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基于BESS的大规模光伏并网暂态稳定性能提升研究：理论、仿真与实践

一、引言

1.1研究背景与意义

在全球能源转型的大背景下，随着传统化石能源的日益枯竭以及环境问题的愈发严峻，可再生能源的开发与利用成为了实现可持续发展的关键。太阳能作为一种清洁、丰富且分布广泛的可再生能源，在能源领域的地位愈发重要。光伏发电作为太阳能利用的主要方式之一，近年来得到了迅猛发展。据国际能源署（IEA）数据显示，过去十年间，全球光伏发电装机容量以年均超过20%的速度增长，到2023年底，全球光伏发电累计装机容量已突破1TW大关，众多国家纷纷制定了大规模的光伏发展规划，如中国提出的“双碳”目标，极大地推动了光伏产业的蓬勃发展，国内光伏装机规模持续扩大，分布式光伏在新农村建设、工业园区改造等领域广泛应用，集中式光伏电站也在各地不断涌现。

然而，大规模光伏并网给电力系统的稳定运行带来了诸多挑战，其中暂态稳定问题尤为突出。当电力系统遭受诸如短路故障、负荷突变、雷击等大扰动时，系统的电压、电流和功率会发生急剧变化，而光伏发电系统由于自身特性，如缺乏传统同步发电机的惯性支撑、输出功率受光照强度和温度等环境因素影响较大，在暂态过程中难以快速响应并维持稳定运行。研究表明，当光伏接入容量超过电网容量的一定比例（如10%-20%）时，暂态稳定性风险会显著上升，可能导致系统电压崩溃、频率失稳以及光伏电站脱网等严重后果，进而影响电力系统的供电可靠性和安全性。

电池储能系统（BatteryEnergyStorageSystem，BESS）作为一种有效的储能手段，能够在电力系统暂态过程中发挥关键作用。BESS具有快速充放电的特性，在光伏输出功率突降时，可迅速释放储存的电能，补充系统功率缺额，维持系统电压和频率的稳定；而在光伏输出功率过剩时，又能及时储存多余电能，避免功率波动对电网造成冲击。以美国加利福尼亚州的某大型光伏电站为例，该电站配置了大规模的BESS，在实际运行中，当电网发生故障导致电压暂降时，BESS在几毫秒内快速响应，向系统注入无功功率，有效抑制了电压的进一步跌落，保障了光伏电站的持续稳定运行和电网的安全。

提升大规模光伏并网的暂态稳定性能，对于促进光伏能源的高效利用、推动能源结构转型以及保障电力系统的可靠运行具有重要意义。通过深入研究BESS在提升光伏并网暂态稳定性能方面的作用机制和应用策略，能够为实际工程提供理论支持和技术指导，有助于解决大规模光伏并网带来的稳定性难题，降低系统运行风险，提高光伏能源在电力系统中的渗透率，助力实现全球能源的可持续发展目标。

1.2国内外研究现状

在大规模光伏并网方面，国外诸多发达国家走在了前列。德国作为全球光伏发电的领军者之一，其在光伏并网技术和政策支持体系上进行了大量探索。通过完善的补贴政策和先进的并网标准，德国推动了大规模光伏电站和分布式光伏的广泛应用，并深入研究了不同地区光照条件下光伏并网的最佳配置方案，如在光照资源丰富的南部地区，集中式光伏电站规模较大，而在人口密集的城市区域，分布式光伏与建筑一体化的应用较为普遍。美国也积极布局光伏产业，加利福尼亚州制定了严格的可再生能源配额制，促使大量光伏项目并网，其对光伏并网后的电网潮流分布、电能质量等问题展开了深入研究，研发出先进的监测与管理系统，实时监控大规模光伏并网后的电网运行状态。

国内对于大规模光伏并网的研究也取得了显著成果。在理论研究层面，众多科研机构和高校针对我国复杂的电网结构和多样化的地理环境，分析了光伏并网的适应性问题，提出了适合不同地区的光伏并网规划方法。例如，在西北等太阳能资源富集地区，研究如何优化集中式光伏电站的布局和容量配置，以减少对电网的冲击；在东部负荷中心，探讨分布式光伏与配电网的融合发展模式，提高能源利用效率。在工程实践方面，我国建成了多个大型光伏基地，如青海、新疆等地的百万千瓦级光伏电站群，积累了丰富的工程建设和运行经验，不断优化光伏电站的设计、施工和运维技术。

在BESS应用于电力系统的研究中，国外侧重于储能系统的优化配置和控制策略。美国电力科学研究院（EPRI）开展了一系列关于BESS在电网中应用的项目，研究不同应用场景下BESS的最佳容量配置和充放电控制策略，以实现储能系统经济效益和社会效益的最大化。欧洲一些国家则重点研究BESS与可再生能源的协同运行，通过实时监测可再生能源的输出功率和电网负荷变化，动态调整BESS的充放电状态，提高能源的稳定性和可靠性。

国内在BESS的研发和应用上也发展迅速。在技术研发方面，不断提高电池储能的能量密度、充放电效率和循环寿命，降低成本。例如，我国在锂电池技术上取得了重大突破，磷酸铁锂电池的性能不断提升，应用范围逐渐扩大。在应用研究方面，