在过去的几十年里，电力系统已发展成为集中发电、远距离输电的大型互联网络系统。但是近年来随着用电负荷的 不断增加，而电网建设却没有同步发展，使得远距离输电线路的输送容量不断增大，电网运行的稳定性和安全性下降 。并且现阶段用户对电能质量和电力品质的要求越来越高，以及环境和政策因素使这种传统的大电网已经不能很好地 满足各种负荷的要求。鉴于上述问题，经过不断的发展，逐步形成了一种特殊电网形式：微电网。而储能系统作为微 电网中必不可少的部分，发挥了至关重要的作用。 微电网可被看作电网中的一个可控单元，它可以在数秒钟内反应来满足外部输配电网络的需求，增加本地可靠性， 降低馈线损耗，保持本地电压，保证电压降的修正或者提供不间断电源。微电网可以满足一片电力负荷聚集区的能量 需要，这种聚集区可以是重要的办公区和厂区，或者传统电力系统的供电成本太高的远郊居民区等。由于我国大部分 地区是农村地区，供电可靠性不高，断电事故时有发生，然而提高可靠性的成本又相当昂贵。如果在负荷集中的地方 建立微电网，并利用储能系统储存电能，当出现短时停电事故时，储能系统就能为负荷平稳地供电。 因此，储能系统在微电网中有非常大的市场前景，对电网的电能质量、电网稳定性以及供电可靠性都有很大的提升 。太阳能、风能等无污染可再生能源储存在储能系统中，适时提供电能，不需要投资大的发电站，也不需要复杂的输 送电网，是一种投资少、又能有效应用可再生能源的节能措施。

1.储能技术在微电网中的作用

①提供短时供电 

      微电网存在两种典型的运行模式：并网运行模式和孤岛运行模式。在正常情况下，微电网与常规配电网并网运行； 当检测到电网故障或发生电能质量事件时，微电网将及时与电网断开独立运行。微电网在这两种模式的转换中，往往 会有一定的功率缺额，在系统中安装一定的储能装置储存能量，就能保证在这两种模式转换下的平稳过渡，保证系统 的稳定。在新能源发电中，由于外界条件的变化，会导致经常没有电能输出（光伏发电的夜间、风力发电无风等）， 这时就需要储能系统向系统中的用户持续供电。

②电力调峰 

      由于微电网中的微源主要由分布式电源组成，其负荷量不可能始终保持不变，并随着天气的变化等情况发生波动。 另外一般微电网的规模较小，系统的自我调节能力较差，电网及负荷的波动就会对微电网的稳定运行造成十分严重的 影响。为了调节系统中的峰值负荷，就必须使用调峰电厂来解决，但是现阶段主要运行的调峰电厂，运行昂贵，实现 困难。 储能系统可以有效地解决这个问题，它可以在负荷低落时储存电源的多余电能，而在负荷高峰时回馈给微电网以调 节功率需求。储能系统作为微电网必要的能量缓冲环节，其作用越来越重要。它不仅避免了为满足峰值负荷而安装的 发电机组，同时充分利用了负荷低谷时机组的发电，避免浪费。

③改善微电网电能质量 

      近年来人们对电能质量问题日益关注，国内外都做了大量的研究。微电网要作为一个微源与大电网并网运行 ，必须达到电网对功率因数、电流谐波畸变率、电压闪变以及电压不对称的要求。此外，微电网必须满足自身负荷对 电能质量的要求，保证供电电压、频率、停电次数都在一个很小的范围内。储能系统对于微电网电能质量的提高起着 十分重要的作用，通过对微电网并网逆变器的控制，就可以调节储能系统向电网和负荷提供有功和无功，达到提高电 能质量的目的。 对于微电网中的光伏或者风电等微电源，外在条件的变化会导致输出功率的变化从而引起电能质量的下降。如果将 这类微电源与储能装置结合，就可以很好地解决电压骤降、电压跌落等电能质量问题。在微电网的电能质量调节装置 ，针对系统故障引发的瞬时停电、电压骤升、电压骤降等问题，此时利用储能装置提供快速功率缓冲，吸收或补充电 能，提供有功功率支撑，进行有功或无功补偿，以稳定、平滑电网电压的波动。利用储能系统来解决诸如电 压骤降等电能质量问题。当微电网与大电网并联运行时，微电网相当于一个有源电力滤波器，能够补偿谐波电流和负 载尖峰；当微电网与大电网断开孤岛运行时，储能系统能够很好地保持电压稳定。

④提升微电源性能 

      多数可再生能源诸如太阳能、风能、潮汐能等，由于其能量本身具有不均匀性和不可控性，输出的电能可能随时发 生变化。当外界的光照、温度、风力等发生变化时，微源相应的输出能量就会发生变化，这就决定了系统需要一定的 中间装置来储存能量。如太阳能发电的夜间，风力发电在无风的情况下，或者其他类型的微电源正处于维修期间 ，这时系统中的储能就能起过渡作用，其储能的多少主要取决于负荷需求。

2.微电网中各种储能方式比较 ：

     鉴于微电网系统的特点和储能的作用，对储能装置的性能特点具有较为独特的要求。概括起来包括：能量密度大， 能够以较小的体积重量提供较大的能量；功率密度大，能够提供系统功率突变时所需的补偿功率，具有较快的响应速 度；储能效率高；高低温性能好，能够适应一些特殊环境；以及环境友好等。现阶段微电网中可利用的储能装置很多 ，主要包括蓄电池储能、超导储能、飞轮储能、超级电容器储能等。

2.1蓄电池储能 

      蓄电池储能是目前微电网中应用最广泛、最有前途的储能方式之一。蓄电池储能可以解决系统高峰负荷时的电能需 求，也可用蓄电池储能来协助无功补偿装置，有利于抑制电压波动和闪变。然而蓄电池的充电电压不能太高，要求充 电器具有稳压和限压功能。蓄电池的充电电流不能过大，要求充电器具有稳流和限流功能，所以它的充电回路也比较 复杂。另外充电时间长，充放电次数仅数百次，因此限制了使用寿命，维修费用高。如果过度充电或短路容易爆炸， 不如其他储能方式安全。由于在蓄电池中使用了铅等有害金属，所以其还会造成环境污染。蓄电池的效率一般在60% ~80%之间，取决于使用的周期和电化学性质。

目前，按照其使用不同的化学物质，可以将蓄电池储能分为以下几种方式： 

①铅酸蓄电池

       尽管铅酸蓄电池还有不少缺点，但是目前能够商业化运用的主要还是铅酸蓄电池，它具有几个比较显著的优点：成 本低廉，原材料丰富，制造技术成熟，能够实现大规模生产。但是铅酸蓄电池体积较大，特性受环境温度影响比较明显。

②锂离子电池 

      锂离子电池是近年来兴起的新型高能量二次电池，由日本的索尼公司在1992年率先推出。其工作电压高、体积小、 储能密度高（300～400kWh/m3）、无污染、循环寿命长。但是锂离子电池要想大规模生产还有一定难度，因为它特 殊的包装和内部的过充电保护电路造成了锂离子电池的高成本。

③其他电池 

      随着技术的不断发展，近年来钠硫电池和液流钒电池的研究取得突破性进展。这两种电池具有高能量效率、无放电 现象、使用寿命长等优良特性[8]，在国外一些微电网研究系统中得到运用[9] 。但是，由于价格原因，在微电网中的大规模运用还有待时日。

2.2超导储能 

      超导储能系统（SMES）利用由超导体制成的线圈，将电网供电励磁产生的磁场能量储存起来，在需要时再将储存 的能量送回电网或直接给负荷供电。 SMES与其他储能技术相比，由于可以长期无损耗储存能量，能量返回效率很高；并且能量的释放速度快，通常只 需几秒钟，因此采用SMES可使电网电压、 频率、有功和无功功率容易调节。但是，超导体由于价格太高，造成了一次性投资太大。随着高温超导和电力电子技术的发展促进了超导储能装置在 电力系统中的应用，在20世纪90年代已被应用于风力发电系统和光伏发电系统。SMES快速的功率吞吐能力和较为灵 活的四象限调节能力，使得它可以有效地跟踪电气量的波动，提高系统的阻尼。提出使用超导储能单元使风 力发电机组输出的电压和频率稳定，SMES单元接于异步发电机的母线上，SMES的有功控制器采用异步发电机的转速 偏差量作为控制信号。利用超导储能系统使光伏系统运行稳定性增加，并能提高吸收和释放有功、无功的速 率。

2.3飞轮储能 

      飞轮储能技术是一种机械储能方式。早在20世纪50年代就有人提出利用高速旋转的飞轮来储存能量，并应用于电动 汽车的构想。但是直 到80年代，随着磁悬浮技术、高强度碳素纤维和现代电力电子技术的新进展，使得飞轮储能才真正得到应用。 。当飞轮存储能量时，电动机带动飞轮旋转加速，飞轮将电能储存为机械能；当外部负 载需要能量时，飞轮带动发电机旋转，将动能变换为电能，并通过电力电子装置对输出电能进行频率、电压的变换， 满足负载的需求。飞轮储能具有效率高  、建设周期短、寿命长、高储能量等优点，并且充电快捷，充放电次数无限，对环境无污染。但是，飞轮储能的维护 费用相对其他储能方式要昂贵得多。国内外对其在微电网中的运用做了不少研究。提到利用飞轮储能解决微 电网稳定性的问题，建立了微网中的飞轮储能模型，并利用PQ控制实现了系统的稳定性。采用静止无功补偿 器与飞轮储能系统相结合，以减小风电引起的电能质量问题，文中建立了系统的模型，并取得了很好的效果。

2.4超级电容器储能 

      超级电容器是由特殊材料制作的多孔介质，与普通电容器相比，它具有更高的介电常数，更大的耐压能力和更大的 存储容量，又保持了传统电容器释放能量快的特点，逐渐在储能领域中被接受。根据储能原理的不同，可以把超级电 容器分为双电层电容器和电化学电容器。 超级电容器作为一种新兴的储能元件，它与其他储能方式比较起来有很多的优势。超级电容器与蓄电池比较具有功 率密度大、充放电循环寿命长、充放电效率高、充放电速率快 、高低温性能好、能量储存寿命长等特点。与飞轮储能和超导储能相比，它在工作过程中没有运动部件，维护工作极少，相应的可靠性非常高。这样的 特点使得它在应用于微电网中有一定优势。在边远的缺电地区，太阳能和风能是最方便的能源，作为这两种电能的储能系统，蓄电池有使用寿命短、有污染的弱点，超导储能和飞轮储能成本太高，超级电容器成为较为理想的储能装置 。目前，超级电容器已经不断应用于诸如高山气象台、边防哨所等的电源供应场合。 但是超级电容器也存在不少的缺点，主要有能量密度低、端电压波动范围比较大 、电容的串联均压问题。

2.5超级电容器与蓄电池混合储能系统 

      从蓄电池和超级电容器的特点来看，两者在技术性能上有很强的互补性。蓄电池的能量密度大，但功率密度小，充 放电效率低，循环寿命短，对充放电过程敏感，大功率充放电和频繁充放电的适应性不强。而超级电容器则相反，其 功率密度大，充放电效率高，循环寿命长，非常适应于大功率充放电和循环充放电的场合，但能量密度与蓄电池相比 偏低，还不适宜于大规模的电力储能。 如果将超级电容器与蓄电池混合使用，使蓄电池能量密度大和超级电容器功率密度大、循环寿命长等特点相结合， 无疑会大大提高储能装置的性能。研究发现，超级电容器与蓄电池并联，可以提高混合储能装置的功率输 出能力、降低内部损耗、增加放电时间；可以减少蓄电池的充放电循环次数，延长使用寿命；还可以缩小储能装置的 体积、改善供电系统的可靠性和经济性。国外在这方面作了一些理论研究和模型测试，研究了混合储能系 统在可再生能源的利用。 根据系统的实际情况和负载用电的要求，蓄电池和超级电容器可以包括直接并联、同电感器并联和同功率变换器并 联等，通过后一种方式可以利用功率变换器的变流作用，获得最大的性能提高。

2.6其他储能 

      在微电网系统中，除了以上几种储能方式外，还有可能用到抽水储能、压缩空气储能等。抽水储能在集中方式中用 得较多，并且主要是用来调峰。压缩空气储能是将空气压缩到高压容器中，它是一种调峰用燃气轮机发电厂，但是当 负荷需要时消耗的燃气比常规燃气轮机消耗的要少40%。表1为各种储能方式性能比较。现阶段由于技术和成本的原因，铅酸蓄电池的优势还比较明显，但是从长远考虑，随着其他储能方式价格的下降、技术的成熟和 环保要求的逐渐提高，其他储能以及混合储能将会在微电网中得到更加广泛的运用。

3.微电网储能研究发展趋势 

      通过以上分析可知，各种储能方法都不能完全兼顾安全性、高比功率、高比能量、长使用寿命、技术成熟以及工作 温度范围宽等多方面的要求。由于微电网储能技术发展还处于起步阶段，各种储能技术发展还很不成熟，因此微电网 中的储能技术还有很大的研究前景和发展空间。

①研发快速高效低成本的储能电池：

      现阶段成本过高是储能技术大规模推广运用的最大瓶颈，提高转换效率和降 低成本是储能技术研发的一个重要方向。储能技术在提高微电网稳定性和电能质量的过程中，电能的存储和释放速度 是控制的关键。

②各种储能技术的有机结合：

      由于各种微电网储能方法均存在着一定的缺点或者局限性，并且由于本身的固有特 性对其进行改进又要付出实现难易度以及成本上的代价，因此对各种方法有机结合则可以扬长避短，充分发挥各种方 法的优点，实现能量和功率等方面的多重要求，并且可以显著延长储能元件的循环寿命，这也成为储能研究的一个新 热点。提出在分布式发电中以燃料电池做主能量源，蓄电池和超级电容器作辅助能源，提高系统使用寿命 。

③储能系统在微电网中应用的分析理论和方法：

      在充分理解含储能装置的微电网的动态特性的基础上，研究储能 装置内部的复杂非线性电磁问题，以及储能装置和系统中元件之间的相互作用。

④市场化条件下储能装置实现能量管理的理论和方法：

      微电网中储能装置的拥有者必须得到实时的电网信息，包 括电价以及电网故障等，才能使微电网储能装置的作用得到充分发挥。