湖南分布式储能电站集中控制可行性分析

陈浩，石辉，周过海

(国网湖南省电力有限公司，湖南 长沙 410004)

0 引言

随着国内外电化学储能产品产能提升和技术进步，储能电池在电网侧的规模化应用逐渐成为一种现象。鉴于电化学储能电池在灵活部署、全参数可控、快速响应、智能化运行、储能效率高等方面的突出优势和日益降低的技术成本，储能电站成为当前最具开发潜力的新型能源之一。

国家大力促进储能技术与产业发展，在此背景下，国网湖南省电力有限公司积极研究储能在电网侧的应用，将储能电站建设列为公司长期战略、重点工程，目前储能示范工程第一批三座储能电站均已投运。未来，储能将作为变电站、风电场的配套设施而大量投入应用，大规模分布式储能资源如何实现合理调度、高效利用将成为一项重大课题。为此，本文从电网调度的角度出发，探讨大规模分布式储能电站的控制模式问题。

1 储能控制模式研究现状

1.1 源侧储能应用控制及能量管理研究现状

针对源侧储能应用控制及能量管理，近年研究侧重于集中式储能电站平滑风电场和光伏电站出力波动、跟踪发电出力计划等。针对平滑出力波动应用，薛宇石[1－2]等提出了平滑新能源发电站出力随机性及波动性的集中式储能电站能量管理技术，该技术基于各储能变流器单元荷电状态及放电状态的比例进行充放电功率指令的实时分配，同时考虑了各储能子系统的能量状态一致性，以及最大充放电功率约束；刘皓明[3－4]等提出了一种平抑高渗透比例的分布式光伏发电站出力波动的集中式储能电站实时调度方法，该方法包括储能电站站内功率分配和配电系统实时调度双层结构。针对跟踪发电出力计划应用，李相俊[5－6]等基于超短期风功率预测提出了利用粒子群优化算法实时优化储能系统充放电控制系数的方法，同时建立了包含若干控制系数的储能系统充放电控制策略，以减少日前短期风功率预测误差；赵书强[7－8]等基于相关机会目标约束规划方法，以风光储调度出力曲线与计划出力曲线匹配程度最大，储能电池充放电功率最平缓和储能电池可持续工作性最佳为目标，建立了风光储联合发电系统储能调度模型；李姚旺[9]等基于不同时间尺度下负荷、风电和价格型需求响应的预测误差特性，以“瞻前顾后” 为原则，建立了含储能电站电力系统日前－日内协调调度优化模型。

1.2 多点布局储能电站协同技术研究现状

针对多点布局储能电站的协同技术方面，主要关注了集群控制技术。集群控制作为协调控制领域的一个重要方面，具有极强的自我组织能力和被控对象规模较大的特点，尤其在复杂的广域分散系统中，集群协调控制是完成控制目标、实现最优控制的一种行之有效的方法，符合高渗透率分布式储能系统的控制要求。集群协调控制从简单的局部规则涌现出协调的全局行为，使被控对象行为趋于一致，体现了较强的适应性、分散性、鲁棒性、容错性和自主性。目前，国内外只有少部分专家学者对分布式储能中的集群协调控制技术进行了初步研究。分布式储能集群控制目前主要侧重于概念的提出和框架搭建，针对其应用尚未有系统性理论研究及模型分析。汪宁渤[10－12]等设计了间歇式电源集群控制平台整体框架及各部分具体功能，提出了包含机组/组件、场站、场站群、集群的分层控制体系。姜久春[13－16]等提出了一种考虑荷电状态的多储能系统与可再生能源间的分布式有功功率协调控制策略。

应当指出，关于源侧储能电站应用于电网的控制研究主要集中在某一环节的单一应用目的应用场景，少有考虑利用电源结合储能集群控制和分区域自治聚合作为电网调峰调压调频以及维护电网安全等方面的多目标调度与运行控制相关的研究；协同技术研究方面集中在大型风电场的集群控制，主要在风电集群、风储集群和风光集群的协调控制构架和基本控制策略等方面，能够为源侧分布式储能集群之间以及上层变电站之间的协调控制提供一种思路和启发；同时，分散式风电结合分布式储能在大电网中的实际工程案例也未见报道。

2 群控、域控模式可行性分析

根据«湖南电网储能电站调度运行管理规程(试行) »，以10 (6) kV 及以上电压等级并网运行的公用储能电站，均纳入电网统一调度，通过AGC、AVC 或站端自主控制系统参与电网实时调整。对于大规模分布式储能电站集中调度，采取传统场站级调管模式已然不适用也不经济，因此，引入针对分布式智能单元的集群控制(群控)、区域控制(域控) 模式有其现实意义。

2.1 群控、域控模式应用的特点

分布式储能电站群控、域控是一个比较新的概念，但相关理论早已在军事、商用科技领域得到广泛应用，其理论基础可参考聚合理论。

参照聚合理论，群控、域控模式的应用应具有以下特点:

1) 应用基础的要求。分布式受控单元具有统一的运行规则、逻辑模式和通讯标准，具备一定程度的自主通讯互动、环境感知、自动计算分析、多任务并行处置和智能化决策功能，能同时参与集体任务与个体任务的优化协同处置。目前分布式储能单元在应用基础方面已能满足相关要求。

2) 控制系统的要求。具备实时通信、动态响应的机制，具有单元、集群两级以及上控制系统互动和明确的任务优先级划分，控制面向效果、目标而非动作、行为。随着电网调度控制系统的发展，其控制系统已基本满足相关要求。

3) 控制表现的要求。最大化集体控制资源空间、最小化控制干预、多任务同步执行、多目标实现、宏观与微观控制目标的综合最优化等。

综上所述，上述特点同样适用于电网调度对分布式储能电站的运行控制需求，而目前日益智能化的储能单元及电网调度控制平台也能够达到所需的技术条件，因此，分布式储能电站群控、域控模式在电网的应用是完全可行的。

2.2 分布式储能电站群控、域控模式应用

1) 群控方面。全网分布式储能电站参与电网调峰运行、断面控制、清洁能源消纳、电压无功控制、短路电流控制、精切负荷控制等全局性多目标优化任务。

2) 域控方面。针对电网出现的区域性、时段性、特殊性的具体运行问题或控制需求，根据相关区域分布式储能电站与控制目标的灵敏度关系，依据规则自行组织部分储能电站参与优化控制，如参与电源侧、电网侧、用户侧多元需求响应，参与风电场运行参数控制、电力输出控制、电网暂态安全控制、孤网频率电压控制、地区电网黑启动、用户侧供电保障及电能质量优化、智能应急电源输出等。

2.3 分布式储能电站群控、域控模式的实现

1) 虚拟电厂技术通过聚合可控负荷、分布式电源以及储能系统，使其能够参与电力市场和辅助服务市场运营，从而实现电能的实时交易，同时能够优化资源配置，提高供电可靠性。在展开分布式储能系统群控域控研究中，可以充分借鉴现有的虚拟电厂技术，在此基础上，开展针对分布式储能群控、域控的特色性研究。

2) 群控、域控技术的核心在于分区域、集群及协调控制。关于集群，首要任务是集群的动态划分，在这个过程中，聚类理论可以为研究提供分组思路。

3) 多代理系统(Multi Agent System，MAS)。在调度层面统一调配广域布局的分布式储能系统，是一个包含资源分散、监控数据维数高且体量大、控制方式多样化、设计区域电网数据隐私的集群控制问题，使得采用以往由调控中心统一判断、调度集中控制模式难以实现灵活、有效的调配。目前多代理系统已在微电网、虚拟电厂协调控制方面多有应用，为研究的开展提供借鉴。

3 群控、域控技术研究方向

3.1 湖南电网分布式储能特点

湖南电网分布式储能以风电储能电站为主。湖南风电储能电站多处于山地丘陵地区，海拔超过500 m 的风电储能电站占比超过80%，以分散式接入电网为主要特征。湖南山地风电有地形复杂、湍流强劲、风水同区、风水同期、冬季冰冻、夏季风小等特点，随机性强、波动性大，调度运行管理难度大。从电源角度看，湖南山地式风电与小水电具有高度的时空重叠特性。从电网角度看，湖南山地式风电表现出一定的反调节特性。

3.2 群控模式研究方向

结合湖南电网分布式储能特点，适用于群控模式的具体研究方向如下:

1) 分布式储能参与直流受端电网电压和频率稳定性控制研究。通过对分布式储能实时参与电网正常、故障方式下电压、频率稳定控制研究，找出对电网安全运行高灵敏度的储能单元群组合，制定相应方式的储能参数控制策略和故障应对策略。

2) 分布式储能群联合参与受端电网调峰、调频技术研究。研究面向电网调峰、调频需求的储能选型与优化配置技术、储能电站与常规电源协调调峰控制策略、储能电站群提升通道输电能力的运行控制策略、储能电站群对于特高压交直流混联受端电网频率稳定的作用机理及多时间尺度控制技术，从而掌握面向电网调峰、调频需求的储能选型与优化配置方法，制定储能电站与常规火电机组协同深度调峰，提升电网通道传输能力的运行控制策略，提出储能电站群对于特高压交直流混联受端电网的多时间尺度控制技术。

3) 大规模分布式储能电站调度接入技术研究。研究储能电站的调度接入信息模型、调度接入方式、大型新能源富集地区的储能电站调度接入性能要求等，建立储能电站统一、标准的公共信息模型，提出储能电站与电网调度的信息交互方式，提出面向大型新能源富集地区的储能电站调度接入性能要求。

3.3 域控模式研究方向

结合湖南电网分布式储能特点，适用于域控模式的具体研究方向如下:

1) 风电储能电站群参与电压和潮流断面自治控制技术研究。研究风电储能电站自组织参与地区电网电压、潮流控制的策略提出分散式风电储能电站中风电场、储能电站及其元件级的自治控制技术和协同其他措施联合控制技术。

2) 风电储能电站多机协同控制技术研究。研究分散式风电储能电池多机协同支撑电网控制技术、主动支撑电网和防孤岛的协调控制技术、多机协同控制装置等。

3) 其他。研究地区风电储能电站域控参与电源侧(如改善风电送出功率曲线、送端电压，提升预测精度)、电网侧(如控制通道潮流断面不越限，参与暂态电压、频率控制，孤网稳定控制，参与辅助服务市场)、用户侧(如电压、谐波控制，用作黑启动电源、临时备用电源) 多元需求响应的组织机制和执行策略等。

4 结语

群控、域控模式是当前针对分布式智能单元集群控制的先进理念，其中涵盖了智能终端、5G 通信、人工智能、边缘计算等多种技术领域，是泛在互联工业化的最佳体现，本文经过分析，论证分布式储能电站群控、域控模式应用于电网调度的技术可行性。

分布式储能点多面广，依靠传统的逐级调度控制，效率低、效果差，群控和域控技术结合调度机器人及网络下令技术，可以实现分布式储能及电源的高度自动化控制和多目标优化控制目标。当前D5000 智能调控平台基于大数据、在线分析、多代理AGC、多目标优化控制模型、智能储能单元终端等技术基础，能够对并网分布式储能电站自由分群分区、同步执行不同模式、不同目标的控制策略，从而能够实现分布式储能的分散布置、集中控制、按群运用、按域运用。