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分布式储能的关键应用技术研究进展

北极星储能网  来源:电气应用    2018/1/8 8:42:00  我要投稿  

北极星储能网讯: 近年来,分布式电源大量接入配电网,其接入点的随机性和出力的不确定性给配电网的规划运营带来了新的问题。与此同时,随着负荷快速增长,峰谷差不断增大,城乡配电网“标准低、联系弱、低电压”等问题日益突出,负荷需求响应作为一种有效调节手段,在一定程度上可以缓解上述问题,但是要从根本上解决,需要引入储能技术。

随着储能技术进步和成本降低以及需求侧的演化发展,分布式储能在电力系统中的广泛应用是未来电网发展的必然趋势,也是突破传统配电网规划运营方式的重要途径。分布式储能安装地点灵活,与集中式储能比较,减少了集中储能电站的线路损耗和投资压力,但相对于大电网的传统运行模式,目前的分布式储能接入及出力具有分散布局、可控性差等特点。从电网调度角度而言,目前缺乏有效的调度手段,如任其自发运行,相当于接入一大批随机性的扰动电源,它们的无序运行无助于电网频率、电压和电能质量的改善,也造成了储能资源的较大浪费。在配电网中合理地规划分布式储能,并调控其与分布式电源和负荷协同运行,不但可以通过削峰填谷起到降低配电网容量的作用,还可以弥补分布式出力随机性对电网安全和经济运行的负面影响。进一步,通过多点分布式储能形成规模化汇聚效应,积极有效地面向电网应用,参与电网调峰、调频和调压等辅助服务,将有效提高电网安全水平和运行效率。

储能规划技术

目前,分布式储能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,电动汽车也是其中的一种重要组成。在配网中,关于分布式储能规划技术的研究主要涉及容量优化配置及选点布局 2 个方面,并且当需要同时开展容量和选点研究时,鉴于二者间存在的强耦合关系,在目前国内外开展的研究中,往往将之作为一体化问题处理,多通过将分布式储能规划描述为一个优化问题,优化目标和约束条件随应用场景和应用目标而变。优化目标主要包括技术性目标和经济性目标两类,约束条件一般包含储能设备布局总点数、储能本身和系统运行方面的约束条件。

在配网侧规划储能系统时,储容配置和选点布局的一般步骤如下:

1)确定研究对象,电网和储能应用场景(约束条件、负荷曲线、时间跨度等)。

2)确定电网内可用于安装储能设备的节点数。

3)确定分布式储能系统的总容量。

4)确定储能系统的控制策略。

5)确定分布式储能系统的容量划分方式。

6)在选定的应用场景中,模拟分布式储能的分配效果。

7)重复步骤 5)和 6),迭代次数取决于布局点数和计算精度要求。算法流程图见图 1。

综合目前国内外开展的分布式储能系统的优化规划方面的研究,大多建立以技术性或经济性或技术与经济性综合目标的目标函数,在储能本身和系统运行的约束条件下开展寻优求解,目标函数一般可综合为单目标优化,约束条件包含等式约束和不等式约束,针对该优化求解问题也开展了较多研究,多采用智能求解算法进行求解,比如遗传算法。

此外,在用户侧规划储能设备,不存在布点问题;并且因为我国目前实行分时电价和针对工商业用户的两部制电价政策,所以用户侧分布式储能的引入多从经济性角度出发,以减少电费或最大化收益为目标开展储能配置研究。江苏 2017年用户侧分布式储能规划建设情况如表 1 所示。从表 1可以看出,当前用户储能的建设目标还是以需求响应(价差套利)和提高供电可靠性为主,对电网的支撑作用主要是削峰填谷。

总体而言,国内外在分布式储能规划方面已有较多研究,但目前的研究均是在确定的应用场景下开展常规性的规划研究,为提高分布式储能系统的利用效率和充分调动电网资源,有必要面向电网应用,开展基于配网内现有储能资源的补充性规划技术研究,即针对电网需求,首先评估电网内已有的可汇聚储能资源,在此基础上,开展差额配置和布点研究。

储能参与配电网优化运行

储能系统凭借其快速功率调节以及兼具供蓄能力的特征,在平滑间歇式能源功率波动、削峰填谷、改善电压质量以及提供备用电源等方面都发挥了较大作用,是配电网实现对广泛接入的分布式能源灵活调节以及网络优化运行的关键所在。当大量可再生能源接入配电网时,其出力的波动性会对配电网的电压质量带来不利影响,甚至会使电压越限,使用储能装置可以对接入节点的可再生能源及负荷进行削峰填谷,从而抑制了功率波动,减小了电压越限风险,提升了配电网对新能源的接纳能力;同时,储能系统的接入也可以改善配电网潮流、降低网损,优化配电网的运行。此外,将多个子储能系统并联在微网中可提高储能系统的容量,利用储能系统的快速功率调节能力,可为整个孤网系统提供稳定的电压频率支撑,维持微网系统运行的稳定。

储能参与系统辅助服务

储能系统可通过参与系统辅助服务,对电网起到支撑作用,应用模式主要包括调频和调峰。不同于传统火电机组,可再生能源发电系统属于低惯量系统,虽然可以通过虚拟同步或虚拟惯量控制策略获取一定的阻尼特性,但是作用有限。大量光伏电站或风电场并网会降低电力系统的惯量,弱化电网对频率的调节能力,影响其安全稳定运行。利用储能系统,可以进行削峰填谷的工作,减小有功功率的波动;也可以提升可再生电源对频率调节的响应能力,改善低惯量系统的一次调频特性。当光伏电站或风电场不足以响应系统的频率调节时,储能系统可以通过放出或吸收功率,完成新能源电站对电网频率变化的响应。

总体而言,已有研究大多针对集中式大容量的储能系统,而对于分布式储能参与电网辅助服务的协同控制技术研究还较少。如何构建规模化分布式储能汇聚效应的动态仿真模型,协调控制多点布局的分布式储能以及柔性负荷,亟需开展相关内容的深入研究与应用。有研究定义了负荷聚合商概念,因此进一步可以扩展到储能参与需求响应和提供辅助服务中,将会出现“资源聚合商”,未来资源聚合商将汇聚若干分布式用户储能参与电力市场交易,基本框架如图 2 所示。

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