似电池中活性物质那样的晶型转变、脱落、枝晶穿透隔膜等引起的寿命终止的现象，碳基电容器的理论循环寿命为无穷，实际可达100000次以上，比电池高10-100倍。

（4）低温性能优越。超级电容充放电过程中发生的电荷转移大部分都在电极活性物质表面进行，所以容量随温度的衰减非常小。电池在低温下容量衰减幅度却可高达70%。

由于分布式发电导致的电能质量问题往往具有持续时间短、出现频繁的特点，应用超级电容作为储能设备进行快速补偿是理想的技术方案。虽然目前超级电容单位容量制造成本高于蓄电池，但在短时间应用领域，超级电容的性能和综合成本均优于电池及其它储能技术。

3.储能仿真

储能技术最重要的作用之一就是保持系统的输出稳定，为了更好的说明和验证储能技术的这一特点，本文使用PSCAD软件对超级电容储能技术进行了仿真研究。从仿真波形可以看出，在系统于3- 3.05秒钟期间中断输出后，系统输送的有功和无功中断，但此时由于储能装置的存在，系统母线电压和电流并未变化。由于直流母线电压的稳定、稳健，其逆变并网时就不会给电网带来波动冲击，电能质量就会大大提高。

4.结论

储能技术在分布式发电系统中发挥着重要作用，超级电容由于其自身具备的一些优势，将有广阔的应用前景。本文介绍了超级电容的特点，以及其作为储能装置在分布式发电系统中所起到的作用，并通过PSCAD仿真加以了验证。仿真说明，当系统电源出现短时断供时，超级电容储能装置能保持系统输出电压的稳定。

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