新能源变电站中储能系统与变电设备的协同运行机制分析

引言

在全球能源转型和 “双碳” 目标的推动下，新能源（如风能、太阳能等）的开发和利用得到了前所未有的重视。新能源变电站作为新能源电力接入电网的重要枢纽，承担着电能转换、分配和控制的重要任务。然而，新能源发电具有较强的波动性和间歇性，这给电网的稳定运行带来了巨大挑战。储能系统具有快速充放电、能量调节灵活等特点，能够有效平抑新能源发电的波动，提高电力系统的稳定性和可靠性。变电设备则是变电站实现电能转换和传输的核心装置，其运行状态直接影响变电站的性能。因此，实现储能系统与变电设备的协同运行，成为新能源变电站高效、稳定运行的关键所在。本文围绕新能源变电站中储能系统与变电设备的协同运行机制展开研究，首先分析两者协同运行的必要性，然后探讨协同运行的关键技术，最后提出优化策略，以期为相关领域的研究和实践提供有益的借鉴。

一、储能系统与变电设备协同运行的必要性

（一）平抑新能源发电波动

新能源发电受自然条件影响较大，如风速、光照强度的变化会导致风电和光伏发电输出功率的剧烈波动。这种波动若直接接入电网，会对电网的频率、电压等参数产生不利影响，甚至引发电网故障。储能系统可以通过快速充放电，将新能源发电的多余电能储存起来，在发电不足时释放，从而平抑功率波动。而变电设备则需要根据储能系统的充放电状态和新能源发电的输出情况，及时调整自身的运行参数，确保电能的稳定转换和传输，两者协同配合才能有效解决新能源发电波动问题。

（二）提高能源利用效率

在新能源变电站中，存在着大量的能量损耗，如变电设备的铜损、铁损等。储能系统与变电设备协同运行，可以通过合理的能量调度，减少不必要的能量转换和传输环节，降低能量损耗。例如，当新能源发电功率较高且本地负荷需求较小时，储能系统可以将多余的电能储存起来，避免电能的浪费；当本地负荷需求较大而新能源发电不足时，储能系统释放储存的电能，减少从外部电网的购电，提高能源的利用效率。

（三）增强电网稳定性和可靠性

随着新能源在电力系统中的占比不断提高，电网的惯性和抗干扰能力逐渐下降，系统的稳定性和可靠性面临严峻考验。储能系统具有快速响应能力，可以在电网发生故障或扰动时，迅速提供有功和无功支持，维持电网的稳定运行。变电设备则在储能系统的支持下，能够更可靠地实现电能的转换和分配，减少因设备故障导致的停电事故。两者的协同运行可以显著增强电网的稳定性和可靠性。

二、储能系统与变电设备协同运行的关键技术

（一）能量管理技术

能量管理技术是实现储能系统与变电设备协同运行的核心。该技术通过对新能源发电预测、负荷需求预测以及储能系统状态的监测，制定合理的能量调度计划，实现能量的优化分配。具体来说，能量管理系统需要实时采集新能源发电功率、负荷功率、储能系统的荷电状态（SOC）、变电设备的运行参数等信息，进行综合分析和判断。根据分析结果，确定储能系统的充放电策略和变电设备的运行模式，以最小化能源成本、最大化能源利用效率为目标，实现两者的协同运行 [1]。例如，在光伏发电高峰期，若负荷需求较低，能量管理系统会指令储能系统进行充电，同时调整变电设备的运行状态，减少电能向外部电网的传输；在负荷高峰期，若光伏发电不足，能量管理系统会指令储能系统放电，配合变电设备满足负荷需求。

（二）调度控制技术

调度控制技术是确保储能系统与变电设备按照能量管理系统制定的计划准确运行的关键。该技术包括对储能系统的充放电控制和对变电设备的运行控制。对于储能系统，调度控制技术需要根据能量管理系统的指令，精确控制其充放电功率和时间，确保其运行在安全、高效的范围内。同时，要实现储能系统与电网的平滑并网和离网，避免对电网造成冲击。对于变电设备，调度控制技术需要根据系统的运行状态，实时调整变压器的分接头、断路器的开合等，确保电能的质量和传输的可靠性。例如，当储能系统进行大功率放电时，调度控制技术会控制变电设备的相关参数，保证输出电压的稳定；当新能源发电功率突然增加时，及时调整变电设备的运行状态，防止设备过载 [2]。

三、储能系统与变电设备协同运行的优化策略

（一）优化能量调度策略

为了提高储能系统与变电设备协同运行的效率，需要优化能量调度策略。首先，应提高新能源发电预测和负荷需求预测的准确性。可以采用先进的预测算法，如神经网络、支持向量机等，结合历史数据和实时气象信息，提高预测精度。其次，在制定能量调度计划时，应综合考虑储能系统的充放电效率、变电设备的损耗特性以及电网的电价政策等因素。例如，在电价低谷时段，可利用外部电网为储能系统充电；在电价高峰时段，优先使用储能系统的电能和新能源发电，减少从外部电网的购电，降低运行成本。此外，还应根据储能系统的 SOC 和变电设备的运行状态，动态调整调度计划，确保两者始终运行在最佳状态。

（二）加强设备状态监测与维护

储能系统和变电设备的运行状态直接影响协同运行的效果，因此需要加强设备状态监测与维护。通过安装传感器和监测装置，实时监测储能系统的电压、电流、温度、SOC 等参数，以及变电设备的温度、振动、绝缘性能等参数。利用大数据分析和人工智能技术，对监测数据进行处理和分析，及时发现设备的潜在故障和性能退化趋势，提前进行维护和检修。例如，当监测到储能电池的温度异常升高时，及时采取降温措施，防止电池损坏；当发现变电设备的绝缘性能下降时，及时进行检修，避免发生短路故障。通过加强设备状态监测与维护，可以提高设备的可靠性和使用寿命，保障协同运行的稳定性。

（三）完善协同控制策略

完善的协同控制策略是实现储能系统与变电设备高效协同运行的重要保障。协同控制策略应根据不同的运行工况和系统需求，灵活调整控制方式。例如，在电网发生故障时，协同控制策略应优先保证储能系统提供有功和无功支持，维持电网电压和频率的稳定，同时控制变电设备快速隔离故障区域，防止故障扩大；在正常运行时，协同控制策略应注重提高能源利用效率和降低运行成本 [3]。此外，还应考虑储能系统和变电设备之间的动态响应特性，确保控制指令的快速执行和准确响应。

结论

新能源变电站中储能系统与变电设备的协同运行是提高新能源电力利用效率、保障电网稳定运行的关键。本文通过分析两者协同运行的必要性，阐述了其在平抑新能源发电波动、提高能源利用效率和增强电网稳定性方面的重要作用。同时，探讨了能量管理技术、调度控制技术和通信与信息交互技术在协同运行中的关键作用，并提出了优化能量调度策略、加强设备状态监测与维护以及完善协同控制策略等优化措施。未来，随着新能源发电技术的不断发展和储能技术的日益成熟，储能系统与变电设备的协同运行机制将更加完善。

参考文献

[1] 李翔 . 新能源变电站储能系统与变压器协同运行控制策略 [J]. 电力系统自动化，2022, 46 (10): 123-130.

[2] 袁丽坚 . 基于能量管理的储能与变电设备协同优化运行研究 [J]. 中国电机工程学报，2024, 41 (5): 1678-1687.

[3] 王浩 , 高朝祥 . 新能源变电站中储能系统与配电设备协同控制技术 [J].电力自动化设备，2025, 40 (8): 98-104.