張海濤，孫茜，黃曉龍

（1.淮南電力規(guī)劃設(shè)計院有限公司，安徽 淮南 232000；2.安徽復(fù)星電力設(shè)計咨詢有限公司，安徽 合肥 230088）

0 引言

研究發(fā)現(xiàn)，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜且分支較多。除了電網(wǎng)側(cè)之外，還有電源側(cè)、用戶側(cè)。目前，電網(wǎng)側(cè)儲能水平不高，在其示弱格局下，需站在新能源角度，優(yōu)質(zhì)發(fā)展電網(wǎng)側(cè)儲能，提升整體儲能水平?，F(xiàn)實應(yīng)用中，電力企業(yè)需高度重視儲能技術(shù)，發(fā)揮儲能技術(shù)降低輸變電損耗的作用，從而緩解供電壓力，全力守護(hù)電網(wǎng)的安全，將儲能視作高效率撬動投資的載體，運(yùn)用科學(xué)的儲能手段，實現(xiàn)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化。

1 儲能系統(tǒng)的應(yīng)用現(xiàn)狀

1.1 國外電網(wǎng)側(cè)儲能發(fā)展

在國際市場中，電網(wǎng)側(cè)儲能的重要性早已被看到。相關(guān)學(xué)術(shù)成果證明，美國是重視儲能、發(fā)展儲能較早的國家。在美國全國示范項目（電網(wǎng)測儲能）占全球總數(shù)的50%。在規(guī)模擴(kuò)張的基礎(chǔ)上，還確保了儲能技術(shù)的商業(yè)化地位，在電力系統(tǒng)中，儲能技術(shù)大放光彩，優(yōu)勢十分顯著。針對儲能系統(tǒng)的應(yīng)用，美國能源局還集成了多項技術(shù)，建立了儲能數(shù)據(jù)庫，在數(shù)據(jù)庫的保障下，追蹤、記錄項目的儲能情況，以便調(diào)整技術(shù)手段。與此同時，還設(shè)定專門的機(jī)構(gòu)來維系儲能技術(shù)的發(fā)展，運(yùn)用完善的政策，鞏固了儲能技術(shù)主導(dǎo)地位。其實拋開美國不談，在國外其他國家中，面對儲能技術(shù)的發(fā)展，也制定了特殊監(jiān)管策略。

1.2 國內(nèi)儲能技術(shù)的應(yīng)用

我國電網(wǎng)側(cè)儲能方興未艾，還有較大進(jìn)步空間。電網(wǎng)側(cè)儲能，便是運(yùn)用科學(xué)引導(dǎo)手段，將一切可被電網(wǎng)調(diào)度、合理應(yīng)用的儲能系統(tǒng)（電力資源）納入電網(wǎng)側(cè)儲能范疇。實踐表明，推動這樣的技術(shù)可緩解儲能的矛盾，現(xiàn)實中無論是用戶側(cè)，還是儲能系統(tǒng)（電網(wǎng)投資的），在實際應(yīng)用中都可以被公平調(diào)用，提高電網(wǎng)運(yùn)行效率，消除市場的儲能顧慮。從當(dāng)前了解到，政府為促進(jìn)電儲能，搭建了高效的平臺，憑借市場機(jī)制的作用，為儲能在輔助服務(wù)中的滲透夯實了基礎(chǔ)，同時為應(yīng)用領(lǐng)域拓寬，服務(wù)水平升級提供了可能性，可保障多渠道盈利。

研究發(fā)現(xiàn)，我國目前電網(wǎng)側(cè)儲能項目，還是以磷酸鐵鋰電池為主要方向，在實際應(yīng)用中，容量和功率密度等問題需要進(jìn)一步解決。儲能系統(tǒng)較為龐大，儲能技術(shù)種類較多，經(jīng)比較論證得出，物理、化學(xué)儲能技術(shù)在發(fā)揮作用期間都有各自優(yōu)缺點，基本配置不同，儲能效果也不相同。在儲能系統(tǒng)優(yōu)化中，政府尚未形成有效的儲能補(bǔ)貼政策，缺少統(tǒng)一的衡量標(biāo)準(zhǔn)，這導(dǎo)致儲能技術(shù)發(fā)展受阻。電化學(xué)儲能接入（這里特指大規(guī)?；模?，對電力系統(tǒng)的影響體現(xiàn)在多層次，對電網(wǎng)的適應(yīng)能力、功率控制的要求比較嚴(yán)格[1]。在這樣的背景下，如何確保電網(wǎng)側(cè)儲能可以直接到參與電網(wǎng)的輔助服務(wù)，需要共同研究探討。

2 電網(wǎng)側(cè)儲能技術(shù)應(yīng)用優(yōu)勢

2.1 平滑輸出曲線

新能源發(fā)電時為了保證發(fā)電有效性，同時科學(xué)合理節(jié)省資源，需對平滑輸出曲線作出調(diào)節(jié)。實踐表明發(fā)電時因環(huán)境資源狀況變化會出現(xiàn)發(fā)電質(zhì)量的下滑，導(dǎo)致設(shè)備性能不穩(wěn)，從而形成大功率波動。而通過儲能技術(shù)運(yùn)用可精準(zhǔn)實現(xiàn)快速充放，不僅可充分調(diào)整功率，還可確保平滑輸出曲線理想。

2.2 調(diào)峰

發(fā)電側(cè)儲能系統(tǒng)運(yùn)用是相對合理的方案，可在低谷期儲存電能，避免資源浪費(fèi)，同時選擇在高峰期釋放，這樣的調(diào)峰思路可合理控制峰谷差，從根源維護(hù)電網(wǎng)穩(wěn)定，保證新能源發(fā)電狀態(tài)優(yōu)良，在負(fù)荷高峰期依然穩(wěn)定出力。

2.3 有功支撐

站在有功支撐角度分析，通過儲能裝置轉(zhuǎn)化后可保障有功支撐穩(wěn)定、提供快速，進(jìn)而發(fā)揮理想作用，同時增加電網(wǎng)調(diào)頻能力，強(qiáng)化電網(wǎng)調(diào)峰的效果，在此前提下，提高電網(wǎng)接納能力。

2.4 黑啟動

結(jié)合現(xiàn)實情況了解到，新能源電站位置偏僻，較之其他常規(guī)電站運(yùn)行條件比較艱苦，實施“電站自救”能力有限。在其服役期間，一旦外部電網(wǎng)故障，影響較為嚴(yán)重，不僅會阻礙正常供電，還會損壞電網(wǎng)設(shè)備?；诖耍钁?yīng)用儲能系統(tǒng)，改變這一現(xiàn)狀。通過實踐論證得出，儲能系統(tǒng)功能齊備，可作為電壓源進(jìn)行源源不斷向發(fā)電單元送電，在此前提下可以實現(xiàn)電站自啟動，確保發(fā)電的質(zhì)量，避免意外的發(fā)生。

總而言之，儲能系統(tǒng)功能強(qiáng)大，實際應(yīng)用價值高。系統(tǒng)構(gòu)成主要由儲能裝置來實現(xiàn)，同時還要配合并網(wǎng)裝置，運(yùn)用這兩大部分，可搭建優(yōu)質(zhì)儲能系統(tǒng)。儲能裝置較為特殊，應(yīng)用性能較高，由儲能元件組成，在具體實踐中該功能單元的作用顯著，可實現(xiàn)能量的儲存，同時進(jìn)行能力釋放，完成理想中的功率交換，有效縮短功率交換時間[2]。并網(wǎng)裝置同樣重要，在整個框架中，由電力電子器件組成，各器件相互配合，可實現(xiàn)能量雙向傳遞（儲能裝置與電網(wǎng)），提升轉(zhuǎn)換的效率和價值。

3 儲能技術(shù)分析

3.1 配電數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)

在科技的引領(lǐng)下，儲能技術(shù)優(yōu)質(zhì)發(fā)展。研究表明，配電數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢顯著，是智能配電網(wǎng)優(yōu)化實現(xiàn)高效調(diào)度的關(guān)鍵技術(shù)，也是基礎(chǔ)性保障，不容忽視。在儲能系統(tǒng)應(yīng)用中，配電數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)功能主要體現(xiàn)在收集用戶終端信息，同時傳輸信息，將信息搬運(yùn)到智能決策中心，進(jìn)而形成信息處理的閉環(huán)。研究現(xiàn)狀可知，通過構(gòu)建干擾少、穩(wěn)定性高的專用網(wǎng)絡(luò)，可提升儲能系統(tǒng)性能，確保理想的配電數(shù)據(jù)共享，提高傳輸效率，在綜合措施維護(hù)下，支持高水平的智能配電網(wǎng)優(yōu)化運(yùn)行，為儲能系統(tǒng)升級夯實基礎(chǔ)，確保其完成調(diào)度設(shè)計。在配電數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)保障下，讓儲能資源分配趨于合理。

3.2 儲能系統(tǒng)PCS 技術(shù)

儲能系統(tǒng)PCS 技術(shù)應(yīng)用價值高，值得大范圍推廣。儲能功率變換器（PCS）位于整體框架的中樞，連接電池組與電網(wǎng)。換句話說，如果沒有該技術(shù)支撐，整個技術(shù)架構(gòu)也就無法成立?，F(xiàn)實應(yīng)用中其關(guān)鍵技術(shù)如下：①借助操作優(yōu)化電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，實現(xiàn)結(jié)構(gòu)合理化。②控制策略和參數(shù)設(shè)置，這是儲能系統(tǒng)穩(wěn)定的前提，在參數(shù)設(shè)置保障下，打造多種運(yùn)行模式，并確保模式無縫切換，提高管理的效率。③多個PCS 模塊并聯(lián)運(yùn)行，構(gòu)建高效管理機(jī)制。④多儲能系統(tǒng)的SOC 控制。

通過實際應(yīng)用可知，傳統(tǒng)的單向PWM 整流器在實際應(yīng)用期間會降低儲能系統(tǒng)的性能，無法滿足系統(tǒng)并網(wǎng)以及高水準(zhǔn)接入的要求，在這樣的前提下，需打破常規(guī)，研究新型并網(wǎng)接入系統(tǒng)，學(xué)術(shù)界將其稱為雙向功率變換器（PCS）。通過應(yīng)用發(fā)現(xiàn)，它不僅可以滿足電池性能長久和充、放電穩(wěn)定的要求，還能在電網(wǎng)斷電時，發(fā)揮積極的保障作用，對關(guān)鍵負(fù)荷進(jìn)行供電，在應(yīng)用中兼具EPS 的功能，確保孤島運(yùn)行效果。研究發(fā)現(xiàn)，儲能系統(tǒng)雙向PCS，可將儲能優(yōu)勢充分體現(xiàn)。

當(dāng)電網(wǎng)斷電時，PCS 作為基礎(chǔ)保障，會首先斷開通道，借助這樣的方式將交流輸出分隔開，保持其與電網(wǎng)的距離，在此前提下開始孤島運(yùn)行。應(yīng)用期間，孤島運(yùn)行控制目標(biāo)明確，是在不同的輸出負(fù)載中，高質(zhì)量保持交流電壓穩(wěn)定。為了消除孤島影響，在運(yùn)行控制中，需要優(yōu)先選擇雙環(huán)結(jié)構(gòu)，利用雙環(huán)結(jié)構(gòu)優(yōu)勢，確保電網(wǎng)側(cè)儲能理想[3]。應(yīng)用期間，外環(huán)作用顯著，為輸出電壓有效值環(huán)，是重要參考依據(jù)。外環(huán)作用集中表現(xiàn)在輸出交流電壓保持上。內(nèi)環(huán)在使用中為輸出電壓瞬時值環(huán)，借助內(nèi)環(huán)，便可以了解輸出交流電壓狀態(tài)，使其有好的動態(tài)性能，延長設(shè)備服役時間?？偠灾\(yùn)用儲能系統(tǒng)PCS 技術(shù)可防止輸出電流偏磁，增強(qiáng)儲能的穩(wěn)定性。

3.3 儲能系統(tǒng)能量管理技術(shù)

儲能系統(tǒng)能量管理起到了“電網(wǎng)管家”的作用，通過優(yōu)化能量管理手段，可提高新能源消納綜合水平，實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)發(fā)電。電池在生產(chǎn)過程中，經(jīng)常會由于設(shè)備控制精度問題，使原材料的配比不同，甚至產(chǎn)生正負(fù)極材料分布密度的明顯差異，在這樣的前提下，如果操作過程無法控制有效因素，就會對電池造成損傷。結(jié)合物理化學(xué)知識可知，電池屬于化學(xué)品，其性能的改變，會從內(nèi)阻、電壓上體現(xiàn)出來。長期服役期間，電池的自放電率等參數(shù)的不同，會使電池的衰減速度難以保持同步，從而形成一致性差異。一致性差異對儲能系統(tǒng)電池影響較大，會在電池儲能階段誘發(fā)能量水桶效應(yīng)，這樣的差異會導(dǎo)致充電、放電時，破壞儲能系統(tǒng)電池性能，減少其循環(huán)壽命。

針對上述情況，需運(yùn)用電流分流法實施高效的儲能系統(tǒng)能量管理。其原理是把高電壓的電池找出，然后通過電阻放電，借助放電手段確保電池電壓趨于穩(wěn)定，無限接近于低電壓電池，在此基礎(chǔ)上達(dá)到均衡目的。在儲能系統(tǒng)應(yīng)用中，為了使均衡技術(shù)滲透到大容量電池組中，一般情況下需增加放電電阻功率，借助這樣的思路增強(qiáng)儲能能力?；静僮魇窃诠β孰娮枭霞由崞瑥脑搭^獲取均衡電流，實現(xiàn)電流提供的理想化。另外一種擴(kuò)展的方式比較特別，是對低電壓的電池充電（通過外接直流電流），這樣彌補(bǔ)電流差，實現(xiàn)雙向均衡。但現(xiàn)實應(yīng)用中，這些方式均衡電流還是存在局限的，只能達(dá)到幾十毫安。

3.4 廣域儲能調(diào)度技術(shù)

廣域儲能調(diào)度技術(shù)是指運(yùn)用各種資源，設(shè)法讓儲能配合新能源運(yùn)行，并且在其運(yùn)行期間以日調(diào)節(jié)為主，采取精細(xì)化管理，跟隨新能源出力，體現(xiàn)出儲能調(diào)度的價值。在調(diào)動和調(diào)節(jié)階段，根據(jù)新能源波動情況優(yōu)選匹配的運(yùn)行方式，在能源大發(fā)時充電，同時結(jié)合新能源出力情況，及時完成下降時放電操作。

在未來科技的引領(lǐng)下，新能源發(fā)電側(cè)儲能將會成為流行趨勢，技術(shù)運(yùn)用規(guī)模將擴(kuò)大，現(xiàn)實工作中，為促進(jìn)儲能行業(yè)發(fā)展，需夯實儲能技術(shù)應(yīng)用基礎(chǔ)，完善頂層設(shè)計，在綜合措施保障中推動儲能政策完善、法規(guī)建立，健全行業(yè)執(zhí)行準(zhǔn)則，實現(xiàn)儲能系統(tǒng)應(yīng)用的規(guī)范化管理[4]。同時，結(jié)合市場需求，研發(fā)發(fā)電側(cè)大容量、高效率的儲能技術(shù)，不斷降低儲能成本，確保儲能技術(shù)應(yīng)用場景的適應(yīng)性，例如：采取梯次電池能量管理等。此外，還需推動風(fēng)光電等技術(shù)融合，實施新能源與儲能調(diào)頻技術(shù)的互補(bǔ)，制定精細(xì)化控制策略，保障好儲能調(diào)頻技術(shù)優(yōu)勢。開展綜合評價方法，重點剖析儲能系統(tǒng)的安全性等內(nèi)容，借助技術(shù)手段，提高儲能系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性。

4 案例分析

10MW/20.266MW·h 儲能項目內(nèi)容如下：10MW/20.266MW·h儲能系統(tǒng)在初期構(gòu)思時分為2 個子系統(tǒng)：①3.45MW/6.988MW·h系統(tǒng)；②3.45MW/6.29MW·h 儲能單元，兩者相互配合，才成就了儲能系統(tǒng)的完善性。本次項目案例中采用的儲能系統(tǒng)運(yùn)用了集裝箱一體化設(shè)計路線，這樣的設(shè)計方案具有安裝維護(hù)方便等突出特征，系統(tǒng)集成化程度高，系統(tǒng)的維護(hù)性較強(qiáng)。

4.1 系統(tǒng)設(shè)計思路

3.45MW/6.988MW·h 儲能單元整體框架比較穩(wěn)定，由一體儲能變流集裝箱控制，同時搭配了2 臺40 尺電池集裝箱（磷酸鐵鋰電池），并將儲能系統(tǒng)交流側(cè)情況進(jìn)行了評估，10kV 是其并網(wǎng)電壓等級設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)，通過環(huán)境的優(yōu)化，可實現(xiàn)電網(wǎng)調(diào)頻順暢，提高電網(wǎng)的功能性、穩(wěn)定性。本次項目設(shè)計中需要注意以下內(nèi)容。

（1）電網(wǎng)側(cè)儲能的設(shè)計需綜合考量多項因素，其優(yōu)化規(guī)劃需頂層設(shè)計，只有這樣，才能確保儲能系統(tǒng)設(shè)計效果。電網(wǎng)側(cè)儲能容量配置是關(guān)鍵，在構(gòu)建設(shè)計方案時，需要考慮選點布局、電池選型等內(nèi)容，在設(shè)計儲能系統(tǒng)時需要充足考慮電網(wǎng)的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)等，圍繞負(fù)荷狀況、電池特性綜合評估，掌握并控制諸多因素。同時，運(yùn)用科學(xué)計算軟件充分挖掘儲能的潛力，借助系統(tǒng)設(shè)計優(yōu)化，實現(xiàn)以小博大的目的，提高系統(tǒng)運(yùn)行效益。

（2）在系統(tǒng)搭建時，需要注意電網(wǎng)側(cè)儲能的綜合特征，多注意信息收集工作。主要信息包括：運(yùn)行特性、壽命預(yù)測以及多元功能的需求等，借助海量運(yùn)行數(shù)據(jù)采集，精準(zhǔn)完成建模等操作，通過高效的建模、仿真，維持電網(wǎng)側(cè)儲能的健康，保障其穩(wěn)定運(yùn)行。

4.2 系統(tǒng)接入方式

在10MW/20.266MW·h 儲能項目中，系統(tǒng)接入方式屬重點。只有接入方法正確，才能確保后續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)順暢。通過項目分析可知，10MW/20.266MW·h 儲能系統(tǒng)中，最為重要的內(nèi)容是回路接入10kV 母線側(cè)，具體的接入方式細(xì)節(jié)如圖1 所示。

圖1 儲能系統(tǒng)接入方式

4.3 儲能單元拓?fù)?/h3>

在整體系統(tǒng)設(shè)計中，還需要注意儲能單元拓?fù)涞膶崿F(xiàn)與優(yōu)化。單套鋰電池系統(tǒng)在實際應(yīng)用中由10 個電池簇組成，通常情況下，每簇容量較固定，數(shù)值為349.44kW·h。在使用期間，每10 簇通過控制柜（電池的）匯流，然后高效接入儲能變流器。操作期間，會有2 臺交流器輸出，最終接入10kV 母線。為了確保安全性，得到理想儲能控制效果，每個儲能單元中，需要配備本地控制器，借助控制器的作用，實現(xiàn)本地設(shè)備層高水平管控，提高綜合管理能力，在具體操作中，統(tǒng)一通信接口和協(xié)議，保障系統(tǒng)搭接的順暢度。

4.4 儲能技術(shù)應(yīng)用建議

4.4.1 安全方面

在儲能系統(tǒng)應(yīng)用期間需提高消防意識，重視消防安全性問題。特別是電網(wǎng)設(shè)備和電化學(xué)儲能應(yīng)用中涉及的消防安全性問題，必須要細(xì)致化分析。為了確保使用安全，儲能裝置在應(yīng)用時（指正式接入電網(wǎng)），需確保計劃詳盡，采取規(guī)范的安全防護(hù)措施，從源頭采取防護(hù)，避免發(fā)生事故，讓電網(wǎng)健康運(yùn)行。目前，為了達(dá)到儲能的標(biāo)準(zhǔn)體系要求，需結(jié)合實際設(shè)計出儲能安全準(zhǔn)則，整合力量搭建標(biāo)準(zhǔn)體系，降低儲能成本的同時，將電網(wǎng)側(cè)規(guī)?；l(fā)展推向新的高度。

4.4.2 技術(shù)方面

電網(wǎng)側(cè)儲能是多種技術(shù)的集成，在能源緊張今天，電網(wǎng)側(cè)儲能應(yīng)穩(wěn)健發(fā)展。電網(wǎng)側(cè)儲能原理簡單，電化學(xué)儲能是其核心，在應(yīng)用需求增長中，儲能暫態(tài)特性功能增多。目前的電網(wǎng)側(cè)儲能，需進(jìn)行技術(shù)革新，增強(qiáng)快速響應(yīng)能力，匹配先進(jìn)的設(shè)備，確保毫秒級響應(yīng)水平。此外，還要精準(zhǔn)控制，調(diào)整功率控制思路，對輸出功率精細(xì)化管理。從智能安全預(yù)警控保的理想化需求出發(fā)，深度融合BMS、EMS 等，運(yùn)用靈活的機(jī)制，形成安全預(yù)警控保[5]。現(xiàn)實應(yīng)用中，為了強(qiáng)化應(yīng)用效果，需輔助多機(jī)并聯(lián)諧振抑制以及優(yōu)質(zhì)的虛擬同步技術(shù)，提高電網(wǎng)側(cè)儲能水準(zhǔn)?，F(xiàn)階段，電網(wǎng)同步規(guī)模比較大，想要精準(zhǔn)落實同步控制技術(shù)難度較高，所以作為國家層面，需大力扶持電網(wǎng)企業(yè)，并重視儲能技術(shù)的發(fā)展。

4.4.3 管理方面

通過應(yīng)用實際了解到，電網(wǎng)側(cè)儲能想要發(fā)揮作用，離不開完善標(biāo)準(zhǔn)體系的加持，只有注重這方面建設(shè)，才能提高管理的程度。電網(wǎng)側(cè)儲能從設(shè)計開始就需要依托標(biāo)準(zhǔn)化管理，同時加強(qiáng)對控制﹑測試等模塊的管控，借助管理模式的規(guī)范化，不斷提高行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，及時進(jìn)行查缺補(bǔ)漏，搭建理想化標(biāo)準(zhǔn)體系，確保各環(huán)節(jié)實施順暢。

5 結(jié)論

綜上所述，儲能系統(tǒng)容量范圍寬，這是其核心優(yōu)勢之一，放電時間跨度大，精細(xì)化程度可以達(dá)到毫秒級。新時期，基于新能源發(fā)展需求以及考慮到電網(wǎng)側(cè)自身間歇性等，想要降低控制難度，提高預(yù)測精準(zhǔn)度，需借助儲能技術(shù)應(yīng)用，強(qiáng)化新能源發(fā)電效果，保障電網(wǎng)可調(diào)節(jié)性能。在實操環(huán)境中，確保輸出連續(xù)穩(wěn)定，同時增強(qiáng)并網(wǎng)能力。而想要達(dá)成理想目標(biāo)，需掌握儲能關(guān)鍵技術(shù)，通過管理技術(shù)、調(diào)度技術(shù)規(guī)范使用，提高儲能系統(tǒng)應(yīng)用水平，維持電網(wǎng)運(yùn)行。