分布式储能系统典型应用模式分析

李浩成　马锋　梁自维　索智勇　陈健卯

摘  要：分布式储能系统在用户侧、配网侧、分布式电源及微电网侧等领域具有广泛的适用性，将产生良好的经济效益与社会效益。根据分布式储能系统的研究现状，并分析了典型应用模式下分布式储能系统的应用功能与运行效果。通过对運行效果的分析，提出典型应用模式下分布式储能系统容量优化配置的约束条件、目标函数。

关键词：分布式储能;应用模式;应用功能;目标函数;约束条件

中图分类号：TK02;TM61      文献标识码：A 文章编号：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

近年来，分布式电源大量接入电网和电网负荷峰谷差的不断增大给配电网的规划运营带来了新的问题。储能技术的应用一方面可与分布式电源相结合，减少其随机性，提高其可调性;另一方面，可用于应对系统峰谷调节及配电线路阻塞等问题。

对于配电网来说，分布式储能作为配电网电源的备用，可以提高负荷的供电可靠性及电能质量，它的灵活性和高效性能满足未来能源可持续发展的要求;对于分布式电源来说，分布式储能系统的接入能够减小弃风、弃光量，提高能源利用效率;对于用户来说，分布式储能可用于用户分时电价管理、容量费用管理、电能质量管理等方面。

基于上述背景与需求，本文总结分布式储能系统的研究现状，并分析典型应用模式下分布式储能系统的应用功能与运行效果。根据对运行效果的分析，提出在典型应用模式下分布式储能运行需考虑的约束条件、目标函数。

1  分布式储能系统的研究现状

目前，国内外机构对分布式储能展开的大量研究涉及了规划因素、评价指标、功能作用、求解方法等多个方面。

1.1  规划因素

储能单元的定址定容不同于其他分布式电源，如光伏电站的定址定容。由于其需通过功率调节系统接入电网，因此规划时不仅需考虑接入位置和额定容量，还应考虑额定功率，除此之外储能功能的实现与调度策略密切相关，且不同类型的储能单元具有不同的物理参数，使用时应按照实际所需进行选取。因此，储能单元定址定容中的规划因素应包括储能类型、接入位置、储能容量、储能功率和调度策略。

1.2  评价指标

评价指标是衡量储能单元接入电网后系统运行状态的重要尺度，评价指标的合理性和准确性将会影响最终得到的储能规划方案。储能单元在定址定容中的评价指标可分为经济性指标和技术性指标两类。经济性指标主要反映储能单元接入后系统运行的经济性，如购电费用及储能损耗成本、储能年均最小成本、微电网运行成本和系统发电成本等成本指标及提高可再生能源发电等收益指标，而技术性指标主要反映储能单元接入后系统的运行性能，如电压性指标、网络损耗及削减负荷量指标。

1.3  功能作用

储能单元接入位置不同，其功能作用也不同。接于配电网时，可减轻配电线路阻塞、延缓配电网升级改造;接于用户侧时，可进行需求电费管理并提供可靠性服务;接于可再生能源侧时，可平抑可再生能源波动、实现削峰填谷、改善电压质量。储能单元在定址定容时可按照所设定的功能进行求解。

1.4  求解方法

储能单元的定址定容求解方法包括波动平抑法、差额补偿法和智能优化法。波动平抑法是针对功率的波动平抑要求对储能单元进行规划，功率波动率一般设置为不超出某一定值或在某一区间内。差额补偿法是利用储能单元的充放电特性来满足给定可再生能源的功率大小要求。智能优化法是建立合适的目标函数和约束条件，采用智能优化算法如遗传算法、粒子群算法或不同算法的组合对储能单元的定址定容进行求解。

储能单元定址定容过程中的规划因素包括储能类型、接入位置、储能容量、储能功率和调度策略，在确定需实现的功能作用后，制定合理的评价指标，采用适当的求解方法对储能单元进行定址、定容求解。

2  分布式储能系统的应用模式

目前，分布式储能系统的应用场景主要包含用户侧、分布式电源侧和配网侧3个方面，其投资主体包括用户、分布式电源投资商和电网公司，多以分布式电源、用户侧或微电网为背景引入。

2.1  用户侧

分布式储能在用户端的应用主要集中于用户分时电价管理、容量费用管理、电能质量管理三个方面。其中，分时电价管理和容量费用管理功能的实现要依赖于电力市场中存在分时电价和容量电价体系。分布式储能在用户端的另一种应用模式是通过用户侧建设分布式发电和微电网来实现的。

2.2  配网侧

储能在配电网侧的应用主要包括无功支持、缓解配电阻塞、延缓配电设备扩容等。储能在缓解配电设备阻塞和延缓配电设备扩容两个方面的应用，相对简单的扩容升级，更加灵活，减少了投资的风险，提高了电力资产的利用率。在最大负荷接近设备容量的输配电系统内，将储能安装在原本需要升级的输配电的下游位置来延缓或者避免扩容，利用较小容量的储能设备来延缓需要很大投入的电网扩容投资。这样做可以提高电力资产的利用率，更高效地利用电力企业的资金，而且还可以减少大规模资金投入产生的风险。

2.3  分布式电源侧

分布式电源接入电网主要会在电压控制、电能质量等方面引起问题。储能技术的应用可以对分布式电源的接入提供有效的支持，包括抑制功率波动、提升电能质量、促进分布式电源的消纳、提高配电设施的利用率、增强配电网的电压控制及自恢复能力等。

3  分布式储能系统的典型应用案例

分布式储能系统的应用取决于储能技术特征与应用场景需求的对应性，不同的应用场景对储能系统的功率特性与容量特性有不同的要求。截至目前，储能系统在分布式电源侧、配电网侧、用户侧的示范项目数量较多，本文将从上述3个大场景分别进行应用案例的分析。

分布式储能在分布式电源侧的应用主要体现在通过储能技术的快速响应速度，在进行辅助动态运行时提高发电机组的效率，减少碳排放;降低或延缓对新建发电机组容量的需求等。如辽宁卧牛石风电场全钒液流电池储能示范电站，49.5兆瓦的风電场配备10%比例的储能系统（5兆瓦）、储能装置容量按5 MW×2 h配置，包括电池组、电池管理系统、储能逆变器、升压变压器和就地监控系统及储能电站监控系统等设备。该储能系统用于跟踪计划发电、平滑风电功率输出，还具备暂态有功出力紧急响应、暂态电压紧急支撑功能。

分布式储能在配电网侧的应用主要体现在无功支持、缓解输电阻塞、延缓输配电设备扩容等。如深圳宝清储能电站示范工程，工程建设规模为4 MW/16 MWh。至2012年6月，累计实施削峰4980次、填谷3120次，实现了配电网侧的削峰填谷等多项应用功能。

分布式储能在用户侧的应用主要体现在用户分时电价管理、容量费用管理、电能质量管理等。深圳欣旺达园区微电网示范工程包含锂电池储能、太阳能光伏、负荷等三部分。太阳能光伏装机容量460 kWp，通过2台250 kW的光伏逆变器接入微电网内部;锂电池储能容量600 kWh，使用1台300 kW的储能双向变流器接入微电网。储能有效地解决可再生能源发电的间歇性问题，降低用户侧用电成本。

4  分布式储能系统容量优化配置

通过对分布式储能系统典型应用场景的调研和分析，得到了分布式储能系统在容量配置方面需要考虑的因素。各类应用场景的目标函数和约束条件如表1所示。

5  分布式储能系统的研究展望

目前，分布式储能优化配置多是针对特定的接入点进行功率与容量的优化配置，且储能容量配置多考虑单一功能，然而现实中储能的应用功能不止一个。因此，在后续储能容量优化配置辅助分析软件开发过程中，应考虑“一主多辅”的储能应用场景，建立多目标优化函数，求解在“一主多辅”应用场景下的容量配置方案。

分布式储能的接入及出力具有分散布局等特点，若缺乏有效的调控手段，相当于一大批随机性的扰动电源，不仅不利于电网频率、电压、电能质量的改善，还会造成储能资源的浪费。

因此，需要在配电网中合理规划分布式储能系统，调控其与分布式电源和负荷协调运行;同时，通过调控汇聚多点分布的规模化的分布式储能系统，参与电网调峰、调频和调压等辅助服务，提高电网运行效率。

6  结  论

分布式储能系统在分布式可再生能源侧、配电网侧、用户侧等应用场景具有广泛的适用性，是我国建设智能电网不可或缺的重要手段之一。具有重大的战略需求、重要的研究价值和巨大的发展潜力。

参考文献：

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[3] 陈海生，刘畅，齐智平.分布式储能的发展现状与趋势 [J].中国科学院院刊，2016，31（2）：224-231.

作者简介：李浩成（1977.06-），男，汉族，广东佛山人，配电线路工高级技师，本科，毕业于吉林大学，研究方向：配电运行、检修、职工创新等工作。