分布式儲能系統(tǒng)典型應用模式分析

李浩成　馬鋒　梁自維　索智勇　陳健卯

摘? 要：分布式儲能系統(tǒng)在用戶側、配網(wǎng)側、分布式電源及微電網(wǎng)側等領域具有廣泛的適用性，將產(chǎn)生良好的經(jīng)濟效益與社會效益。根據(jù)分布式儲能系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀，并分析了典型應用模式下分布式儲能系統(tǒng)的應用功能與運行效果。通過對運行效果的分析，提出典型應用模式下分布式儲能系統(tǒng)容量優(yōu)化配置的約束條件、目標函數(shù)。

關鍵詞：分布式儲能;應用模式;應用功能;目標函數(shù);約束條件

中圖分類號：TK02;TM61? ? ? 文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2020）02-0159-03

Abstract：The distributed energy storage system has wide applicability in the fields of user side，distribution network side，distributed power source and micro grid side，etc.，and will produce good economic and social benefits. According to the research status of distributed energy storage systems，the application functions and operating effects of distributed energy storage systems under typical application modes are analyzed. Based on the analysis of the operation effect，the constraint conditions and objective functions of the optimal capacity allocation of the distributed energy storage system under the typical application mode are proposed.

Keywords：distributed energy storage;application mode;application function;objective function;constraint condition

0? 引? 言

近年來，分布式電源大量接入電網(wǎng)和電網(wǎng)負荷峰谷差的不斷增大給配電網(wǎng)的規(guī)劃運營帶來了新的問題。儲能技術的應用一方面可與分布式電源相結合，減少其隨機性，提高其可調(diào)性;另一方面，可用于應對系統(tǒng)峰谷調(diào)節(jié)及配電線路阻塞等問題。

對于配電網(wǎng)來說，分布式儲能作為配電網(wǎng)電源的備用，可以提高負荷的供電可靠性及電能質量，它的靈活性和高效性能滿足未來能源可持續(xù)發(fā)展的要求;對于分布式電源來說，分布式儲能系統(tǒng)的接入能夠減小棄風、棄光量，提高能源利用效率;對于用戶來說，分布式儲能可用于用戶分時電價管理、容量費用管理、電能質量管理等方面。

基于上述背景與需求，本文總結分布式儲能系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀，并分析典型應用模式下分布式儲能系統(tǒng)的應用功能與運行效果。根據(jù)對運行效果的分析，提出在典型應用模式下分布式儲能運行需考慮的約束條件、目標函數(shù)。

1? 分布式儲能系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀

目前，國內(nèi)外機構對分布式儲能展開的大量研究涉及了規(guī)劃因素、評價指標、功能作用、求解方法等多個方面。

1.1? 規(guī)劃因素

儲能單元的定址定容不同于其他分布式電源，如光伏電站的定址定容。由于其需通過功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)接入電網(wǎng)，因此規(guī)劃時不僅需考慮接入位置和額定容量，還應考慮額定功率，除此之外儲能功能的實現(xiàn)與調(diào)度策略密切相關，且不同類型的儲能單元具有不同的物理參數(shù)，使用時應按照實際所需進行選取。因此，儲能單元定址定容中的規(guī)劃因素應包括儲能類型、接入位置、儲能容量、儲能功率和調(diào)度策略。

1.2? 評價指標

評價指標是衡量儲能單元接入電網(wǎng)后系統(tǒng)運行狀態(tài)的重要尺度，評價指標的合理性和準確性將會影響最終得到的儲能規(guī)劃方案。儲能單元在定址定容中的評價指標可分為經(jīng)濟性指標和技術性指標兩類。經(jīng)濟性指標主要反映儲能單元接入后系統(tǒng)運行的經(jīng)濟性，如購電費用及儲能損耗成本、儲能年均最小成本、微電網(wǎng)運行成本和系統(tǒng)發(fā)電成本等成本指標及提高可再生能源發(fā)電等收益指標，而技術性指標主要反映儲能單元接入后系統(tǒng)的運行性能，如電壓性指標、網(wǎng)絡損耗及削減負荷量指標。

1.3? 功能作用

儲能單元接入位置不同，其功能作用也不同。接于配電網(wǎng)時，可減輕配電線路阻塞、延緩配電網(wǎng)升級改造;接于用戶側時，可進行需求電費管理并提供可靠性服務;接于可再生能源側時，可平抑可再生能源波動、實現(xiàn)削峰填谷、改善電壓質量。儲能單元在定址定容時可按照所設定的功能進行求解。

1.4? 求解方法

儲能單元的定址定容求解方法包括波動平抑法、差額補償法和智能優(yōu)化法。波動平抑法是針對功率的波動平抑要求對儲能單元進行規(guī)劃，功率波動率一般設置為不超出某一定值或在某一區(qū)間內(nèi)。差額補償法是利用儲能單元的充放電特性來滿足給定可再生能源的功率大小要求。智能優(yōu)化法是建立合適的目標函數(shù)和約束條件，采用智能優(yōu)化算法如遺傳算法、粒子群算法或不同算法的組合對儲能單元的定址定容進行求解。

儲能單元定址定容過程中的規(guī)劃因素包括儲能類型、接入位置、儲能容量、儲能功率和調(diào)度策略，在確定需實現(xiàn)的功能作用后，制定合理的評價指標，采用適當?shù)那蠼夥椒▽δ軉卧M行定址、定容求解。

2? 分布式儲能系統(tǒng)的應用模式

目前，分布式儲能系統(tǒng)的應用場景主要包含用戶側、分布式電源側和配網(wǎng)側3個方面，其投資主體包括用戶、分布式電源投資商和電網(wǎng)公司，多以分布式電源、用戶側或微電網(wǎng)為背景引入。

2.1? 用戶側

分布式儲能在用戶端的應用主要集中于用戶分時電價管理、容量費用管理、電能質量管理三個方面。其中，分時電價管理和容量費用管理功能的實現(xiàn)要依賴于電力市場中存在分時電價和容量電價體系。分布式儲能在用戶端的另一種應用模式是通過用戶側建設分布式發(fā)電和微電網(wǎng)來實現(xiàn)的。

2.2? 配網(wǎng)側

儲能在配電網(wǎng)側的應用主要包括無功支持、緩解配電阻塞、延緩配電設備擴容等。儲能在緩解配電設備阻塞和延緩配電設備擴容兩個方面的應用，相對簡單的擴容升級，更加靈活，減少了投資的風險，提高了電力資產(chǎn)的利用率。在最大負荷接近設備容量的輸配電系統(tǒng)內(nèi)，將儲能安裝在原本需要升級的輸配電的下游位置來延緩或者避免擴容，利用較小容量的儲能設備來延緩需要很大投入的電網(wǎng)擴容投資。這樣做可以提高電力資產(chǎn)的利用率，更高效地利用電力企業(yè)的資金，而且還可以減少大規(guī)模資金投入產(chǎn)生的風險。

2.3? 分布式電源側

分布式電源接入電網(wǎng)主要會在電壓控制、電能質量等方面引起問題。儲能技術的應用可以對分布式電源的接入提供有效的支持，包括抑制功率波動、提升電能質量、促進分布式電源的消納、提高配電設施的利用率、增強配電網(wǎng)的電壓控制及自恢復能力等。

3? 分布式儲能系統(tǒng)的典型應用案例

分布式儲能系統(tǒng)的應用取決于儲能技術特征與應用場景需求的對應性，不同的應用場景對儲能系統(tǒng)的功率特性與容量特性有不同的要求。截至目前，儲能系統(tǒng)在分布式電源側、配電網(wǎng)側、用戶側的示范項目數(shù)量較多，本文將從上述3個大場景分別進行應用案例的分析。

分布式儲能在分布式電源側的應用主要體現(xiàn)在通過儲能技術的快速響應速度，在進行輔助動態(tài)運行時提高發(fā)電機組的效率，減少碳排放;降低或延緩對新建發(fā)電機組容量的需求等。如遼寧臥牛石風電場全釩液流電池儲能示范電站，49.5兆瓦的風電場配備10%比例的儲能系統(tǒng)（5兆瓦）、儲能裝置容量按5 MW×2 h配置，包括電池組、電池管理系統(tǒng)、儲能逆變器、升壓變壓器和就地監(jiān)控系統(tǒng)及儲能電站監(jiān)控系統(tǒng)等設備。該儲能系統(tǒng)用于跟蹤計劃發(fā)電、平滑風電功率輸出，還具備暫態(tài)有功出力緊急響應、暫態(tài)電壓緊急支撐功能。

分布式儲能在配電網(wǎng)側的應用主要體現(xiàn)在無功支持、緩解輸電阻塞、延緩輸配電設備擴容等。如深圳寶清儲能電站示范工程，工程建設規(guī)模為4 MW/16 MWh。至2012年6月，累計實施削峰4980次、填谷3120次，實現(xiàn)了配電網(wǎng)側的削峰填谷等多項應用功能。

分布式儲能在用戶側的應用主要體現(xiàn)在用戶分時電價管理、容量費用管理、電能質量管理等。深圳欣旺達園區(qū)微電網(wǎng)示范工程包含鋰電池儲能、太陽能光伏、負荷等三部分。太陽能光伏裝機容量460 kWp，通過2臺250 kW的光伏逆變器接入微電網(wǎng)內(nèi)部;鋰電池儲能容量600 kWh，使用1臺300 kW的儲能雙向變流器接入微電網(wǎng)。儲能有效地解決可再生能源發(fā)電的間歇性問題，降低用戶側用電成本。

4? 分布式儲能系統(tǒng)容量優(yōu)化配置

通過對分布式儲能系統(tǒng)典型應用場景的調(diào)研和分析，得到了分布式儲能系統(tǒng)在容量配置方面需要考慮的因素。各類應用場景的目標函數(shù)和約束條件如表1所示。

5? 分布式儲能系統(tǒng)的研究展望

目前，分布式儲能優(yōu)化配置多是針對特定的接入點進行功率與容量的優(yōu)化配置，且儲能容量配置多考慮單一功能，然而現(xiàn)實中儲能的應用功能不止一個。因此，在后續(xù)儲能容量優(yōu)化配置輔助分析軟件開發(fā)過程中，應考慮“一主多輔”的儲能應用場景，建立多目標優(yōu)化函數(shù)，求解在“一主多輔”應用場景下的容量配置方案。

分布式儲能的接入及出力具有分散布局等特點，若缺乏有效的調(diào)控手段，相當于一大批隨機性的擾動電源，不僅不利于電網(wǎng)頻率、電壓、電能質量的改善，還會造成儲能資源的浪費。

因此，需要在配電網(wǎng)中合理規(guī)劃分布式儲能系統(tǒng)，調(diào)控其與分布式電源和負荷協(xié)調(diào)運行;同時，通過調(diào)控匯聚多點分布的規(guī)?；姆植际絻δ芟到y(tǒng)，參與電網(wǎng)調(diào)峰、調(diào)頻和調(diào)壓等輔助服務，提高電網(wǎng)運行效率。

6? 結? 論

分布式儲能系統(tǒng)在分布式可再生能源側、配電網(wǎng)側、用戶側等應用場景具有廣泛的適用性，是我國建設智能電網(wǎng)不可或缺的重要手段之一。具有重大的戰(zhàn)略需求、重要的研究價值和巨大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

參考文獻：

[1] 修曉青，李建林，惠東.用于電網(wǎng)削峰填谷的儲能系統(tǒng)容量配置及經(jīng)濟性評估 [J].電力建設，2013，34（2）：1-5.

[2] 高宇.微電網(wǎng)混合儲能系統(tǒng)的能量管理控制策略探究 [J].現(xiàn)代信息科技，2019，3（7）：34-36.

[3] 陳海生，劉暢，齊智平.分布式儲能的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢 [J].中國科學院院刊，2016，31（2）：224-231.

作者簡介：李浩成（1977.06-），男，漢族，廣東佛山人，配電線路工高級技師，本科，畢業(yè)于吉林大學，研究方向：配電運行、檢修、職工創(chuàng)新等工作。