張 楊，陶生虎，張笑波，鄭東風(fēng)，陳洲奕

（國(guó)網(wǎng)甘肅省電力公司定西供電公司，甘肅 定西 743000）

儲(chǔ)能系統(tǒng)主要用于提高分布式電源與配電網(wǎng)的互動(dòng)能力。分布式電源是指接入配電網(wǎng)的可再生能源發(fā)電設(shè)備，是配電網(wǎng)中的重要組成部分，具有隨機(jī)性、波動(dòng)性和間歇性等特點(diǎn)[1]。分布式電源與配電網(wǎng)互動(dòng)時(shí)，分布式電源的接入會(huì)影響配電網(wǎng)運(yùn)行特性，使配電網(wǎng)原有的安全穩(wěn)定運(yùn)行能力減弱。儲(chǔ)能系統(tǒng)可以根據(jù)需要進(jìn)行充放電控制，有效平抑分布式電源并網(wǎng)引起的電壓波動(dòng)，提高配電網(wǎng)對(duì)分布式電源的接納能力。儲(chǔ)能系統(tǒng)在配電網(wǎng)中的作用主要表現(xiàn)為：一是作為負(fù)荷用電的備用電源；二是作為調(diào)頻、調(diào)壓設(shè)備；三是作為需求側(cè)響應(yīng)的調(diào)節(jié)設(shè)備；四是用于降低網(wǎng)絡(luò)損耗。

1 儲(chǔ)能系統(tǒng)在配電網(wǎng)中的應(yīng)用形式

從應(yīng)用形式上來看，儲(chǔ)能系統(tǒng)在配電網(wǎng)中有兩種應(yīng)用形式：一種是在微網(wǎng)層面上應(yīng)用；另一種是在配電網(wǎng)層面上應(yīng)用[2]。在微網(wǎng)層面上應(yīng)用的儲(chǔ)能系統(tǒng)，通常采用壓縮空氣儲(chǔ)能(CAS)、飛輪儲(chǔ)能(BCCS)、抽水蓄能(PL)和蓄電池儲(chǔ)能等類型的電池進(jìn)行能量存儲(chǔ)。在配電網(wǎng)層面上應(yīng)用的儲(chǔ)能系統(tǒng)，通常采用鋰離子電池、鈉硫電池和超級(jí)電容等類型的電池進(jìn)行能量存儲(chǔ)。目前，配電網(wǎng)中采用較多的儲(chǔ)能系統(tǒng)是鋰離子電池和鈉硫電池等。鋰離子電池具有較高能量密度、快速充放電能力和長(zhǎng)壽命等特點(diǎn)，但存在壽命短、對(duì)環(huán)境要求高等問題；鈉硫電池具有較高功率密度和長(zhǎng)壽命等優(yōu)點(diǎn)，但存在充放電功率大、能量密度低等問題；超級(jí)電容具有功率密度高、充放電速度快、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，但存在充電時(shí)間長(zhǎng)、充電功率小等問題。

2 配電網(wǎng)儲(chǔ)能設(shè)備運(yùn)行策略

在實(shí)際的配電網(wǎng)中，通常由多個(gè)可再生能源發(fā)電單元或分布式電源接入配電網(wǎng)的不同位置，因此，需要在考慮配電網(wǎng)儲(chǔ)能設(shè)備投資成本的同時(shí)，在一定程度上滿足其對(duì)可再生能源發(fā)電單元或分布式電源接入后對(duì)配電網(wǎng)負(fù)荷的調(diào)控需求，這就需要綜合考慮配電網(wǎng)中不同位置的儲(chǔ)能設(shè)備，采取不同的運(yùn)行策略。

2.1 基于能量回收的運(yùn)行策略

能量回收是指將系統(tǒng)中產(chǎn)生的剩余能量進(jìn)行收集和利用，在一些特定的應(yīng)用場(chǎng)景中，儲(chǔ)能設(shè)備可以通過回收系統(tǒng)中的余熱、余電等能量，實(shí)現(xiàn)能量的再利用，提高系統(tǒng)的能效[3]。

2.2 基于電池管理系統(tǒng)的運(yùn)行策略

電池管理系統(tǒng)通過對(duì)電池的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和調(diào)整，以實(shí)現(xiàn)最優(yōu)能量利用和電網(wǎng)支持[4]。首先，電池管理系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)電池的電壓、電流、溫度等參數(shù)，并記錄電池的充放電狀態(tài)和健康狀況。這些數(shù)據(jù)可以幫助系統(tǒng)了解電池的性能和狀態(tài)，為后續(xù)的充放電控制提供依據(jù)。其次，根據(jù)電池的狀態(tài)和系統(tǒng)需求，電池管理系統(tǒng)可以合理調(diào)度電池的充放電功率。在充電時(shí)，管理系統(tǒng)可以根據(jù)電池的充電速率和充電時(shí)間進(jìn)行控制，避免過充或過熱的情況發(fā)生。在放電時(shí)，管理系統(tǒng)可以根據(jù)系統(tǒng)的需求和電池的健康狀況來調(diào)整放電功率，避免電池過度使用或損壞。再次，電池管理系統(tǒng)還可以根據(jù)電網(wǎng)的需求和系統(tǒng)的負(fù)載情況，合理調(diào)度電池的充放電時(shí)機(jī)和功率，實(shí)現(xiàn)能量的高效利用和平衡。這有助于提高系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性，并降低運(yùn)行成本。另外，電池管理系統(tǒng)能夠?qū)﹄姵剡M(jìn)行故障診斷，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理電池故障或異常情況，可以檢測(cè)到電池的電量不足、過充、過放等問題，并及時(shí)采取措施進(jìn)行處理，以保障系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

2.3 基于最大功率點(diǎn)追蹤的運(yùn)行策略

在配電網(wǎng)儲(chǔ)能設(shè)備控制階段，當(dāng)可再生能源發(fā)電單元輸出功率大于其接入點(diǎn)處配電網(wǎng)負(fù)荷時(shí)，通過對(duì)可再生能源發(fā)電單元輸出進(jìn)行最大功率點(diǎn)追蹤，使其能夠向配電網(wǎng)提供足夠的功率；當(dāng)可再生能源發(fā)電單元輸出功率小于其接入點(diǎn)處配電網(wǎng)負(fù)荷時(shí)，通過對(duì)儲(chǔ)能設(shè)備進(jìn)行充電處理，以保證可再生能源發(fā)電單元能夠向配電網(wǎng)提供足夠的功率；當(dāng)可再生能源發(fā)電單元輸出功率小于其接入點(diǎn)處配電網(wǎng)負(fù)荷時(shí)，通過對(duì)儲(chǔ)能設(shè)備進(jìn)行放電處理，以保證可再生能源發(fā)電單元能夠向配電網(wǎng)提供足夠的功率；當(dāng)可再生能源發(fā)電單元輸出功率大于其接入點(diǎn)處配電網(wǎng)負(fù)荷時(shí)，通過對(duì)儲(chǔ)能設(shè)備進(jìn)行充電處理，以保證儲(chǔ)能設(shè)備能夠向配電網(wǎng)提供足夠的功率；當(dāng)儲(chǔ)能設(shè)備所處位置處沒有足夠的負(fù)荷容量時(shí)，應(yīng)將其接入配電網(wǎng)中[5]。

2.4 基于能量管理系統(tǒng)的運(yùn)行策略

基于能量管理系統(tǒng)的控制策略是通過集中管理多種儲(chǔ)能技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)能量的高效利用和平衡。首先，能量管理系統(tǒng)可以根據(jù)系統(tǒng)的需求，將多余的能量存儲(chǔ)在儲(chǔ)能設(shè)備中，并在需要時(shí)將能量釋放出來。這種存儲(chǔ)和釋放的過程有助于平衡系統(tǒng)的負(fù)荷，提高能源的利用效率[6]。其次，能量管理系統(tǒng)可以根據(jù)系統(tǒng)的需求和能源供應(yīng)的情況，優(yōu)化能源的利用方式。例如，在夜間電網(wǎng)需求較低時(shí)，管理系統(tǒng)可以將儲(chǔ)能設(shè)備中的電能進(jìn)行回收和儲(chǔ)存，以供白天高峰時(shí)使用。這種方式有助于減少能源的浪費(fèi)和節(jié)約成本。再次，能量管理系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)儲(chǔ)能設(shè)備的使用情況和性能，并在必要時(shí)為系統(tǒng)提供可靠的能源供應(yīng)。例如，在電網(wǎng)故障或其他緊急情況下，管理系統(tǒng)可以利用儲(chǔ)能設(shè)備中的電能繼續(xù)為系統(tǒng)供電，以保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行。另外，能量管理系統(tǒng)需要龐大的數(shù)據(jù)分析和處理能力，以實(shí)現(xiàn)能量的高效利用和平衡。這需要系統(tǒng)具備高效的數(shù)據(jù)處理能力和智能化的決策支持系統(tǒng)，以支持系統(tǒng)的正常運(yùn)行和管理。

2.5 基于預(yù)測(cè)模型的運(yùn)行策略

預(yù)測(cè)模型是儲(chǔ)能設(shè)備運(yùn)行策略中常見的一種方法，通過對(duì)負(fù)載需求、能量供應(yīng)和儲(chǔ)能設(shè)備狀態(tài)的預(yù)測(cè)，可以提前做出充放電策略的決策，以實(shí)現(xiàn)能量的平衡和優(yōu)化。預(yù)測(cè)模型可以根據(jù)歷史數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，利用統(tǒng)計(jì)學(xué)法和機(jī)器學(xué)習(xí)等方法建立，并根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行優(yōu)化。

3 配電網(wǎng)儲(chǔ)能設(shè)備容量的協(xié)調(diào)優(yōu)化

3.1 儲(chǔ)能設(shè)備容量與可再生能源發(fā)電優(yōu)化

由于可再生能源發(fā)電具有不確定性，在并網(wǎng)后，會(huì)對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生影響，儲(chǔ)能設(shè)備的容量由其所處的運(yùn)行狀態(tài)決定[7]。在配電網(wǎng)中，可再生能源發(fā)電和負(fù)荷之間存在著能量交換，如果儲(chǔ)能設(shè)備能夠在滿足可再生能源發(fā)電出力的前提下，保證負(fù)荷在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)保持穩(wěn)定，那么其所配備的儲(chǔ)能容量就可以得到有效利用。然而，實(shí)際配電網(wǎng)中由于大量可再生能源的接入，可再生能源出力具有較大的波動(dòng)性和隨機(jī)性。對(duì)于電網(wǎng)來說，需要考慮未來負(fù)荷變化情況對(duì)配電網(wǎng)運(yùn)行的影響以及未來電力市場(chǎng)的相關(guān)規(guī)定，研究如何根據(jù)負(fù)荷預(yù)測(cè)和可再生能源出力預(yù)測(cè)進(jìn)行合理規(guī)劃配置儲(chǔ)能設(shè)備容量。

3.2 儲(chǔ)能設(shè)備容量與配電網(wǎng)負(fù)荷優(yōu)化

配電網(wǎng)中，負(fù)荷特性一般為尖峰負(fù)荷、高峰負(fù)荷、低谷負(fù)荷三種。在某些區(qū)域，峰谷差較大，則可以利用峰谷差發(fā)電。例如，在用電高峰時(shí)刻(例如晚高峰)，利用峰谷差發(fā)電，可降低上網(wǎng)電價(jià)，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的目的。但如果要充分發(fā)揮儲(chǔ)能設(shè)備的作用，還需要考慮在高峰時(shí)段儲(chǔ)能設(shè)備需要吸收大量的電能而在低谷時(shí)段釋放的電能對(duì)電網(wǎng)的影響。

配電網(wǎng)中存在著大量的負(fù)荷特性為峰谷差較大的用戶，而且這些用戶占了整個(gè)配電網(wǎng)負(fù)荷比例的80%以上[8]。對(duì)于這類用戶來說，在低谷時(shí)段用電將對(duì)電網(wǎng)具有較大影響。為解決該問題，可引入儲(chǔ)能設(shè)備來消納低谷時(shí)段用戶的電能，并在其高峰時(shí)段釋放電能以降低網(wǎng)損。因此，如果要充分發(fā)揮儲(chǔ)能設(shè)備在配電網(wǎng)中的作用，就需要充分考慮這類用戶對(duì)電能的需求規(guī)律和需求時(shí)間。

居民用戶其用電規(guī)律為峰谷差較大。由于居民用電時(shí)間通常為晚高峰用電時(shí)間較早、早高峰用電時(shí)間較晚(即下班時(shí)間)、高峰時(shí)段用電時(shí)間相對(duì)固定等特點(diǎn)，因此在這類用戶中采用儲(chǔ)能設(shè)備消納其低谷時(shí)段電能是可行的。

由于工業(yè)企業(yè)通常具有白天負(fù)荷小、夜間負(fù)荷大、用電時(shí)間相對(duì)固定等特點(diǎn)。在這類用戶中采用儲(chǔ)能設(shè)備消納其低谷時(shí)段電能可以有效解決用電成本問題。而商業(yè)企業(yè)用戶由于其白天和夜間的用電特性與居民不同，因此需要采用儲(chǔ)能設(shè)備消納其高峰時(shí)段電能。

4 總結(jié)

儲(chǔ)能系統(tǒng)在配電網(wǎng)中的應(yīng)用越來越廣泛，對(duì)配電網(wǎng)的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行有著重要影響。為提升儲(chǔ)能系統(tǒng)運(yùn)行效率，保證儲(chǔ)能系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，開展配電網(wǎng)儲(chǔ)能設(shè)備運(yùn)行策略與容量的協(xié)調(diào)優(yōu)化研究，對(duì)于推動(dòng)儲(chǔ)能科學(xué)的發(fā)展具有重要的意義。在以后的研究中，需要進(jìn)一步根據(jù)實(shí)際情況優(yōu)化儲(chǔ)能容量，確保投資成本低，投入產(chǎn)出比高，能量利用效率高。