近年來，分布式電源大量接入配電網，其接入點的隨機性和出力的不確定性給配電網的規(guī)劃運營帶來了新的問題。與此同時，隨著負荷快速增長，峰谷差不斷增大，城鄉(xiāng)配電網“標準低、聯(lián)系弱、低電壓”等問題日益突出，負荷需求響應作為一種有效調節(jié)手段，在一定程度上可以緩解上述問題，但是要從根本上解決，需要引入儲能技術。

隨著儲能技術進步和成本降低以及需求側的演化發(fā)展，分布式儲能在電力系統(tǒng)中的廣泛應用是未來電網發(fā)展的必然趨勢，也是突破傳統(tǒng)配電網規(guī)劃運營方式的重要途徑。分布式儲能安裝地點靈活，與集中式儲能比較，減少了集中儲能電站的線路損耗和投資壓力，但相對于大電網的傳統(tǒng)運行模式，目前的分布式儲能接入及出力具有分散布局、可控性差等特點。從電網調度角度而言，目前缺乏有效的調度手段，如任其自發(fā)運行，相當于接入一大批隨機性的擾動電源，它們的無序運行無助于電網頻率、電壓和電能質量的改善，也造成了儲能資源的較大浪費。在配電網中合理地規(guī)劃分布式儲能，并調控其與分布式電源和負荷協(xié)同運行，不但可以通過削峰填谷起到降低配電網容量的作用，還可以彌補分布式出力隨機性對電網安全和經濟運行的負面影響。進一步，通過多點分布式儲能形成規(guī)?；瘏R聚效應，積極有效地面向電網應用，參與電網調峰、調頻和調壓等輔助服務，將有效提高電網安全水平和運行效率。

儲能規(guī)劃技術

目前，分布式儲能的應用場景主要包含用戶側、分布式電源側和配網側 3 個方面，其投資主體包括用戶、分布式電源投資商和電網公司，多以分布式電源、用戶側或微電網為背景引入，電動汽車也是其中的一種重要組成。在配網中，關于分布式儲能規(guī)劃技術的研究主要涉及容量優(yōu)化配置及選點布局 2 個方面，并且當需要同時開展容量和選點研究時，鑒于二者間存在的強耦合關系，在目前國內外開展的研究中，往往將之作為一體化問題處理，多通過將分布式儲能規(guī)劃描述為一個優(yōu)化問題，優(yōu)化目標和約束條件隨應用場景和應用目標而變。優(yōu)化目標主要包括技術性目標和經濟性目標兩類，約束條件一般包含儲能設備布局總點數(shù)、儲能本身和系統(tǒng)運行方面的約束條件。

在配網側規(guī)劃儲能系統(tǒng)時，儲容配置和選點布局的一般步驟如下：

1)確定研究對象，電網和儲能應用場景(約束條件、負荷曲線、時間跨度等)。

2)確定電網內可用于安裝儲能設備的節(jié)點數(shù)。

3)確定分布式儲能系統(tǒng)的總容量。

4)確定儲能系統(tǒng)的控制策略。

5)確定分布式儲能系統(tǒng)的容量劃分方式。

6)在選定的應用場景中，模擬分布式儲能的分配效果。

7)重復步驟 5)和 6)，迭代次數(shù)取決于布局點數(shù)和計算精度要求。算法流程圖見圖 1。


綜合目前國內外開展的分布式儲能系統(tǒng)的優(yōu)化規(guī)劃方面的研究，大多建立以技術性或經濟性或技術與經濟性綜合目標的目標函數(shù)，在儲能本身和系統(tǒng)運行的約束條件下開展尋優(yōu)求解，目標函數(shù)一般可綜合為單目標優(yōu)化，約束條件包含等式約束和不等式約束，針對該優(yōu)化求解問題也開展了較多研究，多采用智能求解算法進行求解，比如遺傳算法。

此外，在用戶側規(guī)劃儲能設備，不存在布點問題;并且因為我國目前實行分時電價和針對工商業(yè)用戶的兩部制電價政策，所以用戶側分布式儲能的引入多從經濟性角度出發(fā)，以減少電費或最大化收益為目標開展儲能配置研究。江蘇 2017年用戶側分布式儲能規(guī)劃建設情況如表 1 所示。從表 1可以看出，當前用戶儲能的建設目標還是以需求響應(價差套利)和提高供電可靠性為主，對電網的支撐作用主要是削峰填谷。


總體而言，國內外在分布式儲能規(guī)劃方面已有較多研究，但目前的研究均是在確定的應用場景下開展常規(guī)性的規(guī)劃研究，為提高分布式儲能系統(tǒng)的利用效率和充分調動電網資源，有必要面向電網應用，開展基于配網內現(xiàn)有儲能資源的補充性規(guī)劃技術研究，即針對電網需求，首先評估電網內已有的可匯聚儲能資源，在此基礎上，開展差額配置和布點研究。

儲能參與配電網優(yōu)化運行

儲能系統(tǒng)憑借其快速功率調節(jié)以及兼具供蓄能力的特征，在平滑間歇式能源功率波動、削峰填谷、改善電壓質量以及提供備用電源等方面都發(fā)揮了較大作用，是配電網實現(xiàn)對廣泛接入的分布式能源靈活調節(jié)以及網絡優(yōu)化運行的關鍵所在。當大量可再生能源接入配電網時，其出力的波動性會對配電網的電壓質量帶來不利影響，甚至會使電壓越限，使用儲能裝置可以對接入節(jié)點的可再生能源及負荷進行削峰填谷，從而抑制了功率波動，減小了電壓越限風險，提升了配電網對新能源的接納能力;同時，儲能系統(tǒng)的接入也可以改善配電網潮流、降低網損，優(yōu)化配電網的運行。此外，將多個子儲能系統(tǒng)并聯(lián)在微網中可提高儲能系統(tǒng)的容量，利用儲能系統(tǒng)的快速功率調節(jié)能力，可為整個孤網系統(tǒng)提供穩(wěn)定的電壓頻率支撐，維持微網系統(tǒng)運行的穩(wěn)定。

儲能參與系統(tǒng)輔助服務

儲能系統(tǒng)可通過參與系統(tǒng)輔助服務，對電網起到支撐作用，應用模式主要包括調頻和調峰。不同于傳統(tǒng)火電機組，可再生能源發(fā)電系統(tǒng)屬于低慣量系統(tǒng)，雖然可以通過虛擬同步或虛擬慣量控制策略獲取一定的阻尼特性，但是作用有限。大量光伏電站或風電場并網會降低電力系統(tǒng)的慣量，弱化電網對頻率的調節(jié)能力，影響其安全穩(wěn)定運行。利用儲能系統(tǒng)，可以進行削峰填谷的工作，減小有功功率的波動;也可以提升可再生電源對頻率調節(jié)的響應能力，改善低慣量系統(tǒng)的一次調頻特性。當光伏電站或風電場不足以響應系統(tǒng)的頻率調節(jié)時，儲能系統(tǒng)可以通過放出或吸收功率，完成新能源電站對電網頻率變化的響應。

總體而言，已有研究大多針對集中式大容量的儲能系統(tǒng)，而對于分布式儲能參與電網輔助服務的協(xié)同控制技術研究還較少。如何構建規(guī)?；植际絻δ軈R聚效應的動態(tài)仿真模型，協(xié)調控制多點布局的分布式儲能以及柔性負荷，亟需開展相關內容的深入研究與應用。有研究定義了負荷聚合商概念，因此進一步可以擴展到儲能參與需求響應和提供輔助服務中，將會出現(xiàn)“資源聚合商”，未來資源聚合商將匯聚若干分布式用戶儲能參與電力市場交易，基本框架如圖 2 所示。


關鍵裝備：高效率、即插即用儲能變流器

在一些特殊的場合下，分布式儲能設備需要有并網和離網運行 2 種工作模式，這 2 種工作模式之間的切換需要盡可能平滑，減小對用戶或電網的沖擊和影響，使分布式儲能設備能夠柔性接入和退出的控制技術是實現(xiàn)分布式儲能設備即插即用的基礎。通過并網切換孤島過程補償算法與孤島切換并網過程預同步方法可以實現(xiàn) 2 種工況的無縫切換。

對于提高分布式儲能系統(tǒng)的效率而言，基于新型中點鉗位(A-NPC)拓撲結構的三電平變流器可以提高輸出電壓波形質量，有利于降低絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)耐壓，以減小開關器件成本、IGBT損耗和電感損耗，來提高系統(tǒng)整體效率，因此具有廣泛的應用前景。

目前對于單臺儲能變流設備無縫切換控制策略研究較多，但是如何實現(xiàn)設備即插即用的電氣/通訊接口技術以及設備并網運行時的柔性接入/退出，減小對系統(tǒng)沖擊方面和不同應用模式下平滑切換控制技術方面研究較少，亟需開展相關內容的深入研究。

關鍵裝備：儲能系統(tǒng)就地監(jiān)控設備

電池儲能系統(tǒng)一般由儲能電池、電池管理系統(tǒng)、雙向變流器和監(jiān)控系統(tǒng)等幾個主要部分組成，并通過升壓變壓器接入 10 kV 及以上電壓等級。儲能監(jiān)控系統(tǒng)與電池管理系統(tǒng)、雙向變流器、上級調度系統(tǒng)通過高速的通信協(xié)議以及通信網絡實現(xiàn)信息交互與傳輸，從而實現(xiàn)對儲能系統(tǒng)的監(jiān)測、運行控制以及能量管理。針對分布式儲能系統(tǒng)的不同應用場景以及需求，儲能監(jiān)控系統(tǒng)基于儲能系統(tǒng)中電池、雙向變流器等配套設備的運行狀態(tài)，實時控制各儲能變流器的充放電功率并優(yōu)化管理儲能電池系統(tǒng)充放電能量，不僅實現(xiàn)電池儲能系統(tǒng)在各種場景下的應用目標，并可實現(xiàn)電池系統(tǒng)的優(yōu)化調度管理，有效減緩電池劣化，實現(xiàn)儲能系統(tǒng)高效、安全、可靠、經濟運行。儲能監(jiān)控系統(tǒng)的設計需要遵循IEC 61850 標準，能夠完成實時監(jiān)控和高效控制的功能，提高儲能系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，主要環(huán)節(jié)包括信息采集、狀態(tài)監(jiān)測、遠程控制、人機交互等。儲能監(jiān)控系統(tǒng)拓撲結構見圖3。


由于國情不同、電網的生產運營方式不同以及高昂的價格，國外的監(jiān)控系統(tǒng)很難在國內推廣應用?？紤]到今后儲能監(jiān)控技術與需求的發(fā)展，實現(xiàn)先進的優(yōu)化控制調度，開發(fā)具有自主知識產權適用于多點布局中小規(guī)模分布式工程的低成本儲能監(jiān)控系統(tǒng)勢在必行。

關鍵裝備：多源儲能系統(tǒng)協(xié)調控制設備

多源協(xié)調控制根據(jù)分布式電源、負載類型以及配電網不同的工作模式，通過主從控制、對等控制以及其他相關控制策略，抑制因各節(jié)點電壓差產生的環(huán)流和控制直流母線電壓的穩(wěn)定，實現(xiàn)配電網中的各供電電源的協(xié)調控制。常用的控制技術包括多代理系統(tǒng)的直流電壓穩(wěn)定控制策略、電壓分層協(xié)調控制策略、基于動態(tài)虛擬慣量的分布式電源控制等。對于離網運行的工況而言，多臺儲能逆變器并聯(lián)運行時，需要為整個微網系統(tǒng)提供穩(wěn)定的電壓頻率支撐，但逆變器等效輸出阻抗和線路阻抗的差異會造成功率分配不均以及環(huán)流過大等問題，從而導致整個微網系統(tǒng)的不穩(wěn)定。P-U、Q-f下垂控制策略可以解決功率在多臺儲能逆變器之間的分配問題。針對逆變器間的環(huán)流，可以增加虛擬阻抗技術，使變流器等效輸出阻抗呈現(xiàn)阻性，從而抑制環(huán)流;對于不同電池系統(tǒng)，其荷電狀態(tài)不同，可以施加功率控制外環(huán)，根據(jù)電池系統(tǒng)的荷電狀態(tài)合理分配功率，從而實現(xiàn)多臺逆變器離網狀態(tài)下的協(xié)調控制。下垂控制適用于本地多逆變器離網的并聯(lián)控制，對于配電網中分布式儲能而言，往往是并網運行，且分布在不同節(jié)點上。對于廣域布局分布式儲能系統(tǒng)的協(xié)調控制設備的研制，需要遵循IEC 61850 通信標準建立儲能系統(tǒng)的擴展信息模型，實現(xiàn)不同節(jié)點儲能系統(tǒng)的通信與數(shù)據(jù)共享，并以最優(yōu)電能質量指標或最大經濟效益為目標編寫控制軟件，實現(xiàn)廣域布局分布式儲能系統(tǒng)的協(xié)調控制。除了分布式儲能系統(tǒng)之外，有學者在分析電動汽車動力電池特性的基礎上提出了電動汽車分布式儲能的概念。在滿足電池約束、電網約束和車主約束的基礎上提出了電動汽車分布式儲能的控制策略。

目前，國際上的分布式儲能協(xié)調控制設備研發(fā)也處在剛剛起步的過程，如德國能源供應公司SENEC.IES，目前有 2000 個用戶參與到他們的Economic Grid計劃中，家庭用戶安裝“雙向能源管理系統(tǒng)”(簡稱 BEMI)，每 15 min 儲存用戶用電數(shù)據(jù)，記錄用戶用電習慣，當電價發(fā)生變動時，BEMI 通過控制分布式儲能系統(tǒng)來調控用電時間和用電量。目前國內尚沒有分布式儲能相關產品，主要是借用微網控制器實現(xiàn)類似功能，然而微網控制器多用于本地控制，很少涉及到廣域多點調度相關功能，同時微網控制器缺乏對電池儲能系統(tǒng)在線檢測、充放電優(yōu)化控制和保護的相關功能，難以實現(xiàn)對于分布式儲能系統(tǒng)的全面控制和優(yōu)化。伴隨配網側分布式儲能的快速發(fā)展，面向電網的儲能資源匯聚應用將包含電池儲能設備、通過 V2G并網的電動汽車、儲熱鍋爐、冰蓄冷中央空調等分布式儲能設備，通過多設備間的協(xié)調控制，參與電網調峰、調頻等應用，如圖4所示。在這個過程中，儲能系統(tǒng)的協(xié)調控制設備在上層調度和各分散的分布式儲能資源間起到調度指令分解、儲能設備協(xié)調控制、儲能監(jiān)控與保護、多應用功能切換等功能。


商業(yè)模式

作為分布式可再生能源發(fā)電和智能微電網的關鍵支撐技術，分布式儲能在分布式發(fā)電和微電網系統(tǒng)中除了參與系統(tǒng)運行控制，還可以產生相應的經濟效益，如在分時電價機制下，可以通過低儲高發(fā)實現(xiàn)套利，在工商業(yè)用戶兩部制電價下，通過降低基本電價為用戶節(jié)省電費，或通過提供用戶需求響應能力，幫助用戶降低高峰負荷的用電量，賺取需求響應服務費等。2016 年國家能源局發(fā)布的《關于促進電儲能參與“三北”地區(qū)電力輔助服務補償(市場)機制試點工作的通知》特別強調了鼓勵電儲能參與電網的調峰，并針對用戶側電儲能調峰進行了說明，用戶側建設的電儲能設施，充電電量既可執(zhí)行目錄電價，也可參與電力直接交易自行購買低谷充電電量，放電電量既可自用，也可視為分布式電源就近向電力用戶出售電量;用戶側建設的一定規(guī)模的電儲能設施，可作為獨立市場主體或與發(fā)電企業(yè)聯(lián)合參與調頻、深度調峰和啟停調峰等輔助服務。該通知明確了電儲能參與系統(tǒng)輔助服務的身份，在目前的電力市場環(huán)境下通過低儲高發(fā)獲取收益是可行的途徑。從目前的市場環(huán)境來看，儲能設備獲利是具有政策支持的，目前的研究也多基于此展開。

目前，與分布式光伏組合形成的分布式光儲系統(tǒng)在國外已有較多的商業(yè)應用，在不同的國家，分布式光儲發(fā)電的應用重點各不相同，美國加州在工商業(yè)領域的分布式項目居多，澳大利亞和德國市場的重點在戶用儲能領域。以德國 SENEC.IES 公司為例，該公司將用戶側儲能聚集起來開展“免費午餐”模式，享有對電池的主要控制權，當電網“零電價”時控制電池從電網充電。用戶主要通過最大化地自我消納屋頂光伏所發(fā)的電力、使用 SENEC.IES 提供給用戶的“免費儲存的電力”，實現(xiàn)更低的電費賬單，進而獲益。SENEC.IES 的商業(yè)模式見圖5。


Fenecon/Ampard 開展的虛擬電廠模式，將Ampard 的能源管理模塊與 Pro Hybrid 儲能系統(tǒng)集成起來，使其可以在用戶側被用作虛擬電廠。用戶為了增加自發(fā)自用而購買儲能系統(tǒng)，Ampard 利用他們的能源管理系統(tǒng)(Ampard Energy Manager)將這些系統(tǒng)管理起來，為這些儲能系統(tǒng)增加虛擬電廠的功能提供一次調頻控制和備用等服務。Fenecon/Ampard 的商業(yè)模式見圖6。


從目前分布式儲能應用現(xiàn)狀來看，分布式儲能系統(tǒng)具有通過匯聚將“點”資源凝聚起來，通過前面定義的資源聚合商概念，實現(xiàn)分布式儲能資源的匯聚商業(yè)運營的可能，國外在該方面的應用已經初具雛形。國內對于分布式儲能運營商業(yè)模式研究還處于起步階段，相關的探討和分析仍比較局限。隨著政策引導和市場需求的增強，預期將發(fā)展形成一大批從事各類型儲能技術研發(fā)、制造、建設、運營的相關企業(yè)，分布式儲能將在電網中得到更廣泛的應用，關于商業(yè)模式的研究有待進一步深入。

經濟性評估

在自由競爭的電力市場中，相關的評估研究大多針對運營商的收益，如低儲高發(fā)套利、調頻收益、備用收益等，根據(jù)電價預測，計及運維成本，建立優(yōu)化調度模型，在日前市場中合理安排儲能系統(tǒng)的調頻容量、備用容量和充/放電策略，使運營商獲取最大的效益，從而對儲能系統(tǒng)應用的效益進行評估。

對分布式儲能的經濟評價，需要量化儲能的投資運行費用、政策的補貼、工作模式如削峰填谷和配合新能源接入等帶來的收益以及節(jié)能減排等其它收益。由于新能源出力的不確定性，可以使用典型日提取、信息決策理論等方法對儲能帶來的收益進行量化評估，建立相應的目標函數(shù)，評估儲能投資的可行性。分布式儲能參與系統(tǒng)調峰目前在美國已經實現(xiàn)商業(yè)化運營，針對這一應用模式就目前中美兩國的應用現(xiàn)狀進行比較，如表 2 所示。


通過表 2 的對比情況可看出，目前在我國通過儲能參與電網調峰輔助服務并不具備經濟性，作為優(yōu)質的輔助服務資源，應盡快出臺量化儲能價值的政策法規(guī)，通過政策導向激勵儲能產業(yè)，以產業(yè)自身發(fā)展帶動成本下降，進而實現(xiàn)儲能產業(yè)的良性發(fā)展。

商業(yè)模式

近年來，國內外在分布式儲能的優(yōu)化配置、參與輔助服務、關鍵設備研制以及商業(yè)模式等方面已有一定研究。在此基礎上，未來在以下方面進行深入探討。

1)補充性規(guī)劃技術。面向參與電網輔助服務或優(yōu)化電網運行等應用，基于對局域電網內現(xiàn)有分布式儲能資源的評估，開展補充性規(guī)劃技術研究，通過在關鍵節(jié)點配置少量儲能，起到以小博大的作用，充分整合已有的儲能資源。

2)針對大電網的調峰、調頻和緊急事故響應需求、配電網的電壓調節(jié)、清潔源滿額消納和源網經濟運行等需求，開展分布式儲能、柔性負荷等響應資源的協(xié)同調控策略研究。

3)在分布式儲能關鍵設備方面，有必要根據(jù)不同拓撲結構以及所設定系統(tǒng)動態(tài)、穩(wěn)態(tài)性能指標對不同功率等級的分布式儲能設備進行參數(shù)優(yōu)化設計，提高設備運行效率，降低運維成本，實現(xiàn)分布式儲能系統(tǒng)在不同應用模式下平滑切換。此外，針對廣域多點調度需求的分布式儲能監(jiān)控設備、規(guī)?；植际絻δ軈f(xié)調調控設備的研制工作亟待開展。

4)在促進分布式儲能的商業(yè)運營發(fā)展方面，應認可儲能作用，給予儲能參與電力市場的同等身份。鑒于目前我國儲能技術發(fā)展主要是依托于可再生能源，通過出臺補貼政策推動儲能產業(yè)發(fā)展的可行性不大，建議放開輔助服務市場，使儲能設備獲得與其他資源同等的身份，通過分布式儲能匯聚參與電網輔助服務實現(xiàn)市場化運營。

5)在時間粒度和位置粒度上細化儲能系統(tǒng)的計量計費辦法，量化儲能的時間價值和位置價值，并研發(fā)支撐細化辦法的計量設備。