4~10h 1~120h 15s~15min 2s~5min 1s~1min 1~30s 1min~3h
1~20h
分钟~数小时
特点
应用场合
可大规模，技术成熟。 日负荷调节，频率控 响应慢，需要地理资源 制和系统备用
适用于大规模。响应 慢，需要地理资源
调峰，系统备用
比旋音能转大量部与件比、功成率本大高。、含噪 调UP峰S和、电频能率质控量制、
储能分类
主要的储能方式有可分为机械储能、化学储能、电磁储能等。 机械储能：抽水蓄能、压缩空气储能和飞轮储能
化学储能：铅酸电池、氧化还原液流电池、钠硫电池、锂离子电池及其它 二次电池等
电磁储能：超导储能和超级电容储能等。
储能系统指标
能量密度：即单位质量或单位体积所储存能量的大小，反映了材料和空间的利 用率； 功率密度：包括能量储存时的输入功率和能量释放时的输出功率，输出功率决 定了能量能否在短时间内释放出来； 储能效率：即储能系统输出能量和输入能量之比，反映了能量转换和传递过程 中的损失情况； 储能期限：即储存设备的寿命和反复利用的次数，反映了设备的耐久性； 经济性：包括其投资成本和运行费用等，某种储能方式能否最终被采用，与其 经济性密不可分； 安全性和环保性等。
为了充分发挥分布式发电的经济效益改善供电可靠性，并 尽量减少其对主网的冲击，1999年美国可靠性技术解决方案 协会(CERTS)首次提出了微网的概念。微网技术作为国际电 力系统一个前沿研究领域，以其灵活、环保及高可靠性等特 点近十年来被美国、日本和欧盟作为热点研究课题。
由于传统交流配电网络形成已久，原来建设配电网络时没 有考虑馈电线路的节点上分布式电源的接入问题。因此分布 式发电对传统配电网络的不利影响，比如非正常孤岛、保护 协调、电压调整和配网过电压、谐波扰动、电压闪变、电压 暂降等，显著限制了它的发展。
基于直流能量池的多源微网示意图
能量池就像一潭池水，有多个进水管道（对应各个微源）
和出水管道（负荷）。如果进水量（微源发电）大于出水量 （负荷用电），则池水水位（能量池电压）上升；若两者相 等，则水位（电压）不变；否则水位（电压）下降。可以想 象，如果池水水体具有适当规模，则进水、出水量的暂态扰 动或不平衡对水位的影响将很微小，成为进水（发电）和出 水（用电）的高效“缓冲区”。
基于直流网络的微网和接入主网间的能量流动完全由四象限并 网换流器控制，微网和主网内各种扰动影响被有效隔离。原来存 在的交流微网和主网间频率、电压的相互影响被显著削弱，因此 直流微网在分布式发电技术领域显得游刃有余：
(1)直流微网中各微源与直流母线的连接简单,不考虑交流微源输出 电压的频率、相位等问题。只需一次AC/DC或者DC/DC变流转换, 直流母线只需通过一个DC/AC逆变器即可与主网相连接，系统成 本和损耗大大降低。
电压型有源滤波器 并联型有源滤波器
电流型有源滤波器 串联型有源滤波器
动态电压调整
DVR串联在电，源和敏感负荷之间。当供电电压发生畸变时，DVR快速输出补偿电 压，保证敏感负荷不受系统电压波动影响从而保证敏感负荷的供电质量。
在电源和敏感负荷之间串联一只补 偿变压器，通过控制与补偿变压器 的初级线圈相连的逆变器向负载侧 提供同频、锁相、幅值可变的补偿 电压，从而保持负荷电压的稳定。
电力系统储能技术一 概述
尹忠东 教授
华北电力大学新能源电力系统国家重点实验室 Email：yzd@
储能概述
背景意义 储能类型 工程应用
飞轮储能 压缩空气储能
电池储能 超导磁储能 超级电容器储能 抽水蓄能
一、背景意义
电力系统的“发输配供用”各链条间 存在矛盾，不能协调发展。
(5)直流微网具备一定的储能以跟踪负荷的快速变化，以储 能作为能量缓冲器，用来平衡各微源和负载的短期能量不足。
此外，直流微网还具有直流传输效率较高；变换器所用磁 性材料少；与非同步电源的连接容易；直流系统微源和负载 的变化可以作为整体进行综合补偿；直流网络，相对于交流 系统故障几率较小；直流微网中微源换流器功率较小，散热 和冗余设计简单，可靠性高等优点。
(2)直流微网中的能量控制只取决于直流母线电压,易于实现各微源 间的协调控制。
(3)当主网发生故障时,直流微网通过并网换流器闭锁能够实现迅速 从大电网断开。在孤岛运行时,直流微网内的负荷可以得到持续供 电,而不受大电网故障的影响。
(4)通过分布在负荷侧的变流装置可以提供很高的供电可靠 性和电能质量。直流微网中某处负荷发生短路故障时,其他 负荷不受影响。
以交流网络为基础的微网对解决上述问题同样面临艰巨挑 战，根本原因是交流微网和接入的主网之间能量的流动还是 通过主网、微源及负载间的电压、相角和阻抗关系来约束， 微网内部的间歇性功率扰动、电能质量问题和主网内的各种 故障影响，保护整定等因素仍然存在很强的耦合关系。即使 在微网中配置各类复杂的、高性能的电力电子补偿装置，微 网的接入也将改变主网的网络拓扑,从而影响潮流的分布， 给系统的稳定性带来了诸多不确定因素。
• 动态无功补偿和电压支撑
STATCOM的直流侧若是电容，电容仅起电压 支撑作用，STATCOM只能在两个象限内运 行，即发出无功和吸收无功，不能与系统交 换大量的有功功率。若为储能元件，则 STATCOM可四象限运行。
STATCOM输出的无功功率极性和大小 取决于其输出电压和连接点处系统电 压的相对大小，通过控制STATCOM输 出电压的大小，可以连续调节 STATCOM发出或吸收无功的多少。
• 飞轮储能系统
年份 不详 不详 不详 1991
1996 2004
研发机构 基本参数
技术特点
日本四国综 合研究所
8MWh，储能放 电各4h，待机
16h
高温超导磁浮立式轴承，储能效 率84%
日本原子力 研究所
储能类型
典型额定功 率/MW
机 抽水蓄能 100~2000
械 储 压缩空气
10~300
能 飞轮储能 5× 10-3~1.5
电 超导储能 1× 10-2~1
磁
电容器 1× 10-3~1×
储
能 超级电容 1×10-2~1
铅酸电池
1~50
化
学 液流电池 5×10-3~100 储能对电力系统的作用
实现需求侧管理 消除昼夜峰谷差 平滑负荷 提高电力设备利用率，降低供电成本 促进可再生能源的应用 提高协调运行稳定性、调整频率 补偿负荷波动
储能定义
二、储能分类
储能即为电能的储存，指在能量富余的时候，利用特殊技术与装置把能量储 存起来，并在能量不足时释放出来，从而调节能量供求在时间和强度上的不匹配问 题。
各种储能技术的比较
各种储能方式其技术成熟度和储能功率等级的关系
常用储能方式对比
不同储能方式的最大放电时间
不同储能方式的响应时间
发电厂 大型涡轮机
GW
超导磁体
MW
小型/微型柴 储能 油机，涡轮机
功 kW 率
W
飞轮
电池
超级电容器
mW
µW 24 hrs
电容器
30min 1sec
ms
µs
响应时间
储能技术的相关应用
• 压缩空气储能电站
世界上第一个商业化CAES电站为1978年在德国建 造的Huntdorf 电站，装机容量为290 MW，换能效率 77%，运行至今，累计启动超过7000次，主要用于热备 用和平滑负荷。在美国，McIntosh电站装机容量为100 MW，Norton 电站装机容量为2.7GW，用于系统调峰； 2005年由Ridge和EI Paso能源公司在Texas开始建造 Markham电站，容量为540MW。在日本，1998年施工建 设北海道三井砂川矿坑储气库，2001年CAES运行，输 出功率2MW。在瑞士，ABB 公司正在开发大容量联合循 环CAES电站，输出功率442 MW，运行时间为8 h，贮气 空洞采用水封方式。此外，俄罗斯、法国、意大利、 卢森堡、以色列等国也在长期致力于CAES的开发。
• 抽水蓄能系统
序号
1 2 3 4 5 6 7 8
电站
落基山 锡亚比舍 奥清津II 葛野川 拉姆它昆
金谷 神流川 小丸川
国家
美国 伊朗 日本 日本 泰国 德国 日本 日本
装机容量/MW
760 1000 600 1600 1000 1060 2820 1200
投入年份
1995 1996 1996 1999 2000 2003 2005 2007
响应快、比功率高。成 电能质量控制、输配
本高、维护困难
电稳定、UPS
响应快、比功率高。比 输电系统稳定、电能
能量太低
质量控制
响本应高快、、储比能功低率高。成 与FACTS结合
技寿术命成低熟，，环成保本问较题小。 生电黑能启储质动能量、、UP电S、站可备再用、 寿易保命于性长组好，合，可，比深效能充率低深高放，，环 电制填再生能、谷储质备、能量用能、电量可源管靠、理性调、控峰可 比本待能高改量，进与运比行功安率全高问。题成有 再电制填生能、谷储质备、能量用能、电量可源管靠、理性调、控峰可
间歇式微源和大量电力电子开关的引入，给微网电能质 量和稳定控制带来很大困难。不但由于微源具有间歇性、 复杂性、多样性、不稳定性的特点，而且微网中各种负荷 也具分布式、不易预测等特性。不同的微源和负荷、接入 地点和方式、系统容量、运行方式等，都会对电能质量的 不同指标产生不同的影响；微网并网、退网与大电网在多 项电能质量指标上的相互影响较为复杂；微网内部各线路 汇点及输配方式配置改变也较难精确模拟与仿真；加上微 网中大量先进电力电子技术和装置的应用、FACTS和 DFACTS技术参与并网控制，虽然为微网各类问题的解决提 供更多实用方案，但是无疑也显著增大了整个系统的复杂 性和分析难度。
近十年来，世界范围内电力系统因保护连锁故障和自然灾 害导致的多次大面积停电事故已充分示出大电网的脆弱性； 同时，基于传统燃煤发电的集中供电模式还给人类的生存环 境和生态平衡带来了巨大的负面影响。可再生能源利用和分 布式发电技术成为维持可持续发展的必然选择，并受到前所 未有的广泛关注。分布式发电具有污染少，能显源利用效率 高及安装地点灵活等优点，同时与大电网互为备用也使供电 可靠性得以改善。分布式发电尽管具有上述优点，但也有运 行成本高，发电出力波动性强，相对大电网随机、不可控等 缺点。