近年來(lái),隨著電池儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展,我國(guó)電池儲(chǔ)能技術(shù)逐漸呈現(xiàn)出了大規(guī)模集成與分布式應(yīng)用并存,多目標(biāo)協(xié)同應(yīng)用的特點(diǎn)和趨勢(shì)。在分析國(guó)內(nèi)外電池儲(chǔ)能電站發(fā)展現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上,針對(duì)新能源功率輸出平抑、計(jì)劃出力跟蹤等新能源發(fā)電側(cè)應(yīng)用場(chǎng)景,電網(wǎng)頻率調(diào)整、網(wǎng)絡(luò)潮流優(yōu)化等輸電側(cè)應(yīng)用場(chǎng)景,以及分布式、移動(dòng)式儲(chǔ)能等在配電側(cè)的應(yīng)用場(chǎng)景,對(duì)國(guó)內(nèi)外近些年來(lái)電池儲(chǔ)能應(yīng)用的研究成果及現(xiàn)狀進(jìn)行了綜述,并對(duì)未來(lái)大規(guī)模電池儲(chǔ)能電站的運(yùn)行控制方法和應(yīng)用前景做出了展望。

0引言

為促進(jìn)能源產(chǎn)業(yè)優(yōu)化升級(jí),實(shí)現(xiàn)清潔低碳發(fā)展,近年來(lái),我國(guó)大力發(fā)展清潔能源,風(fēng)電、光伏實(shí)現(xiàn)跨越式大發(fā)展,新能源裝機(jī)容量占比日益提高[1]。然而,在清潔能源高速發(fā)展的同時(shí),波動(dòng)性、間歇式新能源的并網(wǎng)給電網(wǎng)從調(diào)控運(yùn)行,安全控制等諸多方面帶來(lái)了不利影響,極大地限制了清潔能源的有效利用[2-4]。電池儲(chǔ)能電站可與分布/集中式新能源發(fā)電聯(lián)合應(yīng)用,是解決新能源發(fā)電并網(wǎng)問(wèn)題的有效途徑之一[5-6],將隨著新能源發(fā)電規(guī)模的日益增大以及電池儲(chǔ)能技術(shù)的不斷發(fā)展,成為支撐我國(guó)清潔能源發(fā)展戰(zhàn)略的重大關(guān)鍵技術(shù)。

電池儲(chǔ)能作為電能存儲(chǔ)的重要方式,具有功率和能量可根據(jù)不同應(yīng)用需求靈活配置,響應(yīng)速度快,不受地理資源等外部條件的限制,適合大規(guī)模應(yīng)用和批量化生產(chǎn)等優(yōu)勢(shì),使得電池儲(chǔ)能在配合集中/分布式新能源并網(wǎng),電網(wǎng)運(yùn)行輔助等方面具有不可替代的地位[7-8]。而與此同時(shí),隨著近些年來(lái)電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展,電池制造及應(yīng)用相關(guān)技術(shù)得到了長(zhǎng)足的進(jìn)步,電池的使用壽命和成本問(wèn)題也得到了進(jìn)一步改善,這些都使得電池儲(chǔ)能成為目前最受關(guān)注,發(fā)展最為迅速的儲(chǔ)能技術(shù)類型。

傳統(tǒng)小規(guī)模電池儲(chǔ)能系統(tǒng)(batteryenergystoragesystem,BESS)因其容量有限往往只能應(yīng)用于分布式新能源發(fā)電并網(wǎng)的功率輸出平抑[9],然而隨著電池儲(chǔ)能規(guī)模的不斷增大,十兆瓦級(jí)甚至百兆瓦級(jí)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的出現(xiàn)能夠?qū)﹄娋W(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行起到更多的積極用途。而隨著電動(dòng)汽車以及智能交通產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展,移動(dòng)式儲(chǔ)能在配電網(wǎng)能量?jī)?yōu)化管理等方面也將扮演更加重要的角色[10-11]。在上述背景下,大規(guī)模集成與分布式應(yīng)用并存的儲(chǔ)能系統(tǒng)將存在著多種應(yīng)用模式和多樣化應(yīng)用目標(biāo),如何保證集中/分布式新能源高效平穩(wěn)電力送出的同時(shí),兼顧儲(chǔ)能電站在新能源并網(wǎng)支持、電網(wǎng)安全控制輔助方面的積極用途,實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)、多層次的協(xié)同優(yōu)化控制與高效運(yùn)行維護(hù)是未來(lái)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)發(fā)展的重要目標(biāo)。為此,本文將在分析國(guó)內(nèi)外電池儲(chǔ)能電站發(fā)展現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上,對(duì)國(guó)內(nèi)外電池儲(chǔ)能系統(tǒng)在新能源發(fā)電側(cè)、輸電側(cè)、配用電側(cè)的多方面應(yīng)用研究成果及發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行綜述,并對(duì)未來(lái)大規(guī)模電池儲(chǔ)能電站的關(guān)鍵技術(shù)、應(yīng)用前景和運(yùn)行模式等做出展望。

1電池儲(chǔ)能電站發(fā)展概況

儲(chǔ)能技術(shù)具有極高的戰(zhàn)略地位,世界各國(guó)一直都在不斷支持儲(chǔ)能技術(shù)的研究和應(yīng)用。日本、美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家電池儲(chǔ)能電站技術(shù)發(fā)展較早,如今已得到了一些應(yīng)用[12],我國(guó)近些年來(lái)在國(guó)家政策的支持下也取得了較快的發(fā)展。國(guó)內(nèi)外在大規(guī)模電池儲(chǔ)能電站的運(yùn)行控制與應(yīng)用方面均存在著不少成功的實(shí)際工程案例。如應(yīng)用于日本青森縣風(fēng)電場(chǎng)的NGK公司的34MW/245MW？h鈉硫電池儲(chǔ)能電站,美國(guó)SDG&EEscondido30MW/120MW？h鋰離子電池儲(chǔ)能項(xiàng)目,以及我國(guó)張北風(fēng)光儲(chǔ)輸示范工程(一期)20MW/84MW？h多類型電池儲(chǔ)能電站等。這些工程應(yīng)用中,電池儲(chǔ)能電站的電池類型和應(yīng)用場(chǎng)景都不盡相同,表1中給出了近年來(lái)國(guó)內(nèi)外10MW級(jí)規(guī)模的典型電池儲(chǔ)能示范工程概況。

表1大規(guī)模電池儲(chǔ)能項(xiàng)目

從表1中可以看出,在實(shí)際工程應(yīng)用當(dāng)中,鋰離子電池、鈉硫電池、液流電池等均可作為電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的組成單元[13-14]。它們因其不同的安全性、能量密度、循環(huán)壽命和成本等(如表2所示)具有不同的應(yīng)用場(chǎng)景。

從電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀可以看出,國(guó)內(nèi)外電力行業(yè)均十分重視電池儲(chǔ)能系統(tǒng)在新能源發(fā)電并網(wǎng)以及電網(wǎng)運(yùn)行控制當(dāng)中的積極用途。據(jù)報(bào)道,國(guó)內(nèi)外多個(gè)百兆瓦級(jí)或百兆瓦時(shí)級(jí)電池儲(chǔ)能電站也在規(guī)劃當(dāng)中,將在不久的將來(lái)建成投產(chǎn)。而電動(dòng)汽車及智能交通技術(shù)的不斷發(fā)展也使得移動(dòng)式儲(chǔ)能載體在電網(wǎng)中的應(yīng)用可期。屆時(shí),電池儲(chǔ)能系統(tǒng)將存在著大規(guī)模集中式、分布式以及移動(dòng)式等不同集成與應(yīng)用模式,如何對(duì)其開展多目標(biāo)、多層次的運(yùn)行控制與智能化管理,國(guó)內(nèi)外研究人員將對(duì)其開展深入研究。

2電池儲(chǔ)能系統(tǒng)在發(fā)電側(cè)的應(yīng)用

2.1平滑出力波動(dòng)

由于風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電等新能源具有隨機(jī)性、間歇性、出力變化快等特點(diǎn),大容量的新能源發(fā)電裝置直接并網(wǎng)會(huì)對(duì)電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行與控制帶來(lái)較大影響,甚至直接引發(fā)一些安全穩(wěn)定事故。利用電池儲(chǔ)能裝置與可再生能源發(fā)電裝置聯(lián)合運(yùn)行,可使隨機(jī)變化的輸出功率轉(zhuǎn)換為相對(duì)穩(wěn)定的輸出,有利于滿足并網(wǎng)的各項(xiàng)技術(shù)要求。

有關(guān)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)平滑新能源發(fā)電應(yīng)用,國(guó)內(nèi)外開展了許多理論方法研究與分析驗(yàn)證。文獻(xiàn)[15]對(duì)儲(chǔ)能平抑新能源發(fā)電做了詳細(xì)的綜述,認(rèn)為儲(chǔ)能類型的選取、儲(chǔ)能系統(tǒng)的功率和容量配置、波動(dòng)平抑控制算法以及儲(chǔ)能系統(tǒng)能量管理是儲(chǔ)能系統(tǒng)應(yīng)用于新能源發(fā)電平抑時(shí)要重點(diǎn)考慮的4個(gè)方面。該文獻(xiàn)較為全面的綜述了儲(chǔ)能平滑新能源發(fā)電的研究現(xiàn)狀。而文獻(xiàn)[16-17]則從實(shí)際工程出發(fā),對(duì)風(fēng)光儲(chǔ)系統(tǒng)中儲(chǔ)能裝置對(duì)風(fēng)電和光伏出力的平抑過(guò)程從儲(chǔ)能集成架構(gòu)、算法原理和能量管理系統(tǒng)等角度做出了詳細(xì)的分析,驗(yàn)證了所提出就地控制與協(xié)同控制相結(jié)合的能量管理系統(tǒng)在平抑新能源發(fā)電方面的有效性。如何在平滑新能源出力波動(dòng)的同時(shí)考慮儲(chǔ)能單元充放電特性,保障電池的健康穩(wěn)定運(yùn)行則是大規(guī)模電池儲(chǔ)能系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的必要條件。文獻(xiàn)[18-19]針對(duì)風(fēng)電、光伏大規(guī)模集中接入電網(wǎng)引起的功率波動(dòng)問(wèn)題,分別基于模型預(yù)測(cè)控制(modelpredictivecontrol,MPC)和波動(dòng)率智能化分段控制平滑時(shí)間常數(shù)提出了相應(yīng)的儲(chǔ)能系統(tǒng)控制策略,且在控制過(guò)程中均引入電池充電狀態(tài)(stateofge,SOC)等參數(shù),以確保儲(chǔ)能單元的健康和穩(wěn)定。

從現(xiàn)有研究成果可知,電池儲(chǔ)能系統(tǒng)關(guān)于平抑新能源發(fā)電出力波動(dòng)具有顯著效果,而新能源發(fā)電并網(wǎng)運(yùn)行時(shí),電網(wǎng)對(duì)其出力波動(dòng)率的考核指標(biāo)是合理制定控制策略的核心問(wèn)題。因此將出力波動(dòng)率作為輸入變量,進(jìn)行閉環(huán)控制是解決其優(yōu)化控制問(wèn)題的關(guān)鍵。如文獻(xiàn)[20]對(duì)新能源發(fā)電出力波動(dòng)效果進(jìn)行了反饋控制,基于自適應(yīng)動(dòng)態(tài)規(guī)劃理論進(jìn)一步優(yōu)化了平滑發(fā)電的控制效果,達(dá)到了預(yù)期控制目標(biāo)。目前電網(wǎng)對(duì)風(fēng)電、光伏發(fā)電等新能源發(fā)電并網(wǎng)時(shí)的出力波動(dòng)率考核指標(biāo)相對(duì)寬松(具體參見國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)[21-22]),將出力波動(dòng)率作為約束條件之一,與跟蹤發(fā)電計(jì)劃出力偏差等新能源發(fā)電的其他并網(wǎng)約束條件復(fù)合考慮,開展儲(chǔ)能系統(tǒng)優(yōu)化控制方法研究,并提出經(jīng)濟(jì)可靠的運(yùn)行控制與能量管理方法是該領(lǐng)域未來(lái)要重點(diǎn)研究的問(wèn)題。

2.2跟蹤出力和經(jīng)濟(jì)調(diào)度

新能源發(fā)電系統(tǒng)的出力普遍呈現(xiàn)出極強(qiáng)的間歇性,且極難準(zhǔn)確預(yù)測(cè)[23-24],如何制定科學(xué)合理的日前、日內(nèi)及超短時(shí)間(實(shí)時(shí))出力計(jì)劃,在滿足調(diào)度及儲(chǔ)能約束的前提下保證新能源的高效輸出是該問(wèn)題的關(guān)鍵所在。

在出力計(jì)劃跟蹤方面,當(dāng)前研究重要可分為日前、日內(nèi)以及實(shí)時(shí)出力計(jì)劃跟蹤3個(gè)方面。針對(duì)日前出力計(jì)劃,大量文獻(xiàn)分別針對(duì)有功功率計(jì)劃和無(wú)功功率計(jì)劃提出了儲(chǔ)能裝置對(duì)新能源發(fā)電出力的補(bǔ)償控制方法,取得了削峰填谷,改善潮流的良好效果[25-26]。針對(duì)日內(nèi)出力計(jì)劃,重要工作集中在如何引入基于實(shí)時(shí)電價(jià)、負(fù)載需求和新能源出力等因素構(gòu)建出最優(yōu)性能指標(biāo)函數(shù),在最大程度跟蹤出力計(jì)劃的同時(shí)實(shí)現(xiàn)延長(zhǎng)電池使用壽命等附加目標(biāo)[27]。而針對(duì)實(shí)時(shí)出力計(jì)劃的跟蹤方法,則更多地將減少日前短時(shí)間新能源出力預(yù)測(cè)誤差作為其控制目標(biāo)[28-29]。

電池儲(chǔ)能系統(tǒng)關(guān)于提高新能源發(fā)電的調(diào)度計(jì)劃跟蹤能力、提高新能源利用率具有重要的用途,如何將不同時(shí)間尺度的出力計(jì)劃跟蹤控制策略進(jìn)行有效協(xié)調(diào)融合,提高電池儲(chǔ)能系統(tǒng)計(jì)劃跟蹤性能是該領(lǐng)域要進(jìn)一步探索的研究方向。

2.3參與電源的調(diào)頻與調(diào)壓

電池儲(chǔ)能系統(tǒng)安裝在發(fā)電側(cè)時(shí)具有四象限調(diào)節(jié)能力,能夠靈活地對(duì)有功、無(wú)功的輸入和輸出進(jìn)行調(diào)整[30-31],因而關(guān)于增強(qiáng)發(fā)電側(cè)頻率和電壓調(diào)節(jié)能力,改善并網(wǎng)電能質(zhì)量具有重要意義。

通過(guò)儲(chǔ)能系統(tǒng)改善發(fā)電側(cè)頻率、電壓調(diào)節(jié)能力在新能源電源和傳統(tǒng)電源中均有應(yīng)用。在新能源發(fā)電側(cè),文獻(xiàn)[32]通過(guò)提出基于限轉(zhuǎn)矩控制的慣量控制方法實(shí)現(xiàn)了電池儲(chǔ)能系統(tǒng)與永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)之間的協(xié)調(diào)控制,較好地提升了風(fēng)機(jī)并網(wǎng)過(guò)程的暫態(tài)頻率響應(yīng)特性。文獻(xiàn)[33-34]等則針對(duì)波動(dòng)性較大的新能源發(fā)電帶來(lái)的電壓波動(dòng)與閃變等問(wèn)題,提出了儲(chǔ)能裝置無(wú)功及電壓調(diào)節(jié)方法,實(shí)現(xiàn)了在并網(wǎng)點(diǎn)無(wú)功就地補(bǔ)償?shù)哪康?。而在傳統(tǒng)電源發(fā)電側(cè),文獻(xiàn)[35-36]等針對(duì)傳統(tǒng)火力發(fā)電機(jī)組提出了通過(guò)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行輔助調(diào)頻的方法,以提高傳統(tǒng)火力發(fā)電機(jī)組的AGC性能,其技術(shù)性能和經(jīng)濟(jì)效益已通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行了檢驗(yàn),證明了儲(chǔ)能系統(tǒng)關(guān)于改善發(fā)電機(jī)組調(diào)頻能力的用途。

從上述文獻(xiàn)可以看出,儲(chǔ)能系統(tǒng)通過(guò)配合適當(dāng)?shù)某隽φ{(diào)度控制,在提高新能源接納能力,改善新能源與傳統(tǒng)電源的發(fā)電性能與并網(wǎng)經(jīng)濟(jì)性,增強(qiáng)發(fā)電側(cè)頻率和電壓調(diào)節(jié)能力等多方面具有重要用途。

3電池儲(chǔ)能系統(tǒng)在輸電側(cè)的應(yīng)用

3.1參與系統(tǒng)調(diào)頻

除了在電源側(cè)通過(guò)并入電池儲(chǔ)能系統(tǒng)輔助改善發(fā)電機(jī)組AGC性能,提高機(jī)組頻率調(diào)節(jié)能力之外,隨著大規(guī)模集中式以及分布式電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的快速發(fā)展以及容量的不斷擴(kuò)大,電池儲(chǔ)能系統(tǒng)通過(guò)直接并入電網(wǎng)側(cè)對(duì)頻率異常狀態(tài)的主網(wǎng)進(jìn)行干預(yù)控制,也逐漸成為部分發(fā)達(dá)地區(qū)電網(wǎng)頻率穩(wěn)定控制的有效手段[37-38]。

目前,電池儲(chǔ)能系統(tǒng)通過(guò)集中式并入電網(wǎng)參與電網(wǎng)調(diào)頻已經(jīng)具備了一定的研究基礎(chǔ)和應(yīng)用示范。文獻(xiàn)[39]對(duì)大規(guī)模儲(chǔ)能電源參與電網(wǎng)調(diào)頻研究進(jìn)行了綜述,從必要性與可行性分析、儲(chǔ)能控制策略、容量配置及經(jīng)濟(jì)性評(píng)估、儲(chǔ)能與傳統(tǒng)調(diào)頻電源的聯(lián)合運(yùn)行等幾方面進(jìn)行了詳細(xì)介紹,說(shuō)明了儲(chǔ)能參與電網(wǎng)調(diào)頻的可行性與必要性。文獻(xiàn)[40]則針對(duì)電池儲(chǔ)能參與調(diào)頻的動(dòng)作時(shí)機(jī)與容量配置問(wèn)題,提出一種包含虛擬慣性控制和虛擬下垂控制模式的儲(chǔ)能綜合控制方法,并給出了相關(guān)動(dòng)作時(shí)機(jī)及其應(yīng)當(dāng)采取的控制模式,對(duì)系統(tǒng)頻率穩(wěn)定起到了較好的支撐用途。相關(guān)于集中式接入方式,分布式電池儲(chǔ)能系統(tǒng)通過(guò)聚合用途參與電網(wǎng)調(diào)頻的研究則相對(duì)滯后。文獻(xiàn)[41]介紹了一種分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)參與電網(wǎng)一次調(diào)頻的方法,并利用快速傅里葉變換提取了意大利電網(wǎng)典型頻率波動(dòng)工況,測(cè)試所提出分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)在一次調(diào)頻當(dāng)中的用途,并取得了一定的效果。文獻(xiàn)[42]提出了一種含區(qū)域主機(jī)的分布式電池儲(chǔ)能裝置協(xié)調(diào)控制方法,在區(qū)域主機(jī)的協(xié)調(diào)下,各分布式儲(chǔ)能裝置通過(guò)聚合效應(yīng)對(duì)系統(tǒng)頻率和電壓實(shí)現(xiàn)了有效的支撐。因目前尚缺乏普遍認(rèn)可的分布式儲(chǔ)能裝置協(xié)調(diào)統(tǒng)一控制架構(gòu)和策略,基于分布式儲(chǔ)能裝置的系統(tǒng)頻率支撐方法仍處于理論研究階段。

隨著儲(chǔ)能系統(tǒng)接入規(guī)模的不斷擴(kuò)大,未來(lái)儲(chǔ)能系統(tǒng)在系統(tǒng)頻率支撐領(lǐng)域的用途也將越來(lái)越大,在進(jìn)一步研究適應(yīng)大規(guī)模電池儲(chǔ)能電站的頻率控制策略的同時(shí),充分利用未來(lái)廣泛存在的分布式儲(chǔ)能裝置,提出相應(yīng)的聚合控制方法,是該領(lǐng)域的重要未來(lái)發(fā)展方向之一。

3.2優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)潮流分布

隨著具有波動(dòng)性和間歇性的可再生能源大規(guī)模并入電網(wǎng),針對(duì)全網(wǎng)的有功和無(wú)功潮流調(diào)度及優(yōu)化變得愈加困難,新能源外送線路的輸送能力也因此受到了較大的影響[43-44]。如何協(xié)調(diào)傳統(tǒng)電源、新能源以及儲(chǔ)能系統(tǒng)的出力分配,實(shí)現(xiàn)有功和無(wú)功潮流的全網(wǎng)優(yōu)化分配,關(guān)于提高網(wǎng)絡(luò)安全水平,提升線路輸送容量具有重要意義。

如何構(gòu)建含電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)潮流優(yōu)化模型是該領(lǐng)域的研究重點(diǎn)。為此,眾多文獻(xiàn)以網(wǎng)絡(luò)傳輸經(jīng)濟(jì)性等為目標(biāo),對(duì)不同的儲(chǔ)能并網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行了建模和求解。文獻(xiàn)[45]針對(duì)含高壓直流輸電線路(highvoltagedirectcurrenttransmission,HVDC)的火風(fēng)光儲(chǔ)混合能源系統(tǒng),以全網(wǎng)經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)為目標(biāo),提出了一種基于GAME理論的新型功率分配調(diào)整調(diào)度策略,通過(guò)建立懲罰函數(shù),構(gòu)建了儲(chǔ)能系統(tǒng)與其他發(fā)電系統(tǒng)的潮流分配策略,實(shí)現(xiàn)了潮流在全網(wǎng)范圍內(nèi)的最優(yōu)經(jīng)濟(jì)分配。文獻(xiàn)[46]提出一種包含電池儲(chǔ)能和統(tǒng)一潮流控制器(unifiedpowerflowcontroller,UPFC)的網(wǎng)絡(luò)潮流優(yōu)化模型,所求解控制器可在實(shí)現(xiàn)有功電源的最優(yōu)容量的同時(shí)獲取線路最小化功率傳輸角,實(shí)現(xiàn)了最經(jīng)濟(jì)的有功電源功率調(diào)度。文獻(xiàn)[47]針對(duì)含風(fēng)電的儲(chǔ)能并網(wǎng)系統(tǒng),在建立儲(chǔ)能系統(tǒng)細(xì)化模型的基礎(chǔ)上,提出了一種含儲(chǔ)能系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度的滾動(dòng)優(yōu)化思路,構(gòu)造了考慮規(guī)?；瘍?chǔ)能系統(tǒng)的多時(shí)段最優(yōu)潮流模型,并對(duì)剩余能量約束進(jìn)行了松弛與自適應(yīng)調(diào)整。上述文獻(xiàn)對(duì)具有某一典型特點(diǎn)的含儲(chǔ)能并網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行了較好的建模分析,如何結(jié)合實(shí)際復(fù)雜大規(guī)模電力系統(tǒng)考慮不同接入方式的儲(chǔ)能裝置進(jìn)行建模分析卻有待進(jìn)一步深入。

大規(guī)模儲(chǔ)能系統(tǒng)的應(yīng)用可顯著提高電網(wǎng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性,而如何結(jié)合安穩(wěn)及調(diào)度信息,實(shí)現(xiàn)以提高輸電通道穩(wěn)定極限、提高系統(tǒng)安全水平等的多目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)潮流優(yōu)化,仍然值得研究人員進(jìn)一步思考。

3.3提升系統(tǒng)功角穩(wěn)定水平

儲(chǔ)能系統(tǒng)并入電網(wǎng)將對(duì)電網(wǎng)的功角穩(wěn)定性出現(xiàn)一系列影響[48-49],該影響一方面是通過(guò)其充放電過(guò)程改變系統(tǒng)潮流分布,另一方面,是通過(guò)虛擬同步機(jī)技術(shù)使儲(chǔ)能系統(tǒng)出現(xiàn)的虛擬慣量與系統(tǒng)中其他發(fā)電機(jī)出現(xiàn)機(jī)電耦合用途。研究人員針對(duì)這兩方面對(duì)含儲(chǔ)能系統(tǒng)的系統(tǒng)穩(wěn)定性開展了相關(guān)研究。

電池儲(chǔ)能系統(tǒng)具有能快速地根據(jù)系統(tǒng)目前的狀況從系統(tǒng)吸收或向系統(tǒng)發(fā)出有功和無(wú)功功率的特點(diǎn),并且有功、無(wú)功是相互獨(dú)立的,可以同時(shí)互不干擾地進(jìn)行,因此電池儲(chǔ)能系統(tǒng)能夠在一定程度上影響電網(wǎng)的潮流分布。文獻(xiàn)[50]對(duì)應(yīng)用電池儲(chǔ)能系統(tǒng)來(lái)抑制電力系統(tǒng)低頻振蕩的機(jī)理開展了深入研究,指出電池儲(chǔ)能裝置的容量、接入的地點(diǎn)和控制方式、控制策略對(duì)其抑制系統(tǒng)低頻振蕩的效果有重要影響。然而系統(tǒng)潮流與系統(tǒng)穩(wěn)定性的關(guān)系與系統(tǒng)不同運(yùn)行工況密切相關(guān),如何自適應(yīng)地調(diào)整儲(chǔ)能系統(tǒng)控制策略仍需開展更多研究工作。儲(chǔ)能系統(tǒng)在引入虛擬同步機(jī)技術(shù)后同樣也能對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性出現(xiàn)影響。虛擬同步機(jī)技術(shù)是指通過(guò)模擬同步機(jī)組的機(jī)電暫態(tài)特性,使采用變流器的電源具有同步機(jī)組的慣量、阻尼、頻率和電壓調(diào)整等運(yùn)行外特性的技術(shù)。為分析虛擬慣量對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響,文獻(xiàn)[51]建立了虛擬同步機(jī)的小信號(hào)模型,基于此模型提出了儲(chǔ)能物理約束的計(jì)算方法,探尋了虛擬同步機(jī)的運(yùn)行邊界。通過(guò)對(duì)不同慣量和阻尼下虛擬同步機(jī)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性的分析,闡釋了慣量和阻尼影響儲(chǔ)能物理約束的機(jī)理。該文獻(xiàn)對(duì)儲(chǔ)能裝置虛擬同步機(jī)性能及其影響因素進(jìn)行了詳細(xì)分析,然而儲(chǔ)能裝置與系統(tǒng)內(nèi)同步發(fā)電機(jī)和新能源發(fā)電設(shè)備的暫態(tài)互耦合過(guò)程以及其與系統(tǒng)穩(wěn)定性之間的關(guān)系仍然值得進(jìn)一步探索。

新能源并網(wǎng)過(guò)程對(duì)系統(tǒng)功角穩(wěn)定性的影響隨著新能源裝機(jī)比例的提高不斷增大,通過(guò)大規(guī)模電池儲(chǔ)能裝置減弱其影響關(guān)于提高電網(wǎng)新能源接納能力具有重要意義。

4電池儲(chǔ)能系統(tǒng)在配電側(cè)中的應(yīng)用

4.1分布式儲(chǔ)能應(yīng)用

隨著分布式新能源發(fā)電和電動(dòng)汽車的快速發(fā)展,配電網(wǎng)的構(gòu)成元件和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜,如何在配電網(wǎng)中通過(guò)合理配置分布式電池儲(chǔ)能裝置[52-53],考慮分布式儲(chǔ)能的聚合效應(yīng)[54],在保證配電網(wǎng)安全運(yùn)行的同時(shí)實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)能量?jī)?yōu)化管理,是一項(xiàng)富有挑戰(zhàn)的重要課題。

儲(chǔ)能裝置作為一種補(bǔ)償配網(wǎng)系統(tǒng)功率波動(dòng)的有效手段,其容量配置關(guān)系到補(bǔ)償功率波動(dòng)精度和相關(guān)經(jīng)濟(jì)性指標(biāo),文獻(xiàn)[55]就電池儲(chǔ)能系統(tǒng)在配電網(wǎng)的科學(xué)合理配置問(wèn)題展開了研究,得出了分布式儲(chǔ)能配置可以得到更精確的容量配置和更優(yōu)的功率補(bǔ)償效果的結(jié)論?？紤]配電網(wǎng)的多方面需求,提出適合分布式儲(chǔ)能的控制架構(gòu)是實(shí)現(xiàn)其配電網(wǎng)多功能應(yīng)用的基礎(chǔ)和前提,為此,文獻(xiàn)[56]針對(duì)分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)提出了基于電池網(wǎng)絡(luò)的分布式電池儲(chǔ)能系統(tǒng)架構(gòu)與互聯(lián)網(wǎng)化管控關(guān)鍵技術(shù),為含分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)的配電網(wǎng)運(yùn)行管理供應(yīng)了一種控制架構(gòu)。實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)、安全的配電網(wǎng)能量管理是分布式電池儲(chǔ)能裝置的配置目標(biāo),如何優(yōu)化配電網(wǎng)中的有功、無(wú)功潮流,是實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)的關(guān)鍵所在。為此,研究人員對(duì)其開展了一系列研究。文獻(xiàn)[57]針對(duì)分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)提出了一種多區(qū)域主動(dòng)實(shí)時(shí)分散控制算法。該算法基于能夠考慮其直流有功功率限制的BESS的精確動(dòng)態(tài)模型構(gòu)建而成,具備電壓支撐和線路堵塞管理等功能,而不同儲(chǔ)能裝置之間的溝通則通過(guò)多代理技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn),該成果對(duì)分布式儲(chǔ)能能量管理具有較好的借鑒意義。

電池儲(chǔ)能系統(tǒng)關(guān)于配電網(wǎng)能量?jī)?yōu)化管理具有重要意義,如何合理地對(duì)其進(jìn)行配置,并提出與之相適應(yīng)的控制架構(gòu)對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化控制,是實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)的重要前提和途徑。

4.2儲(chǔ)能系統(tǒng)在直流微/配電網(wǎng)中的應(yīng)用

直流微/配電網(wǎng)中由于分布式發(fā)電單元輸出功率的不穩(wěn)定以及負(fù)載的突變特性,使得直流微/配電網(wǎng)的能量管理極其困難,如何在其中合理配置儲(chǔ)能單元,并建立安全可靠的儲(chǔ)能并網(wǎng)控制策略是保障直流微/配電網(wǎng)安全平穩(wěn)運(yùn)行的重要關(guān)鍵技術(shù)[58-59]。

直流微/配電網(wǎng)中,直流母線電壓是反映整個(gè)系統(tǒng)功率平衡的關(guān)鍵性指標(biāo),控制好直流母線電壓穩(wěn)定關(guān)于直流微電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行具有重要意義。文獻(xiàn)[60]針對(duì)多節(jié)點(diǎn)直流配電網(wǎng)電壓穩(wěn)定性差且控制困難的問(wèn)題,提出一種考慮分布式儲(chǔ)能參與的直流配電網(wǎng)電壓柔性控制策略,對(duì)配電網(wǎng)中的電壓無(wú)功管理取得了較好的成效。文獻(xiàn)[61]基于鋰離子電池和超級(jí)電容構(gòu)建了光伏型直流微網(wǎng)的混合儲(chǔ)能系統(tǒng),提出了改進(jìn)型混合儲(chǔ)能控制策略以及針對(duì)光伏型直流微網(wǎng)的電壓分層協(xié)調(diào)控制策略,起到了調(diào)節(jié)直流母線電壓,保證直流微網(wǎng)的功率平衡的用途。文獻(xiàn)[62]提出一種適用于直流分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)的基于儲(chǔ)能單元剩余容量SOC的改進(jìn)下垂控制方法,以實(shí)現(xiàn)負(fù)荷功率在不同儲(chǔ)能單元之間的動(dòng)態(tài)分配,且在該過(guò)程中考慮了直流母線電壓跌落的影響。在考慮直流微/配電網(wǎng)直流母線電壓穩(wěn)定的前提下提出合理的控制架構(gòu)和控制策略,實(shí)現(xiàn)直流微/配電網(wǎng)中的多層次能量管理需求,是該領(lǐng)域研究文獻(xiàn)的重要研究目標(biāo)。

不論是電池儲(chǔ)能系統(tǒng)單獨(dú)運(yùn)用還是與超級(jí)電容裝置等組成混合儲(chǔ)能系統(tǒng),電池儲(chǔ)能技術(shù)在直流微/配電網(wǎng)中具有不可替代的地位,隨著直流微/配電網(wǎng)理論及工程應(yīng)用的不斷成熟,電池儲(chǔ)能裝置未來(lái)在直流微/配電網(wǎng)中也將發(fā)揮越來(lái)越大的用途。

4.3儲(chǔ)能系統(tǒng)在主動(dòng)配電網(wǎng)中的應(yīng)用

主動(dòng)配電網(wǎng)是實(shí)現(xiàn)大規(guī)模間歇式新能源并網(wǎng)運(yùn)行控制、電網(wǎng)與充放電設(shè)施互動(dòng)、智能配用電等電網(wǎng)分析與運(yùn)行關(guān)鍵技術(shù)的有效解決方法,電池儲(chǔ)能系統(tǒng)因其能量傳輸效率高,配置靈活等優(yōu)點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)主動(dòng)配電網(wǎng)的重要技術(shù)基礎(chǔ),對(duì)提高分布式能源的利用效率和配電網(wǎng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性意義重大[63-64]。

如何將各種經(jīng)濟(jì)性因素考慮進(jìn)主動(dòng)配電網(wǎng)運(yùn)行的優(yōu)化過(guò)程中是目前該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。文獻(xiàn)[65]以可再生能源利用率最大、網(wǎng)絡(luò)損耗最小和用戶滿意度最高為目標(biāo)構(gòu)建了主動(dòng)配電網(wǎng)優(yōu)化調(diào)度模型,提出了儲(chǔ)能和柔性負(fù)荷的協(xié)調(diào)優(yōu)化方法。文獻(xiàn)[66]考慮分時(shí)電價(jià)和售購(gòu)電價(jià)差異,以實(shí)現(xiàn)分布式電源波動(dòng)功率的消納,最小化配電網(wǎng)向主網(wǎng)的購(gòu)電成本為目標(biāo),提出了一種主動(dòng)配電網(wǎng)中電池儲(chǔ)能系統(tǒng)(BESS)的運(yùn)行優(yōu)化模型,在此過(guò)程中通過(guò)計(jì)算BESS中電池循環(huán)壽命,計(jì)及BESS的等效運(yùn)行成本,實(shí)現(xiàn)了BESS的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。文獻(xiàn)[67]則考慮了線路改造和新建、儲(chǔ)能及分布式電源的選址定容、典型日下分布式發(fā)電和儲(chǔ)能的經(jīng)濟(jì)調(diào)度、承擔(dān)分布式發(fā)電/儲(chǔ)能建設(shè)投資的區(qū)域能源供應(yīng)商的營(yíng)收狀況等因素,提出了一種主動(dòng)配電網(wǎng)規(guī)劃-運(yùn)行聯(lián)合優(yōu)化模型,實(shí)現(xiàn)了主動(dòng)配電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。上述文獻(xiàn)均考慮了與經(jīng)濟(jì)性相關(guān)的線損、用電成本等若干指標(biāo),在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中需結(jié)合主動(dòng)配電網(wǎng)實(shí)際需求遴選相應(yīng)指標(biāo)構(gòu)建優(yōu)化模型。

儲(chǔ)能系統(tǒng)在主動(dòng)配電網(wǎng)構(gòu)建中用途巨大,如何將網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)、可控分布式電源、需求側(cè)響應(yīng)等更多主動(dòng)配電網(wǎng)中可調(diào)度資源考慮在儲(chǔ)能優(yōu)化控制與調(diào)度模型之中,是未來(lái)該方向的研究重點(diǎn)之一。

4.4V2G(Vehicle-to-Grid)技術(shù)的應(yīng)用

隨著電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展,電動(dòng)汽車在配電網(wǎng)中的充放電容量以及充放電過(guò)程對(duì)配電網(wǎng)安全運(yùn)行的影響已不容小覷[68-70],如何通過(guò)智能配電網(wǎng)及智能交通技術(shù)對(duì)電動(dòng)汽車充放電過(guò)程進(jìn)行科學(xué)有序管理,發(fā)揮電動(dòng)汽車儲(chǔ)能載體的用途對(duì)配電網(wǎng)能量進(jìn)行優(yōu)化管理,是未來(lái)配電網(wǎng)的重要研究方向之一。

文獻(xiàn)[71-72]指出,未來(lái)電動(dòng)汽車(electricvehicle,EV)的大規(guī)模接入,將給電力系統(tǒng)規(guī)劃和運(yùn)行帶來(lái)不可忽視的影響,電動(dòng)汽車與電網(wǎng)互動(dòng)可以實(shí)現(xiàn)削峰填谷、參與調(diào)頻、供應(yīng)備用等用途,關(guān)于電網(wǎng)的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和提高新能源發(fā)電消納能力具有重要意義。文獻(xiàn)[73-74]綜合考慮電網(wǎng)約束、電池約束、車主使用需求,提出了電動(dòng)汽車分布式儲(chǔ)能的控制策略,使得電動(dòng)汽車實(shí)現(xiàn)了與電網(wǎng)的信息雙向交換和與能量雙相交換。

隨著電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,V2G技術(shù)將具有廣闊的應(yīng)用前景,然而該領(lǐng)域研究工作尚停留在理論框架構(gòu)建和應(yīng)用模式探索階段,缺乏較為成熟的技術(shù)路線和實(shí)現(xiàn)方法,急需對(duì)其展開持續(xù)深入的研究。

4.5移動(dòng)式儲(chǔ)能裝置的并網(wǎng)應(yīng)用

依據(jù)不同并離網(wǎng)接入需求,移動(dòng)式電池儲(chǔ)能裝置可在配電網(wǎng)中靈活配置和應(yīng)用,而研究適用于不同電壓等級(jí)和應(yīng)用模式的系統(tǒng)集成與接口配置技術(shù)是關(guān)鍵問(wèn)題之一,以確保其高效、靈活、可靠運(yùn)行。文獻(xiàn)[75]考慮季節(jié)性用電負(fù)荷對(duì)配電網(wǎng)末端電能質(zhì)量影響,提出了一種移動(dòng)式電池儲(chǔ)能車的系統(tǒng)集成與接入、控制應(yīng)用方法,分析論證了其在福建某茶區(qū)的實(shí)際應(yīng)用效果,相關(guān)技術(shù)成果為移動(dòng)式電池儲(chǔ)能裝置在配電網(wǎng)靈活應(yīng)用供應(yīng)了一種有益借鑒。文獻(xiàn)[76]考慮配電網(wǎng)中低壓三相線路覆冰災(zāi)害時(shí)的融冰需求,以移動(dòng)式電池儲(chǔ)能系統(tǒng)重要設(shè)備的總成本最小為目標(biāo),提出了一種移動(dòng)式電池儲(chǔ)能直流融冰裝置的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以及功率/容量?jī)?yōu)化設(shè)計(jì)方法。以福建省部分山區(qū)冰區(qū)分布以及相關(guān)配電網(wǎng)覆冰線路融冰處理效果的計(jì)算分析可知,該方法具有可行性,通過(guò)精確計(jì)算直流熱力融冰電流值可進(jìn)一步優(yōu)化移動(dòng)式電池儲(chǔ)能裝置設(shè)計(jì)應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)性。目前移動(dòng)式電池儲(chǔ)能裝置的優(yōu)化設(shè)計(jì)與系統(tǒng)集成、靈活接入以及應(yīng)用模式等相關(guān)研究尚處于發(fā)展階段,缺乏系列化技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系與應(yīng)用規(guī)范,亟待深入研究。

5未來(lái)電池儲(chǔ)能電站的應(yīng)用前景和集成應(yīng)用模式展望

十二五期間,國(guó)內(nèi)研發(fā)了兆瓦~十兆瓦級(jí)電池儲(chǔ)能電站,重要用于解決發(fā)電側(cè)的風(fēng)電場(chǎng)、光伏發(fā)電站接入點(diǎn)的場(chǎng)站級(jí)出力品質(zhì)控制問(wèn)題,以提高接入點(diǎn)的并網(wǎng)友好性。然而,針對(duì)新能源發(fā)電基地級(jí)別的送出與消納以及針對(duì)區(qū)域電網(wǎng)的調(diào)峰容量不足、暫態(tài)電壓支撐等問(wèn)題,十兆瓦級(jí)規(guī)模的電池儲(chǔ)能電站已難以滿足實(shí)際應(yīng)用需求。因此,配置百兆瓦級(jí)的大型電池儲(chǔ)能電站已成為當(dāng)下新能源發(fā)展過(guò)程中的當(dāng)務(wù)之急。

但是百兆瓦級(jí)電池儲(chǔ)能電站有別于傳統(tǒng)十兆瓦級(jí)儲(chǔ)能電站,下述問(wèn)題需重點(diǎn)關(guān)注并解決：1)儲(chǔ)能子系統(tǒng)(單機(jī))設(shè)計(jì)容量將提高,且儲(chǔ)能子系統(tǒng)接入的電壓等級(jí)也將提高,導(dǎo)致電站集成方式發(fā)生改變,現(xiàn)有十兆瓦級(jí)儲(chǔ)能電站的集成方法與控制方法,不適用于百兆瓦級(jí)電池儲(chǔ)能電站。2)百兆瓦級(jí)電池儲(chǔ)能單元設(shè)備與控制單元增多,由于復(fù)雜多變的熱、電、磁場(chǎng)等影響因素實(shí)時(shí)分布式到每個(gè)儲(chǔ)能子系統(tǒng),導(dǎo)致多機(jī)并聯(lián)運(yùn)行的儲(chǔ)能子系統(tǒng)個(gè)體離散化問(wèn)題突出,系統(tǒng)穩(wěn)定與暫態(tài)轉(zhuǎn)換過(guò)程中各儲(chǔ)能子系統(tǒng)的性能差異及交叉耦合程度更高,相互影響與干擾更加復(fù)雜。3)十兆瓦級(jí)儲(chǔ)能電站電池單體數(shù)達(dá)到十萬(wàn)級(jí),與此相比,百兆瓦級(jí)電池儲(chǔ)能電站電池單體個(gè)數(shù)將達(dá)到百萬(wàn)級(jí),其通信結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜,對(duì)多個(gè)控制單元監(jiān)測(cè)與協(xié)調(diào)控制難度加大。此外,百兆瓦級(jí)電池儲(chǔ)能電站,對(duì)多個(gè)儲(chǔ)能子系統(tǒng)控制單元間互知、儲(chǔ)能子系統(tǒng)控制單元與上層控制層之間互知等提出了新的需求。而現(xiàn)有基于生產(chǎn)自動(dòng)化系統(tǒng)的信息交互處理能力以及通信架構(gòu),將難以滿足百兆瓦級(jí)儲(chǔ)能電站全功率響應(yīng)時(shí)間以及出力精度要求。因此,需提出適用于百兆瓦級(jí)儲(chǔ)能電站的新型控制架構(gòu)與整體控制方法。4)百兆瓦級(jí)電池儲(chǔ)能電站的運(yùn)行可靠性問(wèn)題將更加突出,需研究?jī)?chǔ)能子系統(tǒng)集群并聯(lián)運(yùn)行暫態(tài)過(guò)程以及一致性機(jī)理,以提升儲(chǔ)能電站一致性控制與運(yùn)行性能。

此外,傳統(tǒng)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)因容量有限往往只能適應(yīng)單一的控制目標(biāo),實(shí)現(xiàn)新能源并網(wǎng)或者電網(wǎng)輔助控制中獨(dú)立的某項(xiàng)功能。而隨著大規(guī)模、超/特大規(guī)模電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的規(guī)劃和建設(shè),以及分布式、移動(dòng)即插即用式電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的不斷發(fā)展,電池儲(chǔ)能系統(tǒng)具備了多目標(biāo)協(xié)同實(shí)現(xiàn)的能力,除了應(yīng)具備新能源發(fā)電側(cè)、配用電側(cè)的應(yīng)用功能外,還應(yīng)在相應(yīng)約束條件下盡可能地為電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行供應(yīng)積極用途。為此,筆者認(rèn)為未來(lái)大規(guī)模電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的發(fā)展與應(yīng)用要從以下幾個(gè)方面重點(diǎn)開展一些工作：

1)從大規(guī)模儲(chǔ)能電池的設(shè)計(jì)、集成、安裝、運(yùn)行、監(jiān)控等生產(chǎn)運(yùn)行全過(guò)程,充分重視電池的安全問(wèn)題,提出不同類型儲(chǔ)能系統(tǒng)的安全邊界,對(duì)可能出現(xiàn)的電池過(guò)熱、變形、燃燒、電解液泄露等安全隱患設(shè)計(jì)具有充分可靠性的安全措施,防止安全生產(chǎn)事故的發(fā)生。

2)充分考慮大規(guī)模/超大規(guī)模電池儲(chǔ)能系統(tǒng)數(shù)量龐大的儲(chǔ)能單元及其網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的復(fù)雜性,提出站域集中管理與子系統(tǒng)分區(qū)自治相結(jié)合的大規(guī)模/超大規(guī)模電池儲(chǔ)能電站優(yōu)化控制架構(gòu),從根本上解決各儲(chǔ)能單元差異性與應(yīng)用目標(biāo)統(tǒng)一性之間的矛盾,全面提升電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的綜合管控能力。

3)有效利用大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等方法,兼顧歷史和實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)診斷與分析,性能衰減與安全預(yù)警等,確保大規(guī)模集中/分布式電池儲(chǔ)能電站安全、穩(wěn)定、可靠運(yùn)行。

4)針對(duì)大規(guī)模集中/分布式電池儲(chǔ)能電站與集中/分布式新能源發(fā)電聯(lián)合應(yīng)用場(chǎng)景,考慮智能化運(yùn)行調(diào)度、安全穩(wěn)定控制、全壽命周期管理、多目標(biāo)控制管理、運(yùn)行效益最優(yōu)等多方面需求,提出不同集成架構(gòu)下的電池儲(chǔ)能電站多目標(biāo)協(xié)同優(yōu)化控制方法,破解不同形式電池儲(chǔ)能系統(tǒng)能量管理與科學(xué)控制的難題。

5)考慮大規(guī)模集中/分布式電池儲(chǔ)能系統(tǒng)可能由不同種類、不同壽命階段的電池儲(chǔ)能單元/梯次利用動(dòng)力鋰電池儲(chǔ)能單元等混合集成,研究并揭示上述多類型電池儲(chǔ)能電站中不同類型儲(chǔ)能單元健康狀態(tài)、性能衰減、充放電倍率的差異特性,分析各電池單元?jiǎng)討B(tài)連接后的充放電特性,提出針對(duì)不同類型電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)、智能、差異化的充放電控制方法,解決電池優(yōu)化管理難題。

6)從電池儲(chǔ)能模塊級(jí)、裝置級(jí)和系統(tǒng)級(jí)等不同層面,研究不同類型大容量電池儲(chǔ)能技術(shù)的充放電特性、工況適用性、安全性及經(jīng)濟(jì)性評(píng)估方法,掌握先進(jìn)大容量?jī)?chǔ)能技術(shù)經(jīng)濟(jì)性的量化分析與綜合評(píng)估方法,支撐電池儲(chǔ)能技術(shù)的深入研究和工程化應(yīng)用。

7)對(duì)集中式、分布式、可移動(dòng)集裝箱式等不同接入方式以及超/特大規(guī)模電池儲(chǔ)能系統(tǒng),構(gòu)建信息物理充分融合的半實(shí)物仿真平臺(tái),結(jié)合大數(shù)據(jù)、云計(jì)算技術(shù),形成電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的超級(jí)建模方法,驗(yàn)證儲(chǔ)能在電網(wǎng)不同環(huán)節(jié)不同場(chǎng)景下的應(yīng)用模式和控制方法。

8)大規(guī)模電池儲(chǔ)能系統(tǒng)集中式接入以及分布式電池儲(chǔ)能系統(tǒng)規(guī)?；酆虾?均將成為電網(wǎng)中一種不容忽視的可調(diào)控手段,通過(guò)研究電池儲(chǔ)能系統(tǒng)與傳統(tǒng)安穩(wěn)控制系統(tǒng)的協(xié)調(diào)配合方法,將有效增強(qiáng)和改善電網(wǎng)安全三道防線在抵御電網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn),增強(qiáng)系統(tǒng)穩(wěn)定性方面的能力。

9)結(jié)合分布式、集中式、可移動(dòng)式等不同集成方式,發(fā)、輸、配用電等不同應(yīng)用場(chǎng)景,考慮以綠證、綠色標(biāo)簽等為體現(xiàn)形式的可再生能源配額制對(duì)上網(wǎng)電價(jià)、競(jìng)價(jià)機(jī)制、交易模式等的不同影響,開展基于電力市場(chǎng)環(huán)境的儲(chǔ)能設(shè)備選址選點(diǎn)、規(guī)劃布局、功率/容量?jī)?yōu)化配置以及商業(yè)化運(yùn)行方法/模式研究,探索在電力市場(chǎng)輔助服務(wù)中如何提高儲(chǔ)能系統(tǒng)規(guī)劃布局與并網(wǎng)運(yùn)行的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性,并量化、規(guī)范相關(guān)指標(biāo)。

6結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的運(yùn)行控制與應(yīng)用方法開展了系統(tǒng)的研究和綜述,重要結(jié)論如下：

1)分析了電池儲(chǔ)能電站的發(fā)展概況,從國(guó)內(nèi)外的工程實(shí)際應(yīng)用情況出發(fā),介紹了電池儲(chǔ)能電站在新能源并網(wǎng)和電網(wǎng)安全控制等領(lǐng)域所發(fā)揮的重要用途。

2)從發(fā)電側(cè)、輸電側(cè)、配電側(cè)三個(gè)方面對(duì)電池儲(chǔ)能電站在不同場(chǎng)景下的應(yīng)用進(jìn)行了詳細(xì)的文獻(xiàn)綜述和分析,一定程度上闡明了電池儲(chǔ)能電站在各研究領(lǐng)域內(nèi)的研究現(xiàn)狀、問(wèn)題、及未來(lái)研究方向。依托大規(guī)模電池儲(chǔ)能電站工程應(yīng)用驗(yàn)證可知,目前國(guó)內(nèi)十兆瓦級(jí)集中式電池儲(chǔ)能電站響應(yīng)時(shí)間小于1s,出力控制偏差小于1.5%,滿足平滑新能源發(fā)電出力、跟蹤調(diào)度發(fā)電計(jì)劃出力等并網(wǎng)應(yīng)用需求。但是針對(duì)百兆瓦級(jí)電池儲(chǔ)能電站需開展深入研究,以提高電站響應(yīng)時(shí)間、爬坡率、出力控制偏差、能量可利用率等性能指標(biāo)。

3)對(duì)未來(lái)電池儲(chǔ)能電站的發(fā)展方向和潛在研究課題作出了展望,為電池儲(chǔ)能電站在集成、控制和應(yīng)用等方面的相關(guān)理論和技術(shù)發(fā)展提出了一些建議。