面向新型电力系统的储能规划方法研究进展及展望

唐西胜，李 伟，沈晓东

（1.中国科学院电工研究所，北京市 100190；2.北京电力经济技术研究院有限公司，北京市 100055；3.四川大学电气工程学院，四川省成都市 610044）

0 引言

中国已经确立了“2030 年碳达峰、2060 年碳中和”的“双碳”战略目标，可以预见未来40 年，在“双碳”目标引领下，中国能源电力供应体系将发生根本变革，绿色低碳能源特别是可再生能源发电将成为电力生产的主体。太阳能、风能等新能源具有清洁低碳、资源丰富、分布广泛的优点，同时也具有能量密度低、波动性大等自然属性带来的缺点。大力发展远距离输电和分布式电力网络基础设施以提升电源与负荷的区域平衡，大力开发调动多种灵活性资源和储能以实现电力和电量平衡，是新型电力系统未来发展的重要内容和本质要求［1］。

储能可以实现电力系统发电和用电之间的解耦，给系统运行提供灵活性调节和稳定支撑能力。长期以来，抽水蓄能一直是电力系统中最主要的储能技术，近年来以锂离子电池为代表的多种新型储能技术因其部署快捷、运行灵活而迅猛发展。2021年7 月，国家发改委、国家能源局联合发布《关于加快推动新型储能发展的指导意见》［2］，明确提出到2025 年实现累计装机30 GW 的发展目标。该文件发布后，各地基于区域能源发展及带动新兴产业发展的需求，相继发布“十四五”储能发展目标。截至2022 年底，中国已投运电力储能项目累计装机规模达59.8 GW，占全球市场总规模的25%，年增长率为38%。其中，新型储能高速发展，累计装机规模首次突破10 GW，达到13.1 GW/27.1 GW·h，功率规模年增长率达128%，能量规模年增长率达141%［3］。

然而，在储能被寄予厚望并快速发展的同时，也暴露很多问题。除了储能的技术性能和安全问题外，其市场定位和价值体现一直是关注的焦点。回顾新型储能的发展历程，先后经历了用户侧峰谷电价套利、电网侧调峰和应急支撑、火电机组辅助调频、新能源配套储能等热点，市场转换频繁，盲目性和投资风险大。目前，新能源发电场站配套储能已成为新增储能的主要动能，中国绝大部分省/区明确规定了新能源配套储能的比例，但如何实现储能的合理配置和成本疏导，是储能规划的重要前提和基础。

在“双碳”目标驱动下，电力系统自身形态和运行机制不断演化，体现为对灵活性调节需求的紧迫性和技术经济性的变化。储能作为有效的灵活性调节资源，在电力系统不同发展阶段，对其需求、技术与成本要求迥异。因而，储能的规划研究需要首先把握电力系统不同发展阶段对灵活性调节的内在需求，这是支撑储能发展的内在逻辑和价值实现途径。在新型电力系统的发展演化过程中，储能作为灵活性资源的重要性和竞争力日趋凸显，应用形式逐渐丰富，而这在储能规划上体现为规划目标多样化、考虑要素多元化。由于传统电力系统中储能规划在总体上还是以单点、单应用功能为主，新型电力系统中的储能发展需要建立与之适应的规划框架与体系，故对规划方法的研究非常必要。

本文在储能规划研究现状分析的基础上，提出了储能应用于新型电力系统在规划内容与方法上面临的挑战，并从电源侧、电网侧、用户侧和系统整体层面，分析规划方法研究需要开展的若干方向。

1 储能规划方法研究现状

由于储能配置灵活便捷，原则上可以接入电力系统的电源侧、电网侧和用户侧各环节，现有对储能规划的研究也往往从这几个环节展开。

1.1 新能源聚集区储能规划方法

1）新能源聚集区是目前储能应用于电源侧的主要场景，新能源场站配置储能的早期研究是改善其发电特性，包括出力波动平抑、跟踪发电计划、消减预测误差以及减少弃风或弃光等。

因此，储能的规划主要是依据以上目标，以单个新能源场站进行单点配置，并考虑储能运行模式对规划配置的影响。例如，文献［4］针对新能源聚集区建立了储能的两层规划模型，上层为新能源消纳最大化，下层为储能容量配置，采用连续时序法对新能源特性进行模拟。文献［5］采用自适应小波分解方法处理风电功率，基于风电并网波动要求建立了混合储能平抑波动分量的容量优化模型。文献［6］进一步对比分析了不同储能接入方式、不同波动平抑策略对储能配置容量的影响。

在新能源发电随机性的表征方面，大多采用基于场景的随机表征或基于不确定集的鲁棒表征方法［7］。例如，文献［8］采用风电功率均值和波动区间上下限描述风电功率的随机性，应用鲁棒线性优化方法将不确定性模型转化为确定性模型进行求解，避免了建模和求解过程中对随机变量概率分布函数的依赖性。文献［9］采用场景法构建了考虑储能用户利益与电网运行需求冲突的3 层规划模型，实现了对风险因素的有效规避。文献［10］采用典型曲线法，将输配电系统负荷的变化、新能源发电的变化和电价波动等因素纳入储能规划模型。

2）随着新型电力系统的提出和快速发展，系统将呈现高比例新能源发电、高比例电力电子装置的“双高”特性，对安全、稳定和经济运行提出了挑战。在此背景下，新能源逐步被要求承担电力系统安全稳定运行的主体责任，储能应用于新能源的作用也从单个场站性能的改善提升为增加系统灵活性，从而促进新能源消纳。

国家能源局发布的《电力并网运行管理规定》［11］和《电力辅助服务管理办法》［12］扩大了并网主体的范围，要求新能源场站应具备一次调频、自动发电控制（AGC）和无功服务能力；《DL/T 1870—2018 电力系统网源协调技术规范》《GB/T 40595—2021 并网电源一次调频技术规定及试验导则》［13-14］等标准对其调节能力的范围、要求等进行了明确规定。因此，针对新能源聚集区的储能规划也不断发展以适应新需求，并在原规划目标嵌入了新能源场站或区域电网运行灵活性方面的需求［15-16］，尤其是提供电力平衡和电量平衡的多种储能功能。

文献［17］针对储能辅助规模化新电源的调频配置问题，应用净现值法结合仿真模型构建储能电池参与一次调频的容量配置技术经济模型，实现调频效果和经济性的综合优化。文献［18］将含新能源和储能的系统供电可靠性和控制灵活性纳入优化目标，建立了面向弹性的最优规划模型，并进行时长为10 年的运行模拟。文献［19］采用两阶段规划架构，第1 阶段基于系统频率动态特性规划储能的配置容量，第2 阶段通过区域约减迭代算法进一步提升计算结果精度。文献［20］采用两层随机规划模型进行风电、储能和输电线路联合规划，上层为整体运营效益和储能容量，下层则包括多种运行工况和市场出清电价等，通过多割集Benders 分解以简化求解。文献［21］建立了基于场景和机会约束的储能规划模型，将各个风电场的弃风率作为约束，采用Benders 分解法对混合整数规划问题进行求解。文献［22］研究了考虑电力系统故障分区的两阶段规划，第1 阶段的规划目标是基于电气耦合指标的最优输电系统分区，第2 阶段的规划目标是考虑供电充裕性的新能源和储能配置。

3）为提升储能的配置效率和总体效益，储能的共享共用方式是市场的选择，共享模式给储能规划方法带来新变化。

参与共享的储能主体可以来自电源侧用户、负荷侧用户，也可以是独立的第三方储能运营商，各储能主体将自身拥有的储能装置通过共享储能平台进行共享［23-24］。2017 年国家发改委等四部委联合发布《关于促进储能技术与产业发展的指导意见》［25］，指出要构建储能共建共享的新业态，支撑能源互联网的发展。文献［26］介绍了国网青海省电力公司在共享储能上的实践探索，验证了面向可再生能源消纳的共享储能的可行性。文献［27］分别建立了考虑可再生能源发电及用户负荷季节差异性的多场景优化模型，证明了采用集中式储能投资并进行电量共享的运营模式更具经济性。山东省印发了《支持新型储能健康有序发展若干政策措施》［28］，提出新型储能作为独立市场主体参与市场交易，执行基于市场化模式下的“电量电价+容量电价”两部制上网电价机制；2022 年山东省已建成25 个百兆瓦级的共享储能示范项目。近年来，围绕共享储能的规划与运行、共享机制及交易方式成为研究的重点。

相较于单一储能，共享储能的规划需要考虑多个投资主体带来的规划对象多元化问题，相关研究开展较少。文献［29］建立了基于合作博弈的新能源聚集区共享储能规划模型，分析了联盟的整体理性、参与者的个体理性和联盟的稳定性。削峰填谷的案例仿真表明，与各自独立配置储能相比，新能源场站对储能功率和容量的需求分别降低了约30%和41%。文献［30］提出共享储能向新能源场站提供一次调频、二次调频容量等电力辅助服务，建立了储能在日前市场的调频容量与基准功率申报决策模型，并将其转换为混合整数线性规划的形式进行求解。文献［31］提出一种多区域综合能源系统（RIES）互联下的共享储能系统容量优化配置模型，建立了以共享储能系统作为上层、多个综合能源系统作为下层的双层优化配置模型，考虑到多个RIES属于不同利益主体，利用纳什议价方法对各RIES的利益进行分配，在有效减少各综合能源系统运行成本的同时优化了储能系统的配置。

在共享储能的收益分配方面，现有研究主要从收益共享机制及模型、商业模式及信任机制等方面开展。文献［32］提出了一种包含服务应用框架和运行策略的储能共享服务模型，利用拉格朗日松弛法计算储能共享规模和服务价格、条件，实现储能运营商的利益最大化。文献［33］建立了一种以共享储能运营商为领导者、风电场为跟从者的考虑储能参与调频的共享储能主从博弈分布鲁棒定价模型。文献［34］提出了基于组合双向拍卖的共享储能机制，建立了以社会福利最大化为目标的混合整数非线性规划模型，规避了传统单项竞拍的垄断弊端，并使得买家的互补性需求得以准确而简洁地表达。文献［35］提出一种电网应用规模的共享储能系统，由一家配电公司运营，可在各种商业模式下供客户使用，在减少储能建设成本的同时增强了系统的灵活性。文献［36］提出共享储能背景下微电网运营商与用户聚合商间的Stackelberg 博弈模型，并证明均衡解的存在性与唯一性。

目前研究初步勾勒出了共享储能的技术架构和重点研究方向，但仍需要结合新能源聚集的应用场景，在规划中融入新能源时空互补性，以及相应的共享机制和收益分配方式等影响。

1.2 电网侧储能规划方法

储能应用于电网侧，可以缓解电网阻塞，延缓电网升级、降低网损成本、提高供电可靠性，还可以提供相应的辅助服务和应急支撑能力。

电网侧储能的应用场景和目标模式复杂，文献［37］针对保障安全、提升输配电能力、降低网损、提高新能源利用水平等多个电网侧应用场景，开展了储能典型案例的应用价值分析。文献［38］使用贝叶斯最优最劣法和模糊累积前景理论形成多准则群决策方法，针对特定应用场景进行最优储能方案的选择和配置。文献［39］建立了电网侧应用的电池储能系统技术经济评估模型，评估了4 种应用场景下各方案的技术经济可行性。文献［40］建立了储能系统应用于电网侧的综合评价体系，将通用特性与区域/技术特定值进行比较，以帮助识别储能服务需求和存储能力之间的重合区域，从而选择当前和未来电网侧储能系统。针对未来可能会出现的大规模新能源跨国电网的储能应用场景，文献［41］建立了多时间尺度储能容量与布局选址优化分析模型，通过算例表明了跨国电网互联和新能源协同规划能够有效减少储能装机量，降低系统的运行成本。

在“双碳”目标驱动下，新能源发电在电力系统中所占比例逐步上升，如何实现新能源高比例消纳、供电安全可靠性不降低、全社会用电成本持续优化，同时兼顾全局优化和区域优化，实现电力系统整体层面的储能优化布局，是电网侧储能规划需要解决的关键问题。文献［42］基于储能与负荷、风电的时序关系，构建了以输电线路投资、储能投资和弃风损失之和最小为目标的储能和输电网联合优化规划模型。文献［43］提出一种提升受端电网安全性的双层多目标储能电站规划模型，外层以降低各高压直流间交互作用为目标，同时兼顾经济性，进行多目标储能电站选址定容规划，内层利用储能、直流以及抽水蓄能切泵的紧急有功支撑能力，构建考虑频率安全约束的优化调度模型。文献［44］针对新能源发电规模发展会使电力系统惯量常数不足的问题，将调频引入储能规划中，以提高电网运行的弹性和灵活性，降低系统的运行成本。

在促进新能源消纳的电网功能需求下，文献［45］提出一种基于随机规划理论的电网侧储能配置辅助决策方法，量化在此需求下的储能配置随机场景，实现电网侧储能的优化配置，对提高电网侧储能配置的决策水平、促进新能源消纳具有积极作用。文献［46］提出将电转气与多类型储能设备进行联合优化配置，提高系统消纳风电的能力。文献［47］以实现储能投资效益最大和系统运行成本最小为目标，提出了一种考虑多市场交易模式的电网侧储能系统优化配置双层模型。文献［8］考虑了系统网架结构约束和常规机组调节能力，建立了以储能容量最小为目标的规划模型。

储能的接入位置会直接影响系统潮流，从而影响电压水平和网络损耗。因此，电网侧储能在规划上需要兼顾选址与定容的综合优化问题，由于涉及复杂的网络和运行模式，一般采用基于分解协调的多层或多阶段模型并交替迭代求解，或者采用基于最优潮流的规划框架并结合启发式算法求解。

1.3 用户侧储能规划方法

目前，用户侧储能的主要目标是利用电价高峰和低谷时段对冲套利［48］，以及通过与光伏等分布式新能源协同以提升消纳能力等［49］。不同类型的用户（包括居民用户、小型工业用户、大工业用户、商业用户和公共事业用户等）因其负荷特性及所处的市场环节不同，对储能的适用情况和配置也不同［50］。

居民用户是用户侧储能重要的存在形式。文献［51］考虑居民用户对于动态电价和储能单位容量投资成本的敏感度，建立了以综合成本最小为目标的光伏、电动汽车及储能的协同优化配置模型，采用枚举法对所构建的混合整数线性规划模型进行求解。文献［52］考虑储能投资成本、运行维护成本以及用户电费，建立了以居民用户年综合成本最小为目标的储能与峰值负荷限值联合规划模型，采用枚举法对所构建的模型进行求解，验证了配置储能进行削峰可以降低用户的用电成本。文献［53］针对居民用户的用电特性，提出了削减用户高峰负荷的储能运行策略，建立了以储能投资成本最小为目标的优化配置模型，实现对居民用户负荷曲线的削峰。文献［54］在动态电价的基础上，建立了含有光伏和储能的用户侧资源配置优化模型，并采用并行处理技术提高模型求解的速度，分析了协同配置光伏和储能系统对于居民用户用电费用的影响。

电量电费和容量电费的优化是工商业用户配置储能的首要目标［55］。文献［56］以工业大用户为研究对象，考虑用户电量电费、基本电费以及储能投资成本，建立了以用户月综合成本最小为目标的储能配置模型，以及储能月前和日内两阶段运行模型，评估了用户加装储能的经济性。文献［57］以大工业用户电费计费规则为基础，考虑了节省的容量电费和峰谷套利两部分储能收益，构建了需量防守与削峰填谷相结合的储能配置优化模型。文献［58］充分考虑用户侧储能可参与并获利的市场以及可能面临的风险，构建了基于投资组合理论的储能两阶段经济优化配置模型，提出用户侧储能可通过参与市场实现峰谷电价套利。文献［59-60］考虑两部制电价和储能周期循环特性，以用户在储能全寿命周期下的净收益为目标函数，构建了用户侧储能混合整数线性规划配置模型，综合考虑了储能削峰收益、峰谷套利收益和全寿命周期成本等经济特性。文献［61］综合考虑储能在需量管理、分时电价管理、电能质量改善等方面的多元价值，提升用户侧储能项目运营经济性，采用极坐标相量法对用户侧负荷和储能功率特征分布进行分析，提出了基于负荷功率特征分区的用户侧储能经济运行优化策略，可减少用户基本电费、电度电费和功率因数调整电费。

参与需求响应以获取更大收益，是用户侧储能价值提升的主要途径。文献［62］从用户响应实时电价并利用储能实现最优用电的角度，提出了一种用户需求响应-储能调节的优化模型，以实现用户收益最大化。文献［63］考虑储能的寿命和需求响应充放电策略，建立了以储能初始投资成本、运行维护成本、设备更换成本、峰谷价差、延缓发输变容量及功率投资成本为目标的储能优化配置模型，采用收敛性能更好、计算速度更快的基于量子编码的自适应遗传算法对优化模型进行求解。文献［64］针对工业园区，通过协同规划电池储能系统和需求响应资源以挖掘工业园区的调峰潜力，建立了兼顾考虑规划配置与运行调度优化的电池储能系统和需求响应资源双层联合优化模型，并采用内点法进行求解。文献［65］建立了考虑新能源及需求响应的储能设备随机动态规划配置模型，提出了储能在协助新能源并网及降低用电成本方面具有较大作用。文献［66］考虑批处理负荷、机房空调参与需求响应，建立数据中心房间级能量管理模型，构建了计及需求响应的数据中心联盟共享储能规划模型。

在电力市场环境中，储能的充放电安排将改变市场出清结果与系统运行计划，对市场的竞争、价格信号的产生、市场成员的收益等都将产生重要的影响［67］。文献［68-69］设计了微电网内储能共享的合作博弈体系，帮助各市场主体节约储能投资成本、减少尖峰负荷费用。利用市场配置储能资源时，需要设计合适的框架，明确与现有市场的融合方式。储能市场与现有市场的融合模式可分为两类:一类是统一运行模式［70-71］，即在现有的市场体系中建立储能的物理模型，设计合适的市场规则，市场将同时配置发电、用电、储能资源；另一类是独立运行模式［72-73］，即独立系统运营商、发电商或用户作为买方，在市场上购买储能使用权，以改善自身平衡能力、出力曲线或用电曲线。

用户侧多种能源资源与电能具有耦合转换关系，拓展了储能资源的形式。文献［74］将规划对象从仅有电力用户扩展到包含冷、热、电负荷在内的综合能源系统，考虑设备配置优化、网络与储能优化以及可再生能源的充分利用，构建了多网络节点的用户侧综合能源系统的混合整数线性规划模型。文献［75］面向智慧城市科技园区办公楼，基于供需能量平衡和电、热、冷耦合，研究了考虑电能替代的用户侧综合能源系统储能设备优化配置方法，并建立了配置储能设备的混合整数线性规划模型，提出考虑电能替代可以降低储能配置成本的思路。

可以看出，目前用户侧储能的规划研究大多针对特定用户主体在特定需求下的优化配置问题。在电力市场环境下，用户侧多种形式储能的融合、多主体竞争合作关系的存在对规划的影响很大，是规划方法研究需要关注的重点场景。

2 储能规划面临的挑战

储能的本质作用是增加电力系统的灵活性调节能力，但实际上除了储能之外，系统中还有其他很多可调手段，包括火电机组灵活性改造［76］、水电梯级调度［77］、天然气发电［78］、需求侧响应［79］以及车网互动技术［80］、电气相互转化技术［81］等。因此，规模化储能的作用与价值应首先立足于电力系统整体，进而是典型应用场景及其应用模式，并在与其他灵活性调节手段进行技术经济性比较中体现［82-83］。而未来电力系统各发展阶段中的储能不应是多多益善，而应合理配置、优化运行，在保证电力系统安全高效运行的同时，降低全社会用电成本的上升。储能的科学规划可以反映电力系统不同发展阶段对灵活性调节的内在需求，而规划方法需要准确把握灵活性资源的内外部条件和由此导致的基础逻辑变化。

可以预见，随着电力系统的不断发展演化，储能的作用、发展模式及储能技术本身也将不断迭代升级，与传统电力系统的储能规划相比，新型电力系统下储能规划将面临以下变化和挑战，如表1 所示。

表1 电力系统发展过程中的储能规划要素变化Table 1 Changes in energy storage planning elements during power system development

1）储能投资运营主体的多元化，使得其规划问题与传统电力系统规划相比发生了本质变化。

传统电力系统规划大多面对的是特定投资运营主体，是单一主体的数学优化问题；而储能无论应用于电力系统源网荷的哪个环节，其投资运营主体多元化趋势明显，个体理性行为促使多主体间的竞争与合作交互，在规划上更倾向于多主体的博弈问题，而且不同的应用场景中博弈的机制也不相同。因此，规划问题的本质变化使得传统的规划方法难以适应，而储能运营主体多元化内生的博弈机制是规划研究面临的关键问题。

2）储能应用于电力系统的场景多、随机性强，导致规划复杂度增加。

风电和光伏等新能源占比的快速提升、终端用能电气化替代的快速推进、电力市场改革带来用电行为变化、源网荷耦合性的增强及能源产销者的出现使得储能应用场景在电源侧、电网侧和负荷侧丰富且快速演变。储能规划所需的基础数据构成更复杂，随机性和模糊性因素更多，规划的场景刻画和特征描述难度大，这是储能规划研究需要首先解决的关键技术问题。

3）储能的运行模式灵活、模式组合变化多，运行对规划目标的影响大。

多种新型储能技术具有部署便捷、运行灵活的优势，而且往往在某一特定场景中可以提供多种应用功能，以实现多种规划目标。在规划阶段考虑实际运行的效果和效益，规划与运行紧密耦合，需要解决储能规划配置的长时间尺度与其运行效益的短时间尺度的匹配问题、投资决策-运行校验的嵌套问题，以及复杂运行过程的主导因素如何合理、高效植入规划模型的问题。

4）储能技术种类多样，面向规划需求的模型统一构建复杂，而且需要兼顾与其他灵活性调节资源的模型适配性。

储能包括传统的抽水蓄能以及新型储能，如锂离子电池储能、先进压缩空气储能、液流电池、飞轮储能、超级电容器，还包括储热/蓄冷、储氢、广义虚拟储能及多种储能的复合应用，导致储能系统的技术和经济性及模型复杂。此外，储能的本质作用是为电力系统提供灵活性调节能力，因而需要在规划过程中考虑其他灵活性资源的竞争，也需要储能模型与其广义适配。

因此，面对新型电力系统下储能规划的关键问题，需要探索如何将投资运营主体多元化带来的主体间博弈问题引入规划过程，并处理好规划要素变化所带来的挑战，如图1 所示，包括电力系统整体和源网荷多端的发展演变造成的不确定性、储能多运行模式对规划的耦合性，以及多种储能类型和其他灵活性调节资源导致的模型复杂性，从而形成系统的储能规划理论和方法。

图1 储能规划面临的新挑战Fig.1 New challenges faced by energy storage planning

3 面向新型电力系统的储能规划研究方向

3.1 新能源聚集区

新能源聚集区是储能在电源侧的主要应用场景，储能的作用从提升单个新能源场站的渉网特性，逐步向多场站的共享共用及综合性能提升方向发展。因此，在储能的规划上应充分考虑新能源时空互补效应和共享机制的影响，实现总体效益最优。

1）考虑新能源发电互补的储能配置时空尺度

针对新能源发电从场站、基地乃至广域的不同空间范围，以及从秒级、小时、日乃至季度、年等不同时间周期内的出力特性，分析不同尺度空间上的时间断面功率互补、不同尺度时间上的空间区域电量平衡关系，建立多空间尺度、多时间尺度融合的新能源互补协调模型。

结合新能源聚集区电力系统的网架结构、调控及潮流优化需求，建立储能提升新能源渉网特性的空间、时间尺度匹配模型，由此分析满足电量可信度和容量可信度的储能配置空间与时间尺度。

2）面向新能源聚集区的共享储能架构及收益机制

兼顾电量共享和容量共享，构建共享储能架构及其运行模式，结合电量市场和容量市场进一步完善共享储能的内涵。研究多用户主体下共享储能的收益分配机制，使参与共享的新能源场站自建储能、第三方独立储能、邻近用户广义储能等之间形成信任度高、稳定度强的共享联盟。

基于区块链技术，研究共享储能计量和交易结算方法，研究联盟内部点对点交易与联盟统一对外交易结算的加密方法、智能合约和共识机制，实现参与不同市场的准确区分、分配和清结算。

新能源聚集区共享储能架构及收益机制研究如图2 所示。

3）互补与共享下的储能规划方法

新能源聚集区中电力系统整体效益最大化的共享储能规划模型架构，应兼顾新能源、电网、储能等运营主体的个体效益，并考虑新能源发电随机性和储能运行模式模糊性、新能源联合储能参与电量市场和容量市场的合作博弈行为。

针对上述规划框架，研究适配建设规划-运行收益、投资决策-运行校验、联盟总体-个体相嵌套的规划模型求解方法，实现模型内长时间尺度与短时间尺度目标的匹配、决策变量粗颗粒度与运行效益细颗粒度间的协调、总体优化与局部优化的平衡。

3.2 电网侧

随着新型电力系统的发展，相关的政策、市场环境等因素与投资决策强耦合，电网侧储能的规划模型将大量嵌套多目标及其运行过程，规划问题的维度扩大，长短时间尺度的匹配困难，规划模型的构建和延展性提升非常重要。

1）市场环境下的典型应用场景推演

储能用于电网侧存在缓解网络阻塞、新能源消纳、电力辅助服务及应急支撑等多个典型场景模式，需要研究变化场景与全局优化目标下的应用场景特征，以及相应的储能收益特征；分析不同典型场景下电网侧各投资主体的储能运行收益目标，以及相互之间的非合作博弈机制。

进一步，研究计及源网荷多源不确定性的多元随机动态场景生成方法，以及基于数据驱动的复杂多应用场景的筛选与约简方法，为电网侧储能规划提供有力支撑。

2）多目标多主体博弈的输配协同规划方法

针对电网侧储能多个典型复杂运行场景下的优化趋向目标，研究构建储能应用场景综合评价指标体系；考虑电网灵活性、安全性、经济性等规划目标及约束条件，研究多维度、多应用组合的电网侧储能选型、布置、定容综合规划方法。

基于数据驱动的深度评估网络以代替复杂的传统储能收益评价建模方法，并与主规划模型进行交互协同。针对竞争市场中多投资主体不同的储能运行收益目标，建立多目标多主体博弈的储能多层规划模型；研究多约束下的储能规划模型的高效求解方法，基于场景约束的有效性，在保证近似精度的条件下最小化场景约束的规模。电网侧多目标多主体博弈的储能多层规划方法研究如图3 所示。

图3 电网侧储能多层规划模型Fig.3 Multi-layer planning model for grid-side energy storage

3）基于数据驱动迁移学习的储能跨域规划

在动态变化场景与跨目标特征提取的基础上，分析储能投运后电网环境利益主体中外部特性的变化，构建不同电网结构及不同应用场景下的目标特征；研究不同投资主体的数据驱动模型构建方法及特征提取方法、储能规划配置策略的特征抽象方法及相似度评价方法，以及复杂场景下的规划策略降维至数据化的特征参数方法；提出不同方案之间的相似度量度方法，建立迁移学习的源任务与新目标任务的映射规则。

研究构建计及外部性的电网侧储能综合价值的测度网络模型，分析储能综合价值的构成和具体流向；基于源域方案的规划知识信息迁移方法以及基于不同电网特征及不同应用场景下储能规划策略的迁移方法，解决传统机器学习应用于新训练任务时，收敛速度慢甚至无法收敛的问题。

3.3 用户侧

在电力市场环境下，用户侧多种形式储能的融合、多主体竞争合作关系的存在对储能规划的影响较大，传统储能规划面临着对象范围扩大、目标层次更复杂等新问题。

1）用户侧电、热、氢多元负荷场景提取与行为预测方法

研究用户侧产销行为下的电能、热能、氢能多元负荷数据的时空耦合性，可以考虑电、热、氢耦合性的多元负荷联合概率分布特征提取方法、多负荷时序样本数据的增量抽样生成方法，从而丰富多元负荷的自增量，保障负荷运行场景刻画的完备性。

基于元模型辅助聚类优化技术的电、热、氢多元负荷场景分类方法，研究场景的自适应削减与概率场景提取技术；在此基础上，以负荷概率场景为输入，研究不完备信息下基于长短期记忆深度学习网络的负荷行为预测模型，实现用户侧电/热/氢多元负荷的联合行为预测。

2）合作/非合作博弈收益机制下的用户侧储能规划方法

基于用户侧储能提取的应用场景，分析储能在用户侧的多种运营模式，主要有峰谷套利、需量管理、动态增容、需求侧响应、分布式电源消纳及其模式的组合；研究个体理性行为下的多主体收益机制，如不同储能投资主体直接参与市场竞争或者多个主体形成联盟参与市场竞争等合作及非合作方式。

研究合作/非合作博弈的储能运营效益评价方法，计及储能投资成本、运行维护成本、电价政策、负荷预测、网损等约束条件，研究并建立合作/非合作博弈收益机制下规划运行一体化的储能双层规划模型，分析合作博弈模式下联盟的收益分配机制和非合作博弈模式博弈纳什均衡的收敛性。用户侧储能合作/非合作博弈下的双层规划方法研究见图4。

图4 合作/非合作博弈下的用户侧储能规划方法Fig.4 User-side energy storage planning method under cooperative/non-cooperative game

3）面向极端场景的用户侧储能防御性规划

研究分布式新能源不同渗透率水平下的用户侧极端场景集的提取方法，分析自然灾害（台风、雨雪、雷暴等）与系统故障的时空特征以及相应的系统状态及负荷损失情况，建立用户侧多阶段、多区域、多时间尺度的极端场景集。

研究正常场景下成本效益优先、极端场景下生存能力优先的用户侧储能防御性规划策略，建立基于合作博弈机制的新能源与储能多主体联合多层规划模型，研究不确定鲁棒和条件松弛下的模型求解方法，得到最优的多元储能防御性配置决策方案。

4 开展储能规划方法研究的建议

新型电力系统下储能的投资运营主体多元化，从系统不同环节参与多类电力市场的渠道不断拓宽，应用场景复杂，目标模式和竞争机制多变，影响了储能的经济性，进而影响了规划决策过程。因此，针对新型电力系统发展及其对灵活性调节资源的需求，如何深入、系统地解决储能规划中的上述问题，并将其吸纳转化为科学的规划理论和方法，以进一步推广，具有重要的科学价值和现实意义。

1）从新型电力系统不同发展阶段和系统层面研究储能的总体规划问题。

根据中国“双碳”目标和中国能源电力特点，以及与其他灵活性资源的技术经济性比较，通过储能总体需求量化建模、储能价值变化机制构建等，实现电力系统整体层面的储能优化布局，如图5 所示，包括总量、构成和成本等维度，在支撑新型电力系统不同发展阶段灵活调控需求和安全高效运行的同时，减小全社会用电成本。

图5 面向新型电力系统的储能规划Fig.5 Energy storage planning for new power system

规划研究中应注重“不唯储能”的规划思路，紧紧把握住储能作为灵活性调节资源的内外部条件，尤其是与其他灵活性资源如火电灵活性改造、水电梯级调度、天然气发电、需求响应、新能源自身调节等手段的比较，并在规划模型中考虑上述因素的竞争与合作关系，使储能这一稀缺的灵活性资源应用于价值高地。

2）注重因储能运营主体多元化而内生的博弈机制及其对规划的影响。

多主体博弈已经成为规模化储能规划面临的新问题，而不同主体的储能在不同的应用场景中、不同的目标模式下倾向于采用不同的博弈方式，如新能源聚集区的储能在管控约束下倾向于采用共享与合作博弈方式，电网侧储能在电力市场竞争环境中则更有可能适合非合作博弈机制，而用户侧储能由于规模等级不一则可能同时存在合作与非合作博弈，这大大增加了规划问题的复杂性。针对这些问题，需要研究以多主体下的博弈规划为主线，贯穿新型电力系统的整体层面，以及发电侧、电网侧和用户侧等多个场景，融合多种目标模式的储能规划方法新思路。

（1）基于合作博弈研究新能源聚集下的电源侧储能共享机制及规划问题。

新能源聚集区发电出力具有明显的时空互补特性，储能以共享的方式提升新能源场站和基地的调控能力，非常有条件实现全局优化和个体优化。基于此，通过多主体储能的共享机制构建、储能配置时空尺度匹配等，最终实现新能源聚集发电和储能多运行模式双重不确定性下的共享储能规划。

（2）基于非合作博弈研究多应用场景及多价值驱动的电网侧储能规划问题。

市场环境下电网侧储能参与电网多种调控运行的规则清晰，各储能主体之间的竞争关系明确，适合采用非合作博弈进行规划问题研究。同时，采用模型和数据交互驱动方式解决电网侧储能应用场景多和运行复杂不确定性等问题，按照电网运行灵活性、安全性和经济性的多目标进行储能规划，并基于数据驱动迁移学习实现储能跨域规划。

（3）基于合作/非合作混合博弈研究多元能源下的用户侧储能规划问题。

用户侧电力市场发展较为充分，电/热/氢多元能源产销及储能的资源丰富但个体体量较小。因此，用户侧电/热/氢多元储能可以聚合并以合作的方式参与交易，可以个体点对点交易，也可以聚合体之间点对点交易，适合采用合作/非合作博弈的组合或嵌套进行储能规划。

3）基于数据驱动的迁移学习将是储能规划在多场景模式中快速传递的有效途径。

面向多重不确定性的储能系统规划，在规划过程中多采用数据驱动的学习方法以提高规划要素的特征提取与辨识能力，从而形成相应的规划框架、策略和结果。当应用场景转化后，规划过程从零开始的效率极低，且任务目标发生调整变化时需要重置规划策略，导致目标场景转换时储能规划效率不高、准确度下降。迁移学习可借鉴已有的科学规划方案，从现存最优方案经验出发，利用数据驱动的方法跨任务域实现规划策略信息的传递。采用数据驱动的多目标储能系统规划策略，从各种相似典型案例下已有的运行数据、仿真数据中提炼出能够抽象表达主要特征与储能规划行为的关键因素，以挖掘各规划配置任务所共有的底层“元”概念或信息。

针对储能应用场景多、目标模式复杂等规划中面临的共性问题，需要加强研究基于数据驱动的跨任务域迁移学习方法，以实现上述规划信息与策略等共性问题在不同规划案例间的传递。利用深度学习形成储能规划中多重不确定性特征的抽取提炼方法，并构建出预完成的规划策略雏模型，为同类储能规划案例提供了先验知识积累与可参考的解决方案。

5 结语

储能作为新型电力系统重要的灵活性调节资源，在电源侧、电网侧和用户侧各环节均有广阔的发展潜力。本文总结了储能规划研究的现状，分析了新型电力系统下储能运营主体多元化、规划场景和运行模式多样化及储能技术迭代发展等要素变化对储能规划带来的挑战，指出了新能源聚集区储能合作共享、电网侧储能竞争及用户侧合作/竞争共存等多种博弈机制下的规划研究方向。为适应新型电力系统的发展需求，储能规划应注重从电力系统不同发展阶段的系统层面研究，在规划框架和模型上引入内生博弈机制的影响，并利用迁移学习等数据驱动方法加快储能规划模型的多场景拓展应用。