微電網(wǎng)可被看作電網(wǎng)中的一個(gè)可控單元，它可以在數(shù)秒鐘內(nèi)反應(yīng)來(lái)滿足外部輸配電網(wǎng)絡(luò)的需求，增加本地可靠性，降低饋線損耗，保持本地電壓，保證電壓降的修正或者提供不間斷電源。
1.儲(chǔ)能技術(shù)在微電網(wǎng)中的作用。
(1)提供短時(shí)供電。微電網(wǎng)存在兩種典型的運(yùn)行模式：并網(wǎng)運(yùn)行模式和孤島運(yùn)行模式。在正常情況下，微電網(wǎng)與常規(guī)配電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行；當(dāng)檢測(cè)到電網(wǎng)故障或發(fā)生電能質(zhì)量事件時(shí)，微電網(wǎng)將及時(shí)與電網(wǎng)斷開(kāi)獨(dú)立運(yùn)行。微電網(wǎng)在這兩種模式的轉(zhuǎn)換中，往往會(huì)有一定的功率缺額，在系統(tǒng)中安裝一定的儲(chǔ)能裝置儲(chǔ)存能量，就能保證在這兩種模式轉(zhuǎn)換下的平穩(wěn)過(guò)渡，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定。在新能源發(fā)電中，由于外界條件的變化，會(huì)導(dǎo)致經(jīng)常沒(méi)有電能輸出(光伏發(fā)電的夜間、風(fēng)力發(fā)電無(wú)風(fēng)等)，這時(shí)就需要儲(chǔ)能系統(tǒng)向系統(tǒng)中的用戶持續(xù)供電。
(2)電力調(diào)峰。由于微電網(wǎng)中存在大量的分布式電源，其負(fù)荷量不可能始終保持不變，并隨著天氣的變化等情況發(fā)生波動(dòng)。另外一般微電網(wǎng)的規(guī)模較小，系統(tǒng)的自我調(diào)節(jié)能力較差，電網(wǎng)及負(fù)荷的波動(dòng)就會(huì)對(duì)微電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行造成十分嚴(yán)重的影響。為了調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的峰值負(fù)荷，就必須使用調(diào)峰電廠來(lái)解決，但是現(xiàn)階段主要運(yùn)行的調(diào)峰電廠，運(yùn)行昂貴，實(shí)現(xiàn)困難。儲(chǔ)能系統(tǒng)可以有效地解決這個(gè)問(wèn)題，它可以在負(fù)荷低落時(shí)儲(chǔ)存電源的多余電能，而在負(fù)荷高峰時(shí)回饋給微電網(wǎng)以調(diào)節(jié)功率需求。儲(chǔ)能系統(tǒng)作為微電網(wǎng)必要的能量緩沖環(huán)節(jié)，其作用越來(lái)越重要。它不僅避免了為滿足峰值負(fù)荷而安裝的發(fā)電機(jī)組，同時(shí)充分利用了負(fù)荷低谷時(shí)機(jī)組的發(fā)電，避免浪費(fèi)。
(3)改善微電網(wǎng)電能質(zhì)量。近年來(lái)人們對(duì)電能質(zhì)量問(wèn)題日益關(guān)注，國(guó)內(nèi)外都做了大量的研究。微電網(wǎng)要作為一個(gè)微源與大電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行，必須達(dá)到電網(wǎng)對(duì)功率因數(shù)、電流諧波畸變率、電壓閃變以及電壓不對(duì)稱的要求。此外，微電網(wǎng)必須滿足自身負(fù)荷對(duì)電能質(zhì)量的要求，保證供電電壓、頻率、停電次數(shù)都在一個(gè)很小的范圍內(nèi)。儲(chǔ)能系統(tǒng)對(duì)于微電網(wǎng)電能質(zhì)量的提高起著十分重要的作用，通過(guò)對(duì)微電網(wǎng)并網(wǎng)逆變器的控制，就可以調(diào)節(jié)儲(chǔ)能系統(tǒng)向電網(wǎng)和負(fù)荷提供有功和無(wú)功，達(dá)到提高電能質(zhì)量的目的。對(duì)于微電網(wǎng)中的光伏或者風(fēng)電等微電源，外在條件的變化會(huì)導(dǎo)致輸出功率的變化從而引起電能質(zhì)量的下降。如果將這類微電源與儲(chǔ)能裝置結(jié)合，就可以很好地解決電壓驟降、電壓跌落等電能質(zhì)量問(wèn)題。在微電網(wǎng)的電能質(zhì)量調(diào)節(jié)裝置，針對(duì)系統(tǒng)故障引發(fā)的瞬時(shí)停電、電壓驟升、電壓驟降等問(wèn)題，此時(shí)利用儲(chǔ)能裝置提供快速功率緩沖，吸收或補(bǔ)充電能，提供有功功率支撐，進(jìn)行有功或無(wú)功補(bǔ)償，以穩(wěn)定、平滑電網(wǎng)電壓的波動(dòng)。利用儲(chǔ)能系統(tǒng)來(lái)解決諸如電壓驟降等電能質(zhì)量問(wèn)題。當(dāng)微電網(wǎng)與大電網(wǎng)并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，微電網(wǎng)相當(dāng)于一個(gè)有源電力濾波器，能夠補(bǔ)償諧波電流和負(fù)載尖峰；當(dāng)微電網(wǎng)與大電網(wǎng)斷開(kāi)孤島運(yùn)行時(shí)，儲(chǔ)能系統(tǒng)能夠很好地保持電壓穩(wěn)定。
(4)提升微電源性能。多數(shù)可再生能源諸如太陽(yáng)能、風(fēng)能、潮汐能等，由于其能量本身具有不均勻性和不可控性，輸出的電能可能隨時(shí)發(fā)生變化。當(dāng)外界的光照、溫度、風(fēng)力等發(fā)生變化時(shí)，微源相應(yīng)的輸出能量就會(huì)發(fā)生變化，這就決定了系統(tǒng)需要一定的中間裝置來(lái)儲(chǔ)存能量。如太陽(yáng)能發(fā)電的夜間，風(fēng)力發(fā)電在無(wú)風(fēng)的情況下，或者其他類型的微電源正處于維修期間，這時(shí)系統(tǒng)中的儲(chǔ)能就能起過(guò)渡作用，其儲(chǔ)能的多少主要取決于負(fù)荷需求。
2.微電網(wǎng)中主要儲(chǔ)能方式比較。
鑒于微電網(wǎng)系統(tǒng)的特點(diǎn)和儲(chǔ)能的作用，對(duì)儲(chǔ)能裝置的性能特點(diǎn)具有較為獨(dú)特的要求。概括起來(lái)包括：能量密度大，能夠以較小的體積重量提供較大的能量；功率密度大，能夠提供系統(tǒng)功率突變時(shí)所需的補(bǔ)償功率，具有較快的響應(yīng)速度；儲(chǔ)能效率高；高低溫性能好，能夠適應(yīng)一些特殊環(huán)境；以及環(huán)境友好等?，F(xiàn)階段微電網(wǎng)中可利用的儲(chǔ)能裝置很多，主要包括蓄電池儲(chǔ)能、超導(dǎo)儲(chǔ)能、飛輪儲(chǔ)能、超級(jí)電容器儲(chǔ)能等。
(1)蓄電池儲(chǔ)能。蓄電池儲(chǔ)能是目前微電網(wǎng)中應(yīng)用最廣泛、最有前途的儲(chǔ)能方式之一。蓄電池儲(chǔ)能可以解決系統(tǒng)高峰負(fù)荷時(shí)的電能需求，也可用蓄電池儲(chǔ)能來(lái)協(xié)助無(wú)功補(bǔ)償裝置，有利于抑制電壓波動(dòng)和閃變。然而蓄電池的充電電壓不能太高，要求充電器具有穩(wěn)壓和限壓功能。蓄電池的充電電流不能過(guò)大，要求充電器具有穩(wěn)流和限流功能，所以它的充電回路也比較復(fù)雜。另外充電時(shí)間長(zhǎng)，充放電次數(shù)僅數(shù)百次，因此限制了使用壽命，維修費(fèi)用高。如果過(guò)度充電或短路容易爆炸，不如其他儲(chǔ)能方式安全。由于在蓄電池中使用了鉛等有害金屬，所以其還會(huì)造成環(huán)境污染。蓄電池的效率一般在60%-80%之間，取決于使用的周期和電化學(xué)性質(zhì)。
目前，按照其使用不同的化學(xué)物質(zhì)，可以將蓄電池儲(chǔ)能分為以下幾種方式：1)鉛酸蓄電池，盡管鉛酸蓄電池還有不少缺點(diǎn)，但是目前能夠商業(yè)化運(yùn)用的主要還是鉛酸蓄電池，它具有幾個(gè)比較顯著的優(yōu)點(diǎn)：成本低廉，原材料豐富，制造技術(shù)成熟，能夠?qū)崿F(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)。但是鉛酸蓄電池體積較大，特性受環(huán)境溫度影響比較明顯。2)鋰離子電池，鋰離子電池是近年來(lái)興起的新型高能量二次電池，由日本的索尼公司在1992年率先推出。其工作電壓高、體積小、儲(chǔ)能密度高(300～400kWh/m3)、無(wú)污染、循環(huán)壽命長(zhǎng)。但是鋰離子電池要想大規(guī)模生產(chǎn)還有一定難度，因?yàn)樗厥獾陌b和內(nèi)部的過(guò)充電保護(hù)電路造成了鋰離子電池的高成本。3)其他電池，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，近年來(lái)鈉硫電池和液流釩電池的研究取得突破性進(jìn)展。這兩種電池具有高能量效率、無(wú)放電現(xiàn)象、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)良特性，在國(guó)外一些微電網(wǎng)研究系統(tǒng)中得到運(yùn)用[9]。但是，由于價(jià)格原因，在微電網(wǎng)中的大規(guī)模運(yùn)用還有待時(shí)日。
(2)超導(dǎo)儲(chǔ)能。超導(dǎo)儲(chǔ)能系統(tǒng)(SMES)利用由超導(dǎo)體制成的線圈，將電網(wǎng)供電勵(lì)磁產(chǎn)生的磁場(chǎng)能量?jī)?chǔ)存起來(lái)，在需要時(shí)再將儲(chǔ)存的能量送回電網(wǎng)或直接給負(fù)荷供電。SMES與其他儲(chǔ)能技術(shù)相比，由于可以長(zhǎng)期無(wú)損耗儲(chǔ)存能量，能量返回效率很高；并且能量的釋放速度快，通常只需幾秒鐘，因此采用SMES可使電網(wǎng)電壓、頻率、有功和無(wú)功功率容易調(diào)節(jié)。但是，超導(dǎo)體由于價(jià)格太高，造成了一次性投資太大。隨著高溫超導(dǎo)和電力電子技術(shù)的發(fā)展促進(jìn)了超導(dǎo)儲(chǔ)能裝置在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用，在20世紀(jì)90年代已被應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)和光伏發(fā)電系統(tǒng)。SMES快速的功率吞吐能力和較為靈活的四象限調(diào)節(jié)能力，使得它可以有效地跟蹤電氣量的波動(dòng)，提高系統(tǒng)的阻尼。提出使用超導(dǎo)儲(chǔ)能單元使風(fēng)力發(fā)電機(jī)組輸出的電壓和頻率穩(wěn)定，SMES單元接于異步發(fā)電機(jī)的母線上，SMES的有功控制器采用異步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速偏差量作為控制信號(hào)。利用超導(dǎo)儲(chǔ)能系統(tǒng)使光伏系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性增加，并能提高吸收和釋放有功、無(wú)功的速率。
(3)飛輪儲(chǔ)能。飛輪儲(chǔ)能技術(shù)是一種機(jī)械儲(chǔ)能方式。早在20世紀(jì)50年代就有人提出利用高速旋轉(zhuǎn)的飛輪來(lái)儲(chǔ)存能量，并應(yīng)用于電動(dòng)汽車(chē)的構(gòu)想。但是直到80年代，隨著磁懸浮技術(shù)、高強(qiáng)度碳素纖維和現(xiàn)代電力電子技術(shù)的新進(jìn)展，使得飛輪儲(chǔ)能才真正得到應(yīng)用。
飛輪儲(chǔ)能具有效率高、建設(shè)周期短、壽命長(zhǎng)、高儲(chǔ)能量等優(yōu)點(diǎn)，并且充電快捷，充放電次數(shù)無(wú)限，對(duì)環(huán)境無(wú)污染。但是，飛輪儲(chǔ)能的維護(hù)費(fèi)用相對(duì)其他儲(chǔ)能方式要昂貴得多。國(guó)內(nèi)外對(duì)其在微電網(wǎng)中的運(yùn)用做了不少研究。提到利用飛輪儲(chǔ)能解決微電網(wǎng)穩(wěn)定性的問(wèn)題，建立了微網(wǎng)中的飛輪儲(chǔ)能模型，并利用PQ控制實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。采用靜止無(wú)功補(bǔ)償器與飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)相結(jié)合，以減小風(fēng)電引起的電能質(zhì)量問(wèn)題，文中建立了系統(tǒng)的模型，并取得了很好的效果。
(4)超級(jí)電容器儲(chǔ)能。超級(jí)電容器是由特殊材料制作的多孔介質(zhì)，與普通電容器相比，它具有更高的介電常數(shù)，更大的耐壓能力和更大的存儲(chǔ)容量，又保持了傳統(tǒng)電容器釋放能量快的特點(diǎn)，逐漸在儲(chǔ)能領(lǐng)域中被接受。根據(jù)儲(chǔ)能原理的不同，可以把超級(jí)電容器分為雙電層電容器和電化學(xué)電容器。超級(jí)電容器與蓄電池比較具有功率密度大、充放電循環(huán)壽命長(zhǎng)、充放電效率高、充放電速率快、高低溫性能好、能量?jī)?chǔ)存壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。與飛輪儲(chǔ)能和超導(dǎo)儲(chǔ)能相比，它在工作過(guò)程中沒(méi)有運(yùn)動(dòng)部件，維護(hù)工作極少，相應(yīng)的可靠性非常高。這樣的特點(diǎn)使得它在應(yīng)用于微電網(wǎng)中有一定優(yōu)勢(shì)。在邊遠(yuǎn)的缺電地區(qū)，太陽(yáng)能和風(fēng)能是最方便的能源，作為這兩種電能的儲(chǔ)能系統(tǒng)，蓄電池有使用壽命短、有污染的弱點(diǎn)，超導(dǎo)儲(chǔ)能和飛輪儲(chǔ)能成本太高。
