4、智能分布式電網系統

　　4.1、超級電容器在智能電網中的應用研究分析

　　當今社會對能源和電力供應的質量以及安全可靠性的要求越來越高，傳統的大電網供電方式由于其本身的缺陷已經不能滿足這種要求。能夠集成分布式發電的新型電網——微電網應運而生，它能夠節省投資、降低能耗、提高系統安全性和靈活性，是未來的發展方向。電容作為微電網中必不可少的儲能系統，發揮著十分重要的作用。超級電容器作為一種新型的儲能器件，以其無可替代的優越性，成為微電網（Microgrid）儲能的首選裝置之一。微電網由微電源、負荷、儲能以及能量管理器等組成。儲能在微電網中發生作用的形式有：接在微電源的直流母線上、包含重要負荷的饋線上或者微電網的交流母線上。其中，前兩種可稱為分布式儲能，最后一種叫做中央儲能。當并網運行時，微電網內的功率波動由大電網進行平衡，此時儲能處于充電備用狀態。當微電網由并網運行切換到孤網運行時，中央儲能立即啟動，彌補功率缺額。微電網孤網運行時負荷的波動或者微電源的波動則可以由中央儲能或者分布式儲能平衡。其中，微電源的功率波動有兩種平衡方式，將分布式儲能和需要儲能的微電源并聯接在某饋線上，或者將儲能直接接入該微電源的直流母線上。

　　1）提供短時供電

　　微電網存在兩種典型的運行模式：正常情況下，微電網與常規配電網并網運行，稱為并網運行模式；當檢測到電網故障或電能質量不滿足要求時，微電網將及時與電網斷開從而獨立運行，稱為孤網運行模式。微電網往往需要從常規配電網中吸收部分有功功率，因而微電網在從并網模式向孤網模式轉換時，會有功率缺額，安裝儲能設備有助于兩種模式的平穩過渡。

　　2）用作能量緩沖裝置

　　由于微電網規模較小，系統慣性不大，網絡及負荷經常發生波動就顯得十分嚴重，對整個微電網的穩定運行造成影響。我們總是期望微電網中高效發電機（如燃料電池）始終工作在它的額定容量下。但是微電網的負荷量并非整日保持不變，相反，它會隨著天氣變化等情況發生波動。為了滿足峰值負荷供電，必須使用燃油、燃氣的調峰電廠進行高峰負荷調整，由于燃料價格很高，這種方式的運行費用太昂貴。超級電容器儲能系統可以有效地解決這個問題，它可以在負荷低落時儲存電源的多余電能，而在負荷高峰時回饋給微電網以調整功率需求。超級電容器功率密度大、能量密度高的特性使它成為處理尖峰負荷的最佳選擇，而且采用超級電容器只需存儲與尖峰負荷相當的能量。

　　3）改善微電網的電能質量

　　儲能系統對微電網電能質量的提高起到了十分重要的作用。通過逆變器控制單元，可以調節超級電容器儲能系統向用戶及網絡提供的無功及有功，從而達到提高電能質量的目的。由于超級電容器可快速吸收、釋放大功率電能，非常適宜將其應用到微電網的電能質量調節裝置中，用來解決系統中的一些暫態問題，如針對系統故障引發的瞬時停電、電壓驟升、電壓驟降等問題，此時利用超級電容器提供快速功率緩沖，吸收或補充電能，提供有功功率支撐進行有功或無功補償，以穩定、平滑電網電壓的波動。

　　4）智能分布式電網系統超級電容器必不可少

　　從智能電網的未來發展趨勢看，智能分布式電網系統將是未來電網系統的主流。而要實現智能分布式電網系統的構建，則必須具有分布式的儲能裝置和中央儲能裝置等緩沖設備。在能源產生過程不穩定的情況下，需要一個緩沖器來存儲能量。在能源產生的過程是穩定的而需求是不斷變化的情況下，也需要使用儲能裝置。燃料電池與風能或太陽能不同，只要有燃料，它就能夠持續輸出穩定的電能。然而，負荷需求隨著時間的變化有很大的不同。如果沒有儲能裝置，燃料電池就要做得很大以滿足峰值能量需求，成本顯得過高。通過將過剩的能量存儲在儲能裝置中，就可以在短時間內通過儲能裝置提供所需的峰值能量。

　　在分布式電網系統中，電力系統的暫態沖擊在所難免，而超級電容器的優越性能，使其可以降低暫態沖擊對整個系統性能的影響。因此，在未來的智能分布式電網系統中，超級電容器組儲能系統必不可少。

　　4.2、超級電容器在智能電網中的應用前景

　　理想的供電電壓應該是純正弦波形，具有標稱的幅值和頻率。然而，由于供電電壓的非理想性、線路的阻抗、供電系統所承受的各種擾動、負荷的時變性與非線性等，供電電壓常常呈現各種各樣的電能質量問題。電壓型電能質量問題通常表現為幅值或波形的異常：電壓暫降、三相不平衡、電壓波動與閃變、諧波及頻率變動等。在所有的這些電能質量問題中，電壓暫降和電壓短時中斷對用電設備所造成的危害尤其嚴重，短短幾個周期的電壓暫降都可能嚴重影響設備的正常工作。在歐美發達國家，電壓暫降一次的經濟損失可以達到幾百萬美元，而電壓短時中斷的后果更加嚴重。目前，電壓暫降已經上升為最重要的電能質量問題。在對電能質量的諸多問題投訴中，由電壓暫降引起的用戶投訴占總投訴量的80%以上，而由諧波、開關操作過電壓等引起的電能質量問題投訴不到20%。換個角度考慮，電壓暫降和短時中斷之所以危害很大，就是因為很多用電設備對其太過敏感。降低設備對電壓暫降和短時中斷的敏感度，提高其抗擾動的能力，就可以讓用戶把損失降到最小，甚至可以完全避免由于電壓暫降和短時中斷所帶來的損失。

　　目前，解決方法主要有加裝UPS電源、多路供電、加裝DVR（動態電壓恢復器）等。在這幾種措施中，大功率UPS的造價太高，多路供電也不能完全避免電壓暫降和短時中斷所造成的損失，DVR（動態電壓恢復器）的研究在中國才剛剛起步。從提高負荷抗干擾的能力考慮，可以根據用戶的需求來定制不同的裝置，這就是所謂的用戶電力技術。用戶電力技術是20世紀90年代開發的新技術，是指把大功率電力電子技術和配電自動化技術綜合起來，以用戶對電力可靠性和電能質量要求為依據，為用戶配置所需要的電力。這其中的主要產品有固態斷路器+靜態補償器（STATCOM）、動態電壓恢復器（DVR，DynamicVoltageRestorer）等，可以解決電壓暫降、凸起、瞬時間斷等配電系統擾動所引起的的各種問題。

　　當前針對電壓補償的技術產品主要有DVR（動態電壓恢復器）和UPQC（統一電能質量控制器，動態電壓恢復器（DVR）和有源濾波器（APF））。世界上第一臺DVR（動態電壓恢復器）裝置由美國西屋公司研制成功，并于1997年8月在美國Duke電力公司投入運行。APF并聯于線路，而DVR串聯于線路，這樣做的目的是APF專注于電流型電能質量問題的治理，而DVR則專注于電壓型電能質量問題。兩裝置共用儲能單元和能量接口，都可以單獨運行實現其自身的功能。

　　目前的困難在于，傳統的儲能裝置難以快速響應這種電能的暫態波動。而通過加入超級電容器組，就能夠較為順利的解決上述技術難題。因此，作為智能電網系統最核心端口的用戶電能質量問題的解決，該設備具有廣闊的市場前景。