基于自適應(yīng)均衡技術(shù)的分布式儲能聚合模型及評估方法

葉 鵬， 劉思奇， 關(guān)多嬌, 姜竹楠 ， 孫 峰, 顧海飛

(1. 沈陽工程學(xué)院 電力學(xué)院，沈陽 110136； 2. 沈陽工程學(xué)院 能源與動力學(xué)院，沈陽 110136；3. 國網(wǎng)遼寧省電力有限公司 電力科學(xué)研究院， 沈陽 110006；4. 中建安裝集團有限公司 工程研究院，南京 210046)

隨著新能源發(fā)電占比的大幅提升，以及“碳達峰、碳中和”目標(biāo)的提出，新能源發(fā)電及分布式儲能已廣泛參與到電力市場的交互過程中.現(xiàn)今，大規(guī)模分布式儲能參與地區(qū)電力輔助服務(wù)補償(市場)工作已在各地推進，然而，分布式儲能廣域分散、容量各異，因此，如何有效地提高分布式儲能資源的消納、完成對分布式儲能資源的匯聚、整合——“聚合”——并參與電網(wǎng)調(diào)節(jié)，已成為電網(wǎng)對分布式儲能進行有效調(diào)控的重要動作，其具有理論意義和現(xiàn)實價值.

聚合動作的實施者稱為“儲能聚合商”，或稱為“匯聚代理商”[1-3].儲能聚合商以電力儲能系統(tǒng)為基礎(chǔ)，通過建立用戶聚集的調(diào)度服務(wù)市場的電池儲能參與模型，首先考慮單個用戶(儲能單體)，然后考慮用戶的聚合(儲能聚合體)[2].文獻[3]基于多儲能系統(tǒng)聚合方法，將能量管理擴展到具有分布式儲能系統(tǒng)的低壓微電網(wǎng).文獻[4]分析比較了兩種適用于具有可再生能源和儲能的電力系統(tǒng)運行模式的時間周期聚合方法.文獻[5]立足于風(fēng)電機組，分別建立和提出了多機聚合模型、雙機聚合模型以及聚合風(fēng)電場服務(wù)的儲能系統(tǒng)能量管理策略.文獻[6-8]立足于電動汽車，分別建立了電動汽車的聚合器模型以及新型等效時變儲能模型，用于電動汽車與其供電設(shè)備的聚合.文獻[9-10]側(cè)重于聚合分組，首先基于改進K-means算法、全景理論通過儲能運行特性的靜態(tài)指標(biāo)對儲能進行聚類或評價分組，然后構(gòu)建已分組儲能的聚合調(diào)控模型.文獻[11-12]側(cè)重于聚合調(diào)控：首先設(shè)定儲能參數(shù)和充放電均衡函數(shù)，然后基于聚合效應(yīng)、完全分布式控制算法將所有儲能聚合成一體，并進行優(yōu)化調(diào)控.

本文提出一種基于自適應(yīng)均衡技術(shù)的分布式儲能聚合模型及評估方法.該模型首先建立基于儲能容量、功率、荷電狀態(tài)等動態(tài)特性參數(shù)的自適應(yīng)均衡函數(shù)模型，對儲能運行特性的運行范圍進行了規(guī)定，以實現(xiàn)各儲能單體充放電和輸出(入)功率的自適應(yīng)均衡.然后，在這一技術(shù)的基礎(chǔ)上，建立儲能聚合模型，該模型包含3種聚合度動態(tài)參數(shù)：功率調(diào)節(jié)度、自適應(yīng)均衡度和容量貢獻度，其能充分表征儲能單體參與區(qū)域電網(wǎng)響應(yīng)時的動態(tài)調(diào)節(jié)能力.最后，通過儲能聚合模型的評估方法評估出儲能聚合模型相近的儲能單體并聚合成儲能聚合體，以實現(xiàn)各儲能單體以通過更小的體內(nèi)差異性、更高的體間聚合度完成儲能單體到儲能聚合體的聚合，從而實現(xiàn)儲能資源的高效利用.

1 分布式儲能聚合商的運營平臺框架

分布式儲能的 “分布式”與集中式儲能的 “集中式”互為映照，若“集中式”為集中規(guī)模的大型儲能電站，則“分布式”就為小型且分散的儲能設(shè)施.然而，當(dāng)調(diào)控層的儲能聚合商運營平臺參與進來時，“分布式”進一步拓寬，“分布式”將不再以某類儲能規(guī)模的大小作為衡量的標(biāo)準(zhǔn)，而是以儲能聚合商運營平臺作為整體參照物：即在儲能聚合商運營平臺有限范圍內(nèi)的調(diào)控下，從屬于該范圍內(nèi)的任一儲能對象，無論其容量較大或是較小，只要該儲能設(shè)備是作為一個獨立對象參與到儲能聚合商運營平臺的調(diào)控中去，那么這些獨立對象都叫做“分布式儲能”.進一步把這些可參與調(diào)控動作的“分布式儲能”叫做“儲能單體”.“儲能單體”在儲能聚合商運營平臺的調(diào)控下完成自身資源能量的匯聚、整合叫做“聚合”，“儲能單體”經(jīng)過“聚合”形成的大規(guī)?！皟δ軉误w”對象叫做“儲能聚合體”.基于上述概念定義，本文的分布式儲能聚合模型及評估方法概念的流程圖如圖1所示.其中：G1為儲能功率調(diào)節(jié)度；G2為儲能自適應(yīng)均衡度；G3為儲能容量貢獻度；n為儲能單體個數(shù)；m為儲能聚合體個數(shù)；Ai(i=1，2，…，n)為儲能單體i的聚合度.

圖1 分布式儲能聚合模型及評估方法的流程圖Fig.1 Flowchart of distributed energy storage aggregation model and evaluation method

基于上述理論，基于自適應(yīng)均衡技術(shù)的分布式儲能聚合模型及評估方法的儲能聚合商運營平臺框架如圖2所示.上層為調(diào)控層，該層主要用于將自適應(yīng)均衡技術(shù)應(yīng)用于每一個進入到儲能商運營平臺的儲能單體上.該層的目的為，將參數(shù)各異的儲能單體經(jīng)過有效的技術(shù)手段達到充放的自適應(yīng)均衡.中層為聚合層，該層基于分布式儲能聚合及評估方法，用于將聚合度相近的儲能單體聚合成儲能聚合體.該層的目的為，實現(xiàn)儲能資源的高效聚合.下層為響應(yīng)層，該層主要用于儲能聚合體完成電網(wǎng)發(fā)布的需求響應(yīng).分布式儲能聚合商的運營平臺框架整體的意義為，將廣域分散的儲能資源進行聚合和調(diào)控，從而方便響應(yīng)電網(wǎng)需求和調(diào)度.

圖2 分布式儲能聚合商的運營平臺框架Fig.2 Operation platform framework of distributed energy storage aggregator

2 自適應(yīng)均衡技術(shù)

對于每一個進入到儲能商運營平臺的儲能單體，其運行特性參數(shù)各異，主要體現(xiàn)在容量和功率上.其中，額定容量直觀反映儲能本身的容儲能力，電網(wǎng)所發(fā)布的儲能輔助服務(wù)市場需求中常以儲能額定容量大于需求容量作為審核標(biāo)準(zhǔn)[13]，額定功率反映儲能本身的電能消納能力.這兩者都是靜態(tài)參數(shù).當(dāng)構(gòu)建分布式儲能聚合模型時，若以上述靜態(tài)參數(shù)作為構(gòu)建模型的對象，其不能表示儲能的動態(tài)變化，則很容易造成儲能聚合體在響應(yīng)過程中的體內(nèi)差異.而且，聚合體后在進入電網(wǎng)響應(yīng)時，剩余容量、輸出(入)功率、荷電狀態(tài)都是時變的，應(yīng)滿足在某一時刻，聚合體內(nèi)即刻荷電狀態(tài)較高(低)的儲能單體率先進行功率輸出(入)，剩余容量較大(小)的儲能單體承擔(dān)較多(少)的輸出份額.

因此，本文首先提出一種能有效模擬儲能單體充放電運行特性的自適應(yīng)均衡技術(shù)函數(shù)模型，把各儲能單體的容量、功率、荷電狀態(tài)的即刻動態(tài)變化行為全部計入其中，并且自適應(yīng)均衡技術(shù)對儲能運行特性的運行范圍進行了規(guī)定，使各儲能單體間的差異變得相對均衡，以應(yīng)用于調(diào)控層每一個進入到儲能商運營平臺的儲能單體上.進一步的，自適應(yīng)均衡技術(shù)可以衍生出幾種表征儲能單體動態(tài)調(diào)節(jié)能力的動態(tài)調(diào)節(jié)參數(shù)，以實現(xiàn)各儲能單體以更小的體內(nèi)差異性、更高的體間聚合度完成儲能單體到儲能聚合體的聚合.根據(jù)上述原理，本文所設(shè)定儲能單體i的輸出(入)功率關(guān)于荷電狀態(tài)(SOC)的自適應(yīng)均衡充放函數(shù)p(si)如下：

(1)

式中：Ci為儲能單體i的額定容量；C∑為所有進入儲能聚合商運營平臺的儲能單體的總額定容量；Pi，rat為儲能單體i的額定功率；Ai為儲能單體i的自適應(yīng)因子；Ai0為儲能單體i的自適應(yīng)初等因子；di為儲能單體i的自分配系數(shù)；f(si)為儲能單體i的即刻荷電狀態(tài)si的運行函數(shù).

儲能單體i的即刻荷電狀態(tài)si的運行函數(shù)f(si)為

f(si)=|si±sx|/lx

(2)

式中：sx為儲能單體荷電狀態(tài)的一個即刻運行點，即刻運行點及其取值如表1所示；lx為儲能單體荷電狀態(tài)的一個即刻運行區(qū)間.

文獻[14-15]提出的自恢復(fù)策略等都給出了儲能荷電狀態(tài)的一種劃分方式，本文給出的儲能單體荷電狀態(tài)即刻運行點sx如表1所示，其中：smin為最小荷電點；slow為低荷電點；sshc為淺充荷電點；smid為荷電中點；sshd為淺放荷電點；shigh為高荷電點；smax為最大荷電點.

表1 儲能單體荷電狀態(tài)的即刻運行點sx

表1中以荷電中點作為分界，將儲能單體荷電狀態(tài)的即刻運行點劃分為充、放兩種狀態(tài).儲能單體i的即刻荷電狀態(tài)si的運行函數(shù)f(si)也劃為充、放兩部分，并選取適當(dāng)?shù)募纯踢\行點sx和即刻運行區(qū)間lx，設(shè)定的函數(shù)如下：

(3)

(4)

式中：下標(biāo)c為充電，d為放電；sx=(sshc/shd+smid)/2，選取的是淺充(放)荷電點和荷電中點的中值，該點接近荷電中點，儲能單體在該點附近運行時，能較好地體現(xiàn)儲能單體淺充淺放的特性.lx=|smid-smax/min|，選取的是最小(大)荷電點和荷電中點的運行區(qū)間.則儲能單體i的輸出(入)功率關(guān)于荷電狀態(tài)的自適應(yīng)均衡充放函數(shù)p(si)如下：

(5)

(6)

3 基于自適應(yīng)均衡技術(shù)的分布式儲能聚合模型及評估方法

3.1 儲能單體的聚合模型

通過上文敘述可知，聚合層的分布式儲能聚合模型的參數(shù)應(yīng)該是動態(tài)的.這種動態(tài)參數(shù)是由自適應(yīng)均衡技術(shù)模擬出的儲能運行特性衍生出的，其不僅能體現(xiàn)儲能剩余容量、輸出(入)功率、荷電狀態(tài)的動態(tài)變化，也能模擬儲能單體參與電網(wǎng)響應(yīng)時的動態(tài)調(diào)節(jié)能力.儲能聚合模型的物理意義為，以3種動態(tài)參數(shù)代表各儲能單體，從而實現(xiàn)動態(tài)調(diào)節(jié)能力相近、相互之間聚合潛力較高的儲能單體的聚合.把儲能單體間的聚合潛力定義為儲能單體間的聚合相似度，簡稱儲能聚合度.儲能聚合度通過模型中3種動態(tài)參數(shù)計算，分別為計及功率調(diào)節(jié)因素的儲能功率調(diào)節(jié)度，計及荷電狀態(tài)調(diào)節(jié)因素的儲能自適應(yīng)均衡度，計及容量調(diào)節(jié)因素的儲能容量貢獻度.

(1) 儲能功率調(diào)節(jié)度.

儲能功率調(diào)節(jié)度G1在聚合度中的表征為，儲能聚合體輔助電網(wǎng)運行期間，隨著調(diào)節(jié)程度的不斷變化，聚合體內(nèi)各儲能單體的輸出(入)功率的調(diào)節(jié)能力.

首先，引入儲能輔助電網(wǎng)運行時的重要調(diào)節(jié)變量因素，區(qū)域控制偏差(ACE).根據(jù)文獻[7]，區(qū)域控制偏差可以表示為與該區(qū)域需求儲能單體i釋放(吸收)功率相關(guān)的函數(shù).因儲能功率調(diào)節(jié)方向與區(qū)域控制偏差的需求功率的調(diào)節(jié)方向互逆[16]，可表示為

(7)

f(ai)=|ai±ax|/lx

(8)

式中：p(ai)為區(qū)域需求儲能單體i釋放(吸收)功率關(guān)于區(qū)域控制偏差的自適應(yīng)均衡充放函數(shù)；f(ai)為儲能單體i的即刻區(qū)域控制偏差ai的運行函數(shù)；ax為調(diào)節(jié)過程中區(qū)域控制偏差的一個即刻動作點.

依據(jù)調(diào)節(jié)不同緊急程度將區(qū)域控制偏差劃分為即刻動作點，如表2所示.其中：amin為最小動作點；alow為初始動作點；amid為常規(guī)動作點；ahigh為次緊急動作點；amax為緊急動作點.

表2 調(diào)節(jié)過程中區(qū)域控制偏差的即刻動作點Tab.2 Immediate action points of ACE during adjustment

選取適當(dāng)?shù)募纯虅幼鼽c和即刻動作區(qū)間，儲能單體i的即刻區(qū)域控制偏差的運行函數(shù)為

(9)

(10)

式中：ax=|amax+amid|/2，選取的是負(正)緊急動作點和負(正)常規(guī)動作點的中值，該點能較好地體現(xiàn)區(qū)域控制偏差位于緊急狀態(tài)時儲能單體的調(diào)節(jié)特性.lx=|-amin-amid|=|amax-amid|，選取的是負最小(正緊急)動作點和負常規(guī)(正常規(guī))動作點之間的運行區(qū)間.

儲能單體i在調(diào)節(jié)過程中的區(qū)域需求儲能釋放(吸收)功率關(guān)于區(qū)域控制偏差的自適應(yīng)均衡充放函數(shù)如下：

(11)

(12)

為避免儲能單體的過充放，防止儲能單體i超出自身荷電約束去調(diào)節(jié)區(qū)域控制偏差，儲能功率調(diào)節(jié)度G1的大小定義為p(si)和p(ai)在相同運行區(qū)間內(nèi)的較小值.調(diào)用式(5)和(6)，因在定義的儲能容量貢獻度計及了儲能單體容量的貢獻，所以將式(5)和(6)中容量因素去除，令p′(si)c/d=C∑p(si)c/d/Ci.儲能功率調(diào)節(jié)度G1可由式(5)和(6)將式(11)和(12)作如下表示：

(13)

(2) 儲能自適應(yīng)均衡度.

儲能自適應(yīng)均衡度G2在聚合度中的表征為，儲能聚合體協(xié)同電網(wǎng)運行期間，隨著調(diào)節(jié)程度的不斷變化，聚合體內(nèi)各儲能單體的自適應(yīng)均衡能力.其可由儲能單體i的儲能功率調(diào)節(jié)度G1基于自適應(yīng)均衡技術(shù)的標(biāo)幺制表示.根據(jù)文獻[16]，定義自分配系數(shù)d=15；初等自適應(yīng)因子Ai0=0.01；自適應(yīng)因子A=10Ai0/Pi，rat時的G1為GB.因此，儲能單體i的自適應(yīng)均衡度G2可表示為

(14)

(3) 儲能容量貢獻度.

儲能容量貢獻度G3在聚合度中的表征為，儲能聚合體協(xié)同電網(wǎng)運行期間，隨著需求容量的不斷變化，聚合體內(nèi)各儲能單體的容量貢獻能力.因此，儲能單體i容量貢獻度G3可表示為[9]

(15)

(16)

式中：pt(si)為儲能單體i在t時刻輸出(入)功率的自適應(yīng)均衡充放函數(shù)；T為調(diào)度周期；Δt為時間間隔；Capk為隨儲能出力改變的可調(diào)度容量；Cap為系統(tǒng)需求容量.

3.2 儲能聚合模型的評估方法

在上一節(jié)中，構(gòu)建了計算儲能單體的聚合模型.本文將自適應(yīng)分段聚合模型序列相似度評價方法引入到儲能聚合體系統(tǒng)中，該方法用于將大量具有相同特征的數(shù)據(jù)用聚合模型表示，當(dāng)某幾個數(shù)據(jù)之間的基礎(chǔ)聚合模型越接近時，證明這幾者之間的相似程度越高[17].同理，若某幾個儲能單體間的聚合模型越接近，證明這幾個儲能單體聚合成儲能聚合體的可能性越大.因此，在儲能單體聚合模型的基礎(chǔ)上，首先計算儲能聚合度，然后基于儲能聚合模型評估方法，評估出聚合度相近的儲能單體聚合成儲能聚合體.

綜上，儲能聚合模型的評估方法如下.

步驟1計算儲能單體i的儲能聚合度Ai：

Ai=μ1G1+μ2G2+μ3G3

(17)

式中：μ1、μ2、μ3為3種儲能單體聚合度動態(tài)參數(shù)的權(quán)重，根據(jù)文獻[9]提供的九級標(biāo)度法，選取μ1=0.5；μ2=0.3；μ3=0.2.

步驟2將儲能聚合度Ai作為儲能聚合模型中的云滴變量輸入值x，Ai滿足如下分布：

(18)

式中：E為儲能聚合模型的期望；F為儲能聚合模型的熵；F′為標(biāo)準(zhǔn)差；H為儲能聚合模型的超熵.

步驟3用云期望曲線y(x)描述儲能聚合模型的幾何形態(tài)，y(x)表達如下：

y(x)=exp[-(x-E)2/(2F2)]

(19)

步驟4通過逆向云發(fā)生器，將步驟3中已形成的定量數(shù)據(jù)y(x)轉(zhuǎn)化為模型的數(shù)字特征E,F,H，具體表達如下：

(20)

(21)

(22)

步驟6具有相近的儲能聚合模型、擬合曲線、殘差圖的儲能單體聚合成儲能聚合體.

3.3 儲能聚合體的模型

在構(gòu)建對儲能單體的聚合模型并進行評估后，評估出具有相近聚合模型的儲能單體進行聚合，設(shè)定聚合后儲能聚合體的模型如下.

(1) 儲能聚合體參數(shù)：

(23)

(24)

式中：P(sj)為儲能聚合體j的輸入(出)功率，j=1，2，…，m；q為該聚合體j內(nèi)含儲能單體i的個數(shù).

(2) 儲能聚合體約束條件：

(25)

smin≤si≤smax

(26)

式中：Pc(sj)max、Pd(sj)max為儲能聚合體j的輸入、輸出的最大功率.

4 算例評估結(jié)果分析

本文提出一種基于自適應(yīng)均衡技術(shù)的分布式儲能聚合模型及評估方法. 該模型為實現(xiàn)大規(guī)模儲能單體以小差異性、高聚合度完成儲能聚合體的聚合，實現(xiàn)儲能資源的高效利用.因此，本文選取遼寧省地區(qū)內(nèi)6個工業(yè)園區(qū)配置的儲能單體作仿真驗證，各儲能單體類別不同，其具體配置參數(shù)如表3所示.

表3 6種儲能單體的配置參數(shù)

以上述配置參數(shù)進行仿真，儲能單體聚合模型的動態(tài)參數(shù)運行特性曲線如圖3～5所示，單位均為標(biāo)幺制.其中：h=1，2，…，6，為表3中示例的儲能單體；G1h為儲能單體h的功率調(diào)節(jié)度；G2h為儲能單體h的自適應(yīng)均衡度；G3h為儲能單體h的容量貢獻度；Caph為儲能單體h的系統(tǒng)需求容量；Creh為儲能單體h的剩余容量.

通過表3中的數(shù)據(jù)，6種儲能單體的功率調(diào)節(jié)度的仿真運行曲線如下所示：

由圖3可知，6種儲能單體儲能功率調(diào)節(jié)度的調(diào)節(jié)深度一致(縱向走勢，均位于[-1, 1]之間)，主調(diào)節(jié)范圍各異(橫向走勢)，主調(diào)節(jié)范圍區(qū)間越短，證明該儲能單體越早參與調(diào)節(jié).其中，儲能2、6主要位于調(diào)節(jié)前期；儲能4、3主要位于調(diào)節(jié)中期；儲能5、1主要位于調(diào)節(jié)后期.

圖3 6種儲能單體儲能功率調(diào)節(jié)度的運行曲線Fig.3 Simulation operation curve of power regulation degrees of six kinds of energy storage units

通過表3中的數(shù)據(jù)，6種儲能單體的自適應(yīng)均衡度的運行曲線如圖4所示.

由圖4可知，各儲能單體自適應(yīng)均衡度的調(diào)節(jié)范圍大致鎖定在[0, 0.5]，這個范圍應(yīng)是各儲能單體實現(xiàn)自適應(yīng)均衡的范圍.而在緊急調(diào)節(jié)需求時刻，儲能1、3、4、5的自適應(yīng)均衡度均有一小段突破自適應(yīng)均衡范圍的攀升，這說明各儲能單體在不削弱自身調(diào)節(jié)能力的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)了調(diào)節(jié)能力的相對均衡.

圖4 6種儲能單體自適應(yīng)均衡度的仿真運行曲線Fig.4 Simulation operation curve of adaptive equalization rates of six energy storage units

通過表3中的數(shù)據(jù)，6種儲能單體的容量貢獻度的運行曲線如圖5所示.

圖5 6種儲能單體容量貢獻度的仿真運行曲線Fig.5 Simulation operation curves of capacity contribution rates of six energy storage units

由圖5可知，當(dāng)Cap>0時，代表需求儲能放電(輸出)；當(dāng)Cap<0時，代表需求儲能充電(輸入).各儲能單體容量貢獻度大小體現(xiàn)在其等于1時的平面大小上，各儲能單體的容量貢獻度的大小依次為：儲能2、4、6、5、3、1，與各儲能單體的容量大小相對應(yīng).

圖6 各儲能單體的聚合模型評估結(jié)果Fig.6 Evaluation results of aggregation models of each energy storage units

表4 各儲能單體的聚合模型評估結(jié)果的10次擬合殘差數(shù)據(jù)

由圖6可知，黑色散點的表征為根據(jù)已輸入的聚合度數(shù)據(jù)評估出的該儲能單體的聚合度，紅色曲線的表征為根據(jù)聚合度評估數(shù)據(jù)擬合出的10次擬合曲線.各擬合曲線的殘差數(shù)據(jù)、殘差圖如表4和圖7所示.由圖7可以看出，儲能單體1、2、3具有相近的聚合模型和擬合曲線；儲能單體4、5、6具有相近的聚合模型和擬合曲線，且儲能單體1、2、3的殘差數(shù)據(jù)接近；儲能單體4、5、6的殘差數(shù)據(jù)接近.由此可說明，儲能單體1、2、3適合聚合成聚合體1，儲能單體4、5、6適合聚合成聚合體2.

圖7 各儲能單體的聚合模型評估結(jié)果的10次擬合殘差圖Fig.7 10th fitting residual error diagrams of evaluation results of aggregation model of each energy storage units

儲能聚合體模型的動態(tài)運行曲線仿真如圖8所示.由圖8可知，荷電中點smid=0.5為分界處，左半部分為充電運行曲線，右半部分為放電運行曲線，分色柱狀圖代表各儲能單體的輸出(入)功率在所有儲能單體中的貢獻程度.從圖8中還可以看出，自適應(yīng)均衡技術(shù)可以將3種儲能運行特性的主要參數(shù)計及在內(nèi)，并且自適應(yīng)均衡技術(shù)對儲能運行特性的運行范圍進行了規(guī)定，實現(xiàn)了各儲能單體的自適應(yīng)均衡，使儲能單體間的差異性更小，且實現(xiàn)了在某一時刻，聚合體內(nèi)即刻荷電狀態(tài)較高(低)的儲能單體率先進行功率輸出(入)，剩余容量較大(小)的儲能單體承擔(dān)較多(少)的輸出份額.以下從3個角度證明本文所提出的基于自適應(yīng)均衡技術(shù)的儲能聚合模型及其評估方法的可行性.

圖8 基于自適應(yīng)均衡技術(shù)的儲能聚合體運行曲線Fig.8 Operation curves of energy storage aggregation based on adaptive equalization technology

(1) 容量角度：儲能單體1、2、3的額定容量分別為10、100、20 MW·h；儲能單體4、5、6的額定容量分別為80、40、60 MW·h，則聚合體1的儲能聚合容量為130 MW·h；聚合體2的儲能聚合容量為180 MW·h，若聚合商以本文中分布式儲能聚合模型及評估方法進行儲能單體的聚合，聚合成的聚合體之間聚合容量差異不大，且滿足聚合體內(nèi)儲能單體容量的差異互補.

(2) 荷電狀態(tài)的自適應(yīng)均衡角度：從圖4來看，儲能單體1、5；2、6；3、4的自適應(yīng)均衡度運行范圍各自相近，分別為[0, 1]; [0, 0.5]; [0, 0.7]，而1、2、3；5、6、4各自聚合成體，既滿足各聚合體間的相似性，也滿足聚合體內(nèi)各儲能單體的差異互補性.

(3) 功率運行特性角度：從圖8儲能單體充電運行部分來看，儲能單體2、6位于調(diào)節(jié)前期；儲能單體3、4位于調(diào)節(jié)中期；儲能單體1、5位于調(diào)節(jié)后期，與圖3相對應(yīng).若儲能單體2、3、1；6、4、5分別聚合成體，滿足該聚合體在前、中、后期均可進行調(diào)節(jié)，且滿足聚合體之間調(diào)節(jié)差異不大.

綜上所述，以上3點均可證明基于自適應(yīng)均衡技術(shù)的分布式儲能聚合模型及評估方法的實用性，可實際應(yīng)用于大規(guī)模參與輔助服務(wù)的分布式儲能的聚合.

5 結(jié)論

針對分布式儲能廣域分布、資源分散、無法高效聚合等問題，本文開展分布式儲能聚合技術(shù)和評估方法研究，建立了分布式儲能聚合商的運營平臺框架，提出一種基于自適應(yīng)均衡技術(shù)的分布式儲能聚合模型及評估方法.研究結(jié)論如下.

(1) 建立基于儲能容量、功率、荷電狀態(tài)等動態(tài)特性參數(shù)的自適應(yīng)均衡函數(shù)模型，該模型對儲能運行特性的運行范圍進行了規(guī)定，實現(xiàn)了各儲能單體的自適應(yīng)均衡，使儲能單體間的差異性更小.

(2) 在自適應(yīng)均衡函數(shù)模型的基礎(chǔ)上建立以儲能功率調(diào)節(jié)度、自適應(yīng)均衡度和容量貢獻度3種聚合度動態(tài)參數(shù)為決策的儲能聚合模型.該聚合模型能充分表征儲能單體參與區(qū)域電網(wǎng)響應(yīng)時的動態(tài)調(diào)節(jié)能力.各儲能單體可以在不削弱自身調(diào)節(jié)能力的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)了儲能聚合體調(diào)節(jié)能力的相對均衡.

(3) 通過算例驗證表明，基于自適應(yīng)均衡技術(shù)的儲能聚合模型可實現(xiàn)各儲能單體以更小的體內(nèi)差異性、更高的體間聚合度完成儲能單體到儲能聚合體的聚合，可實際應(yīng)用于大規(guī)模參與輔助服務(wù)的分布式儲能的聚合，實現(xiàn)儲能資源的高效利用.