儲(chǔ)能技術(shù)在高比例可再生能源電力系統(tǒng)中的應(yīng)用

王玥嬌，張興友，郭俊山

（山東電力研究院，山東 濟(jì)南 250003）

0 引言

長(zhǎng)期的化石燃料使用逐漸引起了能源安全、溫室效應(yīng)和環(huán)境惡化等問(wèn)題，對(duì)全球生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重威脅［1］。以風(fēng)能、太陽(yáng)能為代表的新能源具有分布廣泛、可持續(xù)和清潔環(huán)保等優(yōu)勢(shì)，因此，大力發(fā)展可再生能源已經(jīng)成為人類應(yīng)對(duì)能源危機(jī)和氣候問(wèn)題的重大戰(zhàn)略方向之一［2］。

在能源革命的驅(qū)動(dòng)下，世界各國(guó)都在加速推進(jìn)清潔能源轉(zhuǎn)型。巴拉圭、冰島、挪威等國(guó)家已經(jīng)實(shí)現(xiàn)或接近100%可再生能源電力系統(tǒng)［3］。中國(guó)可再生能源發(fā)展相關(guān)政策提出了到2030 年非化石能源占一次能源消費(fèi)比重達(dá)到20%，非化石能源發(fā)電量占全部發(fā)電量的比重力爭(zhēng)達(dá)到50%的目標(biāo)［4］。數(shù)據(jù)表明，2010 年后，中國(guó)可再生能源發(fā)電占比提升迅速，尤其是風(fēng)電、光伏、水電占比迅速提高，如圖1 所示［5］。截至2019 年底，中國(guó)可再生能源發(fā)電裝機(jī)約占全部電力裝機(jī)的39.5%，同比上升1.1%；可再生能源發(fā)電裝機(jī)容量達(dá)到794 GW，同比增長(zhǎng)9%；水電、風(fēng)電和光伏裝機(jī)容量分別為356 GW、210 GW 和205 GW，同比增長(zhǎng)1.1%、14%和17.3%［6］?？稍偕茉锤弑壤尤腚娋W(wǎng)已經(jīng)成為中國(guó)電力系統(tǒng)的重要特征［7］。

圖1 2000—2018年中國(guó)發(fā)電量變化

然而，可再生能源在迅猛發(fā)展的同時(shí)，也為電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行帶來(lái)挑戰(zhàn)。如圖2［5］所示，在2018年裝機(jī)容量占比中，風(fēng)電光伏共占19%份額。一方面，以風(fēng)電、光伏為代表的新能源出力具有波動(dòng)性、間歇性和反調(diào)峰特性，難以參與電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)調(diào)度，導(dǎo)致電力系統(tǒng)中出現(xiàn)功率不平衡、頻率波動(dòng)和電壓穩(wěn)定性等問(wèn)題［8-9］。另一方面，由于我國(guó)風(fēng)、光資源高度集中，而電網(wǎng)接納能力不足，棄風(fēng)棄光問(wèn)題逐漸凸顯，嚴(yán)重制約大規(guī)模風(fēng)、光能源的發(fā)展［10-11］。

圖2 2018年中國(guó)各類電源裝機(jī)容量占比

近年來(lái)，儲(chǔ)能技術(shù)不斷發(fā)展與完善。儲(chǔ)能系統(tǒng)具有雙向的功率調(diào)節(jié)能力，利用儲(chǔ)能元件靈活地存儲(chǔ)和釋放電能，可以保證電力系統(tǒng)內(nèi)的實(shí)時(shí)功率平衡，改善頻率特性，解決電壓波動(dòng)問(wèn)題，提升可再生能源接納能力［12-13］。因此，儲(chǔ)能技術(shù)在發(fā)電、輸電、配用、用電等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用［14-16］。首先總結(jié)了當(dāng)前儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及優(yōu)勢(shì)，然后分別介紹輔助風(fēng)電、光伏消納的儲(chǔ)能系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度方法，最后闡述了儲(chǔ)能參與電力系統(tǒng)頻率和電壓調(diào)整的配置方法和控制策略。

1 儲(chǔ)能技術(shù)現(xiàn)狀及優(yōu)勢(shì)

儲(chǔ)能技術(shù)按能量轉(zhuǎn)換方式可分為電儲(chǔ)能、熱儲(chǔ)能、機(jī)械儲(chǔ)能、電化學(xué)儲(chǔ)能和化學(xué)儲(chǔ)能等。

1.1 電儲(chǔ)能

電儲(chǔ)能又稱電磁儲(chǔ)能，現(xiàn)階段較為常見(jiàn)的包括超級(jí)電容器和超導(dǎo)磁儲(chǔ)能。超級(jí)電容器通過(guò)電磁場(chǎng)來(lái)存儲(chǔ)能量，具有充放電效率高、循環(huán)壽命長(zhǎng)、功率密度大、適用工作溫度范圍大等優(yōu)點(diǎn)，但其能量密度較低，因此在微電網(wǎng)中一般與蓄電池配合使用［17］。超導(dǎo)磁儲(chǔ)能系統(tǒng)利用超導(dǎo)線圈及變流器等快速存儲(chǔ)電磁能，能量密度大，但造價(jià)昂貴、維護(hù)成本高。

1.2 熱儲(chǔ)能

熱儲(chǔ)能通常被進(jìn)一步分為顯熱儲(chǔ)熱、潛熱（相變）儲(chǔ)熱和熱化學(xué)儲(chǔ)熱三種形式。顯熱儲(chǔ)熱是以改變材料溫度的方式實(shí)現(xiàn)熱能的存儲(chǔ)與釋放，具有成本低和技術(shù)成熟的優(yōu)勢(shì)，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于電力調(diào)峰調(diào)度、火電廠余熱回收和可再生能源發(fā)電等領(lǐng)域［14］。潛熱儲(chǔ)熱是利用材料在相變時(shí)的吸熱和放熱過(guò)程進(jìn)行儲(chǔ)能，其儲(chǔ)能密度高、溫度變化小，是目前熱儲(chǔ)能領(lǐng)域的研究重點(diǎn)。熱化學(xué)儲(chǔ)熱通過(guò)可逆熱化學(xué)反應(yīng)的方式實(shí)現(xiàn)熱能存儲(chǔ)，是目前儲(chǔ)熱密度最大的儲(chǔ)熱方式，目前仍處于技術(shù)研發(fā)階段［18］。

1.3 機(jī)械儲(chǔ)能

機(jī)械儲(chǔ)能是通過(guò)機(jī)械能與電能的相互轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)能量的存儲(chǔ)與釋放，主要包括抽水蓄能、壓縮空氣儲(chǔ)能和飛輪儲(chǔ)能等技術(shù)。抽水蓄能技術(shù)的發(fā)展較為成熟，抽水蓄能電站在電力系統(tǒng)中可以起到削峰填谷、調(diào)頻調(diào)相、提供備用容量等作用，但其局限性在于受地理和氣候條件的限制［19］。壓縮空氣儲(chǔ)能一般應(yīng)用于燃?xì)廨啓C(jī)，利用空氣壓縮機(jī)實(shí)現(xiàn)能量存儲(chǔ)，壓縮空氣膨脹做功驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。飛輪儲(chǔ)能將電能與旋轉(zhuǎn)體的動(dòng)能進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換，具有功率密度高、使用壽命長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)。

1.4 電化學(xué)儲(chǔ)能

電化學(xué)儲(chǔ)能利用電池實(shí)現(xiàn)電能的存儲(chǔ)與釋放，本質(zhì)上是可逆的氧化還原反應(yīng)，具有安裝方便、響應(yīng)速度快和技術(shù)成熟的優(yōu)勢(shì)，主要包括鉛酸電池、鋰離子電池、鈉硫電池和液流電池等。其中，鋰離子電池體積小、能量轉(zhuǎn)換效率高、循環(huán)使用壽命長(zhǎng)，主要應(yīng)用于電動(dòng)汽車。電化學(xué)儲(chǔ)能還廣泛應(yīng)用于電網(wǎng)調(diào)頻、調(diào)峰、新能源消納和電力輔助服務(wù)等領(lǐng)域，能夠有效提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性，提升電能質(zhì)量［20］。

1.5 化學(xué)儲(chǔ)能

化學(xué)儲(chǔ)能是通過(guò)電能驅(qū)動(dòng)化學(xué)反應(yīng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)能量存儲(chǔ)的過(guò)程，常見(jiàn)的載體有氫和天然氣。氫儲(chǔ)能的基本原理是電解水，涉及制氫、儲(chǔ)氫、輸氫、用氫4個(gè)環(huán)節(jié)，具有能量密度大、維護(hù)成本低、綠色無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)。氫儲(chǔ)能缺點(diǎn)在于電解水的過(guò)程中釋放了大量的熱能，導(dǎo)致其能量轉(zhuǎn)換率一般僅能達(dá)到30%～50%，而且使用時(shí)還需要考慮氫氣存儲(chǔ)的安全性問(wèn)題。由于氫儲(chǔ)能對(duì)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)功率輸出的不確定性具有很強(qiáng)的適應(yīng)性，因此可以應(yīng)用于風(fēng)電領(lǐng)域，輔助大規(guī)模風(fēng)電機(jī)組進(jìn)行安全并網(wǎng)［21］。

綜上所述，各種儲(chǔ)能方式特點(diǎn)的總結(jié)如表1所示。

表1 儲(chǔ)能技術(shù)及其特點(diǎn)

2 可再生能源消納

2.1 風(fēng)能

中國(guó)“三北”地區(qū)是棄風(fēng)最為嚴(yán)重的地區(qū)，其重要原因是“三北”地區(qū)以熱電機(jī)組為主，在冬季供熱期機(jī)組采用“以熱定電”的運(yùn)行方式，系統(tǒng)調(diào)峰能力下降，靈活性差，風(fēng)電出力高時(shí)被迫棄風(fēng)以保證電能供需平衡［22］。此外，風(fēng)電的反調(diào)峰特性使棄風(fēng)現(xiàn)象進(jìn)一步凸顯。儲(chǔ)能裝置的引入可以平抑風(fēng)電并網(wǎng)后系統(tǒng)負(fù)荷的波動(dòng)性，減少調(diào)節(jié)壓力，增加系統(tǒng)靈活性和彈性［23］。

在熱電機(jī)組中最常見(jiàn)的方式是在電網(wǎng)末端加裝蓄熱式電鍋爐，其基本原理是利用棄風(fēng)電力在負(fù)荷低谷時(shí)儲(chǔ)熱，負(fù)荷高峰時(shí)放熱，促進(jìn)電負(fù)荷向熱負(fù)荷轉(zhuǎn)換［24］。文獻(xiàn)［22］考慮風(fēng)電消納量和系統(tǒng)運(yùn)行成本建立了雙層多目標(biāo)優(yōu)化模型，并利用多目標(biāo)非支配粒子群算法進(jìn)行求解，在吉林某示范工程驗(yàn)證了該方法提高風(fēng)電消納能力的有效性。文獻(xiàn)［25］提出風(fēng)電、蓄熱式電鍋爐供暖調(diào)度優(yōu)化模型，并引入魯棒隨機(jī)優(yōu)化理論描述風(fēng)電出力的不確定性，以北方某實(shí)際項(xiàng)目進(jìn)行仿真，驗(yàn)證了方法的合理性。然而，快速、頻繁地調(diào)節(jié)蓄熱式電鍋爐電極易損害電鍋爐的使用壽命，降低系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。因此，文獻(xiàn)［24］將具有快速、靈活功率調(diào)節(jié)能力的電化學(xué)儲(chǔ)能引入蓄熱式電鍋爐消納風(fēng)電系統(tǒng)中，將電鍋爐擋位調(diào)節(jié)次數(shù)加入目標(biāo)函數(shù)，提出一種基于儲(chǔ)能融合蓄熱式電鍋爐的風(fēng)電消納多目標(biāo)優(yōu)化控制方法，在提升風(fēng)電接納能力的同時(shí)，有效降低了電鍋爐電極調(diào)節(jié)次數(shù)。文獻(xiàn)［26］進(jìn)一步引入包含超級(jí)電容器的混合儲(chǔ)能系統(tǒng)，并考慮儲(chǔ)能系統(tǒng)的使用壽命，搭建了協(xié)同風(fēng)電和電鍋爐擋位調(diào)節(jié)次數(shù)等多目標(biāo)優(yōu)化運(yùn)行的儲(chǔ)能系統(tǒng)控制模型，提升了儲(chǔ)能系統(tǒng)的整體壽命。

加裝儲(chǔ)熱裝置同樣是提升風(fēng)電消納量的有效方法。其基本原理是在非棄風(fēng)時(shí)段，機(jī)組向儲(chǔ)熱裝置蓄熱；在棄風(fēng)時(shí)段，系統(tǒng)處于低負(fù)荷狀態(tài)，此時(shí)由儲(chǔ)熱裝置補(bǔ)充供熱，以降低發(fā)電機(jī)組出力，從而為風(fēng)電提供更大的上網(wǎng)空間［27］。文獻(xiàn)［28］通過(guò)不同運(yùn)行方式的對(duì)比驗(yàn)證了啟停電鍋爐與儲(chǔ)熱裝置協(xié)調(diào)供熱能夠進(jìn)一步提高風(fēng)電消納能力。文獻(xiàn)［29］考慮棄風(fēng)成本及常規(guī)機(jī)組的污染排放，提出了易于發(fā)揮儲(chǔ)熱式電鍋爐優(yōu)勢(shì)的儲(chǔ)熱控制策略，兼顧風(fēng)電消納和對(duì)環(huán)境的保護(hù)。在儲(chǔ)熱電混合儲(chǔ)能系統(tǒng)容量配置方面，文獻(xiàn)［30］提出了一種儲(chǔ)熱電混合儲(chǔ)能系統(tǒng)雙層優(yōu)化模型，實(shí)現(xiàn)了最優(yōu)的系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)效益和功率優(yōu)化分配。在源荷調(diào)度方面，文獻(xiàn)［27］利用價(jià)格型和激勵(lì)型需求響應(yīng)資源，提出了熱電系統(tǒng)日前、日內(nèi)兩階段調(diào)度方法，最大化系統(tǒng)的風(fēng)電消納水平。文獻(xiàn)［31］建立了源荷電熱日前經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型，以綜合能源服務(wù)商形式聚合多類型供能設(shè)備和綜合柔性負(fù)荷，實(shí)現(xiàn)風(fēng)電消納。文獻(xiàn)［32］構(gòu)建了綜合考慮價(jià)格型需求響應(yīng)與風(fēng)電出力不確定性的電熱聯(lián)合調(diào)度模型，提升了風(fēng)電并網(wǎng)的消納量。

抽水蓄能水電站在地理?xiàng)l件允許的情況下，是解決大規(guī)模風(fēng)電消納的有效途徑。文獻(xiàn)［33］綜合考慮抽水蓄能機(jī)組實(shí)現(xiàn)削峰填谷的能力，建立了抽水蓄能電站與風(fēng)電的聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度模型，驗(yàn)證了其提升風(fēng)電消納的有效性。文獻(xiàn)［34］提出一種含抽蓄機(jī)組的魯棒機(jī)組組合優(yōu)化方法，并定量評(píng)估了抽水蓄能機(jī)組對(duì)電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行及電網(wǎng)風(fēng)電消納能力的影響。

此外，從原理上及控制策略來(lái)看，氫儲(chǔ)能［35］、電池儲(chǔ)能［36］、絕緣壓縮空氣儲(chǔ)能［37］等也有望在風(fēng)電消納問(wèn)題中發(fā)揮積極作用。儲(chǔ)能裝置雖是促進(jìn)風(fēng)電消納的關(guān)鍵技術(shù)，但目前的研究還存在諸多薄弱之處。已有儲(chǔ)能裝置在成本與儲(chǔ)存/釋放能量速度之間存在明顯矛盾。響應(yīng)速度快的儲(chǔ)能裝置（例如蓄電池、超級(jí)電容等）單位容量成本較高，限制了其應(yīng)用范圍。已有研究多是從優(yōu)化調(diào)度角度進(jìn)行分析，未來(lái)的研究將圍繞降低風(fēng)電機(jī)組的儲(chǔ)能配置成本，充分發(fā)揮不同類型能源的互補(bǔ)特性，研究?jī)?chǔ)能對(duì)機(jī)組動(dòng)態(tài)特性機(jī)理性影響等展開(kāi)。

2.2 光伏

光伏發(fā)電因其清潔、無(wú)噪聲、安全可靠等優(yōu)勢(shì)，在低壓配電網(wǎng)和微電網(wǎng)中得到迅速發(fā)展。分布式光伏大量接入配電網(wǎng)，極易造成配電網(wǎng)局部潮流波動(dòng)，甚至電壓越限，嚴(yán)重制約了配電網(wǎng)中的光伏接納能力［38］。在電網(wǎng)側(cè)配置儲(chǔ)能裝置是改善配電網(wǎng)分布式光伏消納能力的有效手段［39］。文獻(xiàn)［40］提出了基于源-網(wǎng)-荷協(xié)同優(yōu)化的配電網(wǎng)光儲(chǔ)聯(lián)合系統(tǒng)規(guī)劃方法，相較傳統(tǒng)僅考慮需求響應(yīng)或電壓調(diào)節(jié)等單一管理措施的光儲(chǔ)聯(lián)合系統(tǒng)規(guī)劃方法，進(jìn)一步提升了光伏就地消納能力。為了優(yōu)化系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，文獻(xiàn)［38］利用實(shí)時(shí)的分布式光伏發(fā)電輸出功率和負(fù)荷需求的預(yù)測(cè)值對(duì)集中式儲(chǔ)能電站進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)度，從而不斷更新儲(chǔ)能電站站內(nèi)的功率分配，降低了儲(chǔ)能電站的總運(yùn)行成本。面對(duì)高度分散的光伏，合理規(guī)劃通信網(wǎng)絡(luò)有助于提高系統(tǒng)整體的經(jīng)濟(jì)性。文獻(xiàn)［41］研究了低壓配電網(wǎng)中信息通信網(wǎng)絡(luò)與儲(chǔ)能系統(tǒng)的協(xié)同規(guī)劃問(wèn)題，避免了因儲(chǔ)能過(guò)度分散配置導(dǎo)則的通信投資增加的問(wèn)題。

利用儲(chǔ)能提升光伏接納能力對(duì)促進(jìn)光伏微網(wǎng)的商業(yè)化發(fā)展具有重要意義。隨著電力市場(chǎng)的逐漸成熟，考慮具體需求響應(yīng)策略，如峰谷分時(shí)電價(jià)，對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)容量進(jìn)行優(yōu)化配置，有助于提升光伏微網(wǎng)的商業(yè)投資潛力［42］。在光伏微網(wǎng)的商業(yè)運(yùn)營(yíng)方面，文獻(xiàn)［43］總結(jié)了工業(yè)型用戶側(cè)微網(wǎng)中投資主體的投資目的與儲(chǔ)能運(yùn)行方式的關(guān)系，并提出各投資主體的收益分配方法，為微網(wǎng)大規(guī)模接入背景下微電網(wǎng)的運(yùn)營(yíng)及管理模式提供參考依據(jù)。光伏微網(wǎng)還需保證離網(wǎng)運(yùn)行時(shí)的可靠性，文獻(xiàn)［44］提出了一種儲(chǔ)能系統(tǒng)充放電策略，同時(shí)兼顧系統(tǒng)的光伏就地消納能力與重要負(fù)荷的穩(wěn)定運(yùn)行。文獻(xiàn)［45］提出社區(qū)分布式光伏與儲(chǔ)能系統(tǒng)的日前優(yōu)化調(diào)度方法，利用儲(chǔ)能調(diào)整社區(qū)內(nèi)電能的流動(dòng)方向，有效提升光伏的就地消納量，并降低居民用電總費(fèi)用。文獻(xiàn)［46］將研究對(duì)象縮小至樓宇，利用儲(chǔ)能裝置提升了樓宇的光伏消納能力。

3 電力系統(tǒng)的頻率和電壓調(diào)整

3.1 頻率調(diào)整

在風(fēng)電大規(guī)模并網(wǎng)的環(huán)境下，電網(wǎng)同步發(fā)電機(jī)組裝機(jī)容量逐步下降，系統(tǒng)逐漸向低阻尼、低慣量的方向發(fā)展，減弱了系統(tǒng)的調(diào)頻能力［47］。同時(shí)，風(fēng)能、光伏等很難為系統(tǒng)提供可靠的頻率支撐，使電力系統(tǒng)面臨嚴(yán)峻的調(diào)頻壓力［48］。

電力系統(tǒng)的頻率調(diào)節(jié)方式分為一次調(diào)頻和二次調(diào)頻。電池儲(chǔ)能因具有高效的雙向調(diào)節(jié)能力，在一次調(diào)頻輔助服務(wù)中得到廣泛應(yīng)用。電池儲(chǔ)能電站的一次調(diào)頻由儲(chǔ)能變流器直接參與，其基本控制策略有下垂控制和虛擬慣性控制，前者的基本原理是機(jī)組的下垂特性曲線，可以有效減小穩(wěn)態(tài)頻率偏差；后者即虛擬同步發(fā)電機(jī)控制（Virtual Synchronous Generator，VSG），將同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程及電氣方程的控制結(jié)構(gòu)引入儲(chǔ)能電站并網(wǎng)逆變器中，以模擬傳統(tǒng)同步發(fā)電機(jī)的慣性響應(yīng)，能夠有效抑制最大頻率偏差變化率，但無(wú)法降低穩(wěn)態(tài)頻率偏差［49-50］。單獨(dú)兩種控制策略均無(wú)法滿足全部運(yùn)行場(chǎng)景下的調(diào)頻需求，因此，文獻(xiàn)［51］在分析兩種控制策略對(duì)頻率特性的基礎(chǔ)上提出兩種策略按比例混合參與調(diào)頻的控制方法，文獻(xiàn)［50］將常規(guī)虛擬慣性控制與負(fù)虛擬慣性控制相結(jié)合，提出正/負(fù)虛擬慣性控制及下垂控制相結(jié)合的自適應(yīng)綜合控制策略，實(shí)現(xiàn)了更好的調(diào)頻效果。文獻(xiàn)［48］則對(duì)VSG 控制中的無(wú)功調(diào)壓環(huán)節(jié)進(jìn)行改進(jìn)，提出同步機(jī)三階模型的主動(dòng)支撐控制策略，提高了儲(chǔ)能電站并網(wǎng)調(diào)頻、穩(wěn)壓能力。除了系統(tǒng)的調(diào)頻效果，還需要考慮整體運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。儲(chǔ)能單元的配置不僅直接增加可再生能源電站建設(shè)的成本，在頻繁充放電的過(guò)程中還會(huì)產(chǎn)生老化損耗，增加運(yùn)維成本。因此，文獻(xiàn)［47］進(jìn)一步研究了電網(wǎng)側(cè)頻率波動(dòng)時(shí)VSG 的出力變化，提出一種以元件參數(shù)和控制參數(shù)為基礎(chǔ)的儲(chǔ)能單元配置方法，兼顧VSG的性能的綜合成本。

與一次調(diào)頻不同，二次調(diào)頻在電網(wǎng)自動(dòng)發(fā)電控制系統(tǒng)（Automatic Generation Control，AGC）的調(diào)度下完成［52］。二次調(diào)頻信號(hào)通常指區(qū)域控制誤差（Area Control Error，ACE）和區(qū)域控制需求（Area Regulation Requirement，ARR）信號(hào)，儲(chǔ)能系統(tǒng)可以基于兩類信號(hào)參與調(diào)頻。其中，ACE 信號(hào)模式有助于降低調(diào)頻前期的頻率偏差，ARR 信號(hào)模式可以減少調(diào)頻中后期的頻率恢復(fù)時(shí)間［53］。文獻(xiàn)［54］基于復(fù)頻域分析進(jìn)一步確定了儲(chǔ)能參與ACE 和ARR 信號(hào)模式的切換時(shí)機(jī)，充分發(fā)揮兩種信號(hào)模式的優(yōu)勢(shì)。在電池儲(chǔ)能電站的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方面，文獻(xiàn)［52］了提出電池儲(chǔ)能電站整體效率最大化的電池儲(chǔ)能單元群功率分配策略，提高儲(chǔ)能系統(tǒng)的運(yùn)行效率，有助于延緩電池的壽命衰減。除電池儲(chǔ)能方式外，在燃煤機(jī)組中加裝飛輪儲(chǔ)能能夠極大地提高調(diào)頻質(zhì)量，降低汽輪機(jī)輸出功率波動(dòng)和鍋爐主蒸汽壓力波動(dòng)，在輔助調(diào)頻的同時(shí)延長(zhǎng)機(jī)組壽命［55］。

3.2 電壓調(diào)整

可再生能源間歇性、周期性出力特征帶來(lái)了電壓波動(dòng)加劇的問(wèn)題。傳統(tǒng)配電網(wǎng)的調(diào)壓設(shè)備一般包括有載調(diào)壓變壓器及投切電容器組，但這兩種設(shè)備的響應(yīng)和電壓調(diào)節(jié)速度較慢，難以對(duì)分布式電源帶來(lái)的電壓劇烈波動(dòng)進(jìn)行精確調(diào)整［56］。利用儲(chǔ)能裝置快速的功率吞吐能力輔助電網(wǎng)的電壓控制，能夠有效提升系統(tǒng)的調(diào)壓質(zhì)量［57］。為了發(fā)揮傳統(tǒng)調(diào)壓方法和儲(chǔ)能裝置的優(yōu)勢(shì)，文獻(xiàn)［57-58］提出有載調(diào)壓變壓器分解頭與儲(chǔ)能系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制策略；文獻(xiàn)［56］提出兩階段的電壓協(xié)調(diào)控制策略，在第二階段利用儲(chǔ)能裝置對(duì)頻繁波動(dòng)的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)電壓進(jìn)行精細(xì)化調(diào)整；文獻(xiàn)［59］利用儲(chǔ)能承擔(dān)直流配電網(wǎng)的后備調(diào)壓，并利用多模式調(diào)壓策略實(shí)現(xiàn)直流電壓的分散自律控制，避免了蓄電池過(guò)度充放電。

在電壓控制策略方面，文獻(xiàn)［60］提出適用于壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)的自適應(yīng)下垂控制策略，該策略能夠結(jié)合下垂控制與虛擬慣性控制的優(yōu)勢(shì)，增強(qiáng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)調(diào)壓能力和電壓調(diào)節(jié)質(zhì)量。文獻(xiàn)［61］提出基于模型預(yù)測(cè)控制的主動(dòng)配電網(wǎng)電壓控制策略，采用多步滾動(dòng)優(yōu)化，使得電壓控制過(guò)程更為靈活平滑，充分利用了主動(dòng)配電網(wǎng)中儲(chǔ)能系統(tǒng)和有載調(diào)壓變壓器的調(diào)壓能力。文獻(xiàn)［62］將深度學(xué)習(xí)算法引入含儲(chǔ)能系統(tǒng)的配電網(wǎng)電壓調(diào)節(jié)領(lǐng)域，克服了傳統(tǒng)方法中不確定性建模復(fù)雜、求解和收斂困難的問(wèn)題，得到趨于最優(yōu)調(diào)壓策略的儲(chǔ)能控制方法，具有高效的計(jì)算效率。

綜上所述，在儲(chǔ)能參與電網(wǎng)調(diào)頻、調(diào)壓控制策略方面目前已有充分研究，但仍存在欠缺之處。例如，已有研究對(duì)儲(chǔ)能經(jīng)濟(jì)性考慮過(guò)于簡(jiǎn)化，未能考慮電力市場(chǎng)環(huán)境下儲(chǔ)能投資分配、管理維護(hù)、電價(jià)政策、成本分?jǐn)偟葐?wèn)題。此外，除傳統(tǒng)儲(chǔ)能方式外，隨著電動(dòng)汽車的發(fā)展普及，用戶側(cè)的廣義儲(chǔ)能也是研究的重要對(duì)象。在利用用戶側(cè)儲(chǔ)能資源方面，考慮到電動(dòng)汽車充電的隨機(jī)性及用戶需求的復(fù)雜性，分析預(yù)測(cè)不同時(shí)空環(huán)境下的儲(chǔ)能可調(diào)控容量、統(tǒng)籌安排大規(guī)模電動(dòng)汽車充放電計(jì)劃、制定用戶參與調(diào)控的激勵(lì)機(jī)制、協(xié)調(diào)優(yōu)化電動(dòng)汽車等廣義儲(chǔ)能與傳統(tǒng)儲(chǔ)能資源的控制策略，是未來(lái)儲(chǔ)能參與電網(wǎng)調(diào)頻、調(diào)壓?jiǎn)栴}的研究重點(diǎn)。

4 結(jié)語(yǔ)

伴隨著可再生能源的迅速發(fā)展，儲(chǔ)能技術(shù)的應(yīng)用對(duì)于電力系統(tǒng)的運(yùn)行起到了不可替代的作用，極大地提升了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。就儲(chǔ)能技術(shù)在高比例可再生能源電力系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了綜述，分析了儲(chǔ)能技術(shù)在促進(jìn)新能源消納，輔助電力系統(tǒng)調(diào)頻調(diào)壓方面發(fā)揮的重要作用。同時(shí)，還分析了儲(chǔ)能技術(shù)研究中存在的問(wèn)題及未來(lái)主要研究方向，主要可歸結(jié)為3個(gè)方面。

1）解決儲(chǔ)能大范圍應(yīng)用的根本在于研發(fā)新的儲(chǔ)能技術(shù)，在降低配置成本的同時(shí)盡可能提高儲(chǔ)能容量及響應(yīng)速度。

2）在促進(jìn)新能源消納方面，應(yīng)研究多種能源形式互補(bǔ)配置，在此基礎(chǔ)上結(jié)合儲(chǔ)能進(jìn)行消納的聯(lián)合優(yōu)化配置方案。同時(shí)，還應(yīng)研究含儲(chǔ)能風(fēng)電、光伏機(jī)組的動(dòng)態(tài)特性。

3）應(yīng)充分利用包括電動(dòng)汽車在內(nèi)的用戶側(cè)廣義儲(chǔ)能資源，通過(guò)完善儲(chǔ)能的商業(yè)化運(yùn)營(yíng)模式和市場(chǎng)機(jī)制，實(shí)現(xiàn)用戶與電網(wǎng)之間的雙向互動(dòng)。