閆群民， 穆佳豪， 馬永翔， 王勇， 孫陽陽

(1. 陜西理工大學(xué)電氣工程學(xué)院，陜西 漢中 723001；2. 陜西省地方電力(集團(tuán))有限公司漢中供電分公司，陜西 漢中 723001)

0 引言

隨著全球能源格局的變革，以光伏、風(fēng)電為主的新能源技術(shù)逐漸成熟，并趨于商業(yè)化[1—2]。新能源發(fā)電很大程度上依賴地理、天氣、季節(jié)等因素，波動性強(qiáng)且不易穩(wěn)定，因此對電網(wǎng)的調(diào)節(jié)能力、網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、消納能力、調(diào)度運(yùn)行、保護(hù)控制等方面提出了更高要求[3—4]。另外，大規(guī)模分布式電源(distributed generation,DG)加入電網(wǎng)可能引起源荷間供需不平衡，DG發(fā)出的電能若不能及時被消納，將會影響電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性，這些影響在中低壓配電網(wǎng)中更為明顯[5]。

分布式儲能技術(shù)為解決上述問題提供了新思路，其可對能量進(jìn)行時空平移，并在進(jìn)行充、放電時等效為負(fù)荷或電源，通過有序控制儲能系統(tǒng)的能量吞吐，可實(shí)現(xiàn)多主體利益[6]。分布式儲能在電力系統(tǒng)各環(huán)節(jié)都有相應(yīng)的應(yīng)用模式，可有效消除晝夜峰谷差、增強(qiáng)設(shè)備利用效率、促進(jìn)新能源消納、進(jìn)行調(diào)壓調(diào)頻、平滑新能源功率波動、參與需求側(cè)響應(yīng)等。分布式儲能擁有巨大的應(yīng)用市場，是維持供需動態(tài)平衡的關(guān)鍵設(shè)備，還是一種延緩高額基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的方案，在提高能效、減少碳排放中起著關(guān)鍵作用，是分布式發(fā)電、智能電網(wǎng)、微電網(wǎng)發(fā)展的重要支柱[7]。然而分布式儲能在改善新能源并網(wǎng)問題、提高電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性與經(jīng)濟(jì)性的同時，也存在儲能之間過于分散、聯(lián)合控制難、儲能與傳統(tǒng)設(shè)備之間協(xié)調(diào)控制難以及各控制策略之間如何平滑切換等關(guān)鍵性問題。因此，有必要對現(xiàn)有分布式儲能的應(yīng)用模式進(jìn)行分析總結(jié)，給出各應(yīng)用模式下分布式儲能的存在問題及發(fā)展建議。研究不同應(yīng)用模式下分布式儲能的優(yōu)化配置對其在電網(wǎng)中的有效應(yīng)用至關(guān)重要，合理規(guī)劃分布式儲能不僅可以實(shí)現(xiàn)能源充分利用、降低配電網(wǎng)備用容量，還可以發(fā)揮分布式儲能的規(guī)模化匯聚效應(yīng)，提高電網(wǎng)供電安全性及運(yùn)行效率。分布式儲能優(yōu)化配置的關(guān)鍵問題為選址定容及運(yùn)行策略的選擇。在數(shù)學(xué)建模時，一般根據(jù)不同應(yīng)用模式需求選擇相應(yīng)的目標(biāo)函數(shù)，綜合考慮經(jīng)濟(jì)性與技術(shù)性指標(biāo)[8]，并采取適當(dāng)?shù)那蠼馑惴ㄟM(jìn)行有效求解。

文中針對分布式儲能應(yīng)用模式及優(yōu)化配置問題，首先梳理分布式儲能發(fā)展?fàn)顩r及典型應(yīng)用案例，分析分布式儲能在電力系統(tǒng)中的各類應(yīng)用模式及原理，鑒于現(xiàn)有研究的不足提出各模式下關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展建議。進(jìn)而對比國內(nèi)外分布式儲能優(yōu)化配置的數(shù)學(xué)模型和各模式下的主要優(yōu)化目標(biāo)，分析現(xiàn)有求解算法的優(yōu)劣性，并指出建模及求解過程中存在的問題。文中研究內(nèi)容對拓展分布式儲能的應(yīng)用模式、優(yōu)化分布式儲能在電網(wǎng)中的應(yīng)用成效具有一定的參考價值。

1 分布式儲能的發(fā)展及應(yīng)用

分布式儲能是一種容量小且普遍靠近于負(fù)荷端的儲能配置形式，常應(yīng)用于中低壓配電網(wǎng)及智能微電網(wǎng)中。相較于集中式儲能，分布式儲能安裝地點(diǎn)靈活、投資費(fèi)用低,功率介于幾千瓦至幾兆瓦之間，持續(xù)放電時間較短，且容量一般不大于10 MW·h[9]。分布式儲能物理形態(tài)多樣，包括新能源電廠儲能、社區(qū)儲能、電動車儲能、數(shù)據(jù)中心儲能、家庭儲能、移動式儲能等。目前，各種分布式儲能技術(shù)的發(fā)展著重于提升轉(zhuǎn)化效率、提高功率密度和能量密度、降低成本。其中，電化學(xué)儲能因具有響應(yīng)快速、雙向調(diào)節(jié)、控制精準(zhǔn)、適用面廣的優(yōu)勢得以迅速發(fā)展，目前鋰離子電池最為成熟[10]。電化學(xué)儲能是未來分布式儲能的主要發(fā)展方向。

目前國內(nèi)外分布式儲能的應(yīng)用場景主要是為了支撐DG并網(wǎng)、提升負(fù)荷中心DG消納水平以及維持智能電網(wǎng)和微電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。我國已將儲能作為綜合能源示范項(xiàng)目中的重要技術(shù)支撐，以光儲系統(tǒng)為例，在光儲建設(shè)力度加大以及光伏成本下降的背景下，用戶側(cè)光儲系統(tǒng)發(fā)展迅速。在亟需解決新能源并網(wǎng)問題而實(shí)施大規(guī)模補(bǔ)貼政策的德國，光儲市場更是超常規(guī)發(fā)展，這種應(yīng)用模式已成為降低用戶側(cè)電費(fèi)、提升供電可靠性的重要方式。此外，以可移動集裝箱為載體的移動式儲能具有可移動性強(qiáng)且響應(yīng)快速的特點(diǎn)，在國內(nèi)也有諸多應(yīng)用，尤其在重要負(fù)荷保電方面成為首選。

2 分布式儲能應(yīng)用模式

儲能的作用時間跨度為秒級至小時級，故其在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用模式十分豐富。應(yīng)用模式?jīng)Q定其運(yùn)行狀態(tài)，根據(jù)目前分布式儲能在電力系統(tǒng)中的接入位置，其應(yīng)用模式分為DG側(cè)、中低壓配電網(wǎng)側(cè)、用戶與微電網(wǎng)側(cè)。

2.1 DG側(cè)

2.1.1 改善DG輸出曲線

DG輸出功率具有隨機(jī)波動性，其接入配電網(wǎng)易導(dǎo)致并網(wǎng)容量受限[11]。將儲能特性與DG自身調(diào)節(jié)特性相融合，利用分布式儲能與DG成套并網(wǎng)，能夠抑制DG功率波動，減少DG對配電網(wǎng)的沖擊，從源頭提升DG的可控性與并網(wǎng)能力，亦可實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)計(jì)劃的追蹤。該應(yīng)用模式的基本原理為分布式儲能追蹤DG出力，在DG輸出功率尖峰或低谷時段，儲能分別儲存或釋放電能，滿足并網(wǎng)點(diǎn)功率波動相關(guān)要求，并網(wǎng)功率為DG出力以及儲能功率之和[12]。

在分布式儲能改善DG功率輸出方面，現(xiàn)有研究得出的儲能容量利用率偏低，且采用的大都為簡化的儲能模型，與實(shí)際差別較大。應(yīng)在分布式儲能能量實(shí)時管理、超短期預(yù)測精度提升方面開展研究[13]，并在設(shè)計(jì)平滑功率波動控制算法時，考慮分布式儲能特征參數(shù)之間的關(guān)聯(lián)性，建立更為科學(xué)的大規(guī)模DG并網(wǎng)模型與儲能模型，從而更好地改善DG功率輸出并延長儲能壽命。

2.1.2 并網(wǎng)點(diǎn)有功控制及無功補(bǔ)償

為了從源頭減小高滲透率DG并網(wǎng)對配電網(wǎng)電壓質(zhì)量的影響，在新能源并網(wǎng)時儲能系統(tǒng)采用具有四象限功率運(yùn)行模式的逆變器[14]，可靈活對注入并網(wǎng)點(diǎn)的功率進(jìn)行控制并實(shí)現(xiàn)無功就地補(bǔ)償。傳統(tǒng)并網(wǎng)逆變器在調(diào)節(jié)并網(wǎng)點(diǎn)電壓的同時會出現(xiàn)串聯(lián)諧振、功率因數(shù)低等問題[15]，應(yīng)對傳統(tǒng)并網(wǎng)逆變器結(jié)構(gòu)、功能及控制策略進(jìn)行改進(jìn)，與電網(wǎng)實(shí)時交換有功、無功功率的同時，減小其對配電網(wǎng)帶來的負(fù)面作用，充分發(fā)揮分布式儲能進(jìn)行有功控制及無功補(bǔ)償?shù)膬?yōu)勢。

2.2 中低壓配電網(wǎng)側(cè)

2.2.1 參與系統(tǒng)調(diào)峰

由于DG出力峰值和負(fù)荷峰值并不重合，負(fù)荷峰谷差逐年遞增，而用戶對供電可靠性的要求逐年提高。當(dāng)高滲透率DG接入配電網(wǎng)時，多余的電能往往不能被及時消納，部分DG只能舍棄單位功率因數(shù)運(yùn)行模式，甚至停機(jī)，造成棄光、棄風(fēng)等嚴(yán)重的資源浪費(fèi)現(xiàn)象。使用儲能系統(tǒng)的能量時空平移特性參與調(diào)峰，對負(fù)荷曲線進(jìn)行削峰填谷，可有效優(yōu)化配電網(wǎng)潮流分布、減小網(wǎng)損、緩解功率堵塞以及減緩輸配電設(shè)施升級，目前常用的削峰填谷優(yōu)化策略為控制負(fù)荷方差[16]。

為實(shí)現(xiàn)分布式儲能更好地參與系統(tǒng)調(diào)峰，在建模時應(yīng)考慮DG季節(jié)特性、負(fù)載曲線和調(diào)峰需求等因素，并采用合適的充放電策略，合理布局儲能單元位置及容量[17]。相關(guān)研究在求解過程中提出儲能調(diào)峰容量概念[3]，該值可為調(diào)度人員提供儲能系統(tǒng)可調(diào)度容量范圍，具有較強(qiáng)的實(shí)用價值。但目前儲能參與系統(tǒng)調(diào)峰的研究多從儲能技術(shù)方面考慮且較少涉及調(diào)峰收益評估模型。為增強(qiáng)儲能實(shí)用性,現(xiàn)階段應(yīng)研究分布式儲能如何與現(xiàn)有調(diào)峰手段更好地結(jié)合，進(jìn)一步細(xì)化調(diào)峰效益評估模型與儲能容量需求模型。

2.2.2 參與系統(tǒng)輔助調(diào)頻

分布式儲能具有調(diào)節(jié)功率快速、控制精度高的特點(diǎn)，為了緩解系統(tǒng)調(diào)頻壓力，可利用分布式儲能輔助電網(wǎng)調(diào)頻。隨著DG滲透率的進(jìn)一步提升，這種調(diào)頻方式將成為電力調(diào)頻的重要方式?；痣娕c儲能共同調(diào)頻的模式已經(jīng)商業(yè)化，有效解決了火電機(jī)組爬坡率慢、調(diào)節(jié)精度低等問題。為提高DG調(diào)頻能力，防止負(fù)荷變化使系統(tǒng)頻率不穩(wěn)定而導(dǎo)致DG脫網(wǎng)的情況，也有研究充分考慮儲能調(diào)節(jié)能力，構(gòu)建光儲、風(fēng)儲參與系統(tǒng)調(diào)頻的控制策略[18]，如考慮調(diào)頻模型中調(diào)節(jié)死區(qū)提出調(diào)頻系數(shù)計(jì)算方法進(jìn)而優(yōu)化調(diào)頻策略等[19]。在儲能參與自動發(fā)電控制(automatic generation control，AGC)方面，文獻(xiàn)[20]建立了相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)性模型，包括儲能的壽命和容量，制定了輔助系統(tǒng)調(diào)頻的控制方法，在提升AGC調(diào)節(jié)能力的同時滿足了儲能的經(jīng)濟(jì)性要求。

然而現(xiàn)有研究對大規(guī)模DG影響電網(wǎng)頻率波動特性的機(jī)理分析不足，沒有較深入地從理論層面體現(xiàn)儲能參與系統(tǒng)調(diào)頻相對于傳統(tǒng)調(diào)頻電源的潛在優(yōu)勢，還應(yīng)進(jìn)一步研究各類型儲能之間、儲能與傳統(tǒng)調(diào)頻電源之間的協(xié)調(diào)控制策略。

2.2.3 參與系統(tǒng)調(diào)壓

大量DG接入電網(wǎng)將改變系統(tǒng)的潮流分布，同時由于DG輸出的不確定性將出現(xiàn)部分節(jié)點(diǎn)電壓越限的情況，嚴(yán)重時可能導(dǎo)致電壓崩潰。配電網(wǎng)中有功、電壓耦合度較高，因此該類問題對配電網(wǎng)的影響極為突出。國內(nèi)配電網(wǎng)起步較晚，傳統(tǒng)的調(diào)壓裝置調(diào)節(jié)能力有限，分布式儲能的興起逐步成為配電網(wǎng)調(diào)壓的重要手段之一。儲能參與系統(tǒng)調(diào)壓可彌補(bǔ)傳統(tǒng)電壓調(diào)節(jié)設(shè)備受動作次數(shù)限制、反應(yīng)慢等問題，可有效改善系統(tǒng)電壓水平。目前，充分結(jié)合網(wǎng)絡(luò)既有的有載調(diào)壓變壓器、靜止無功補(bǔ)償裝置等無功補(bǔ)償設(shè)備與DG、儲能進(jìn)行電壓協(xié)調(diào)控制是最經(jīng)濟(jì)且靈活的手段[21]。通常將傳統(tǒng)調(diào)壓設(shè)備作為主控手段，分布式儲能和具有調(diào)節(jié)能力的DG作為輔助措施[22]，緩解傳統(tǒng)調(diào)壓手段的壓力，實(shí)現(xiàn)對本地以及其他關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)電壓的調(diào)控。在協(xié)調(diào)控制方面，可根據(jù)不同時間或空間尺度制定電壓控制策略[6]，由于不同調(diào)壓設(shè)備的動作時間長短不一致，所以依據(jù)時間尺度的劃分原則將電壓控制策略分為日前優(yōu)化、日內(nèi)優(yōu)化、日前-日內(nèi)協(xié)調(diào)優(yōu)化3種不同的協(xié)調(diào)優(yōu)化模式。還可從空間尺度出發(fā)，以調(diào)壓設(shè)備所在的不同區(qū)域或以不同饋線分支對電壓控制策略進(jìn)行劃分。同時為提升儲能參與系統(tǒng)調(diào)壓的能力，針對大規(guī)模DG并網(wǎng)系統(tǒng)，應(yīng)進(jìn)一步研究分層分區(qū)自動調(diào)壓控制、儲能系統(tǒng)與其他無功補(bǔ)償設(shè)備的電壓協(xié)調(diào)控制以及各控制策略之間平滑切換等問題。

2.3 用戶與微電網(wǎng)側(cè)

分布式儲能接入工商業(yè)用戶側(cè)可以提高電能質(zhì)量、提高新能源滲透率、充當(dāng)緊急后備電源、響應(yīng)各種擾動以及保障電力用戶供電的安全穩(wěn)定性。同時分布式儲能是改善微電網(wǎng)電源特性、保證供電質(zhì)量的關(guān)鍵，在微電網(wǎng)側(cè)分布式儲能還可實(shí)現(xiàn)諸如新能源自發(fā)自用、減少電費(fèi)支出、就地消納電能、減少輸電線路損耗、降低擴(kuò)容費(fèi)用、為增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)抗災(zāi)能力作為后備電源和黑啟動電源、給無電偏遠(yuǎn)地區(qū)及軍事基地等特殊場所供電的功能。

2.3.1 參與需求側(cè)響應(yīng)

分布式儲能在負(fù)荷高峰時段積極響應(yīng)電網(wǎng)調(diào)度，緩解電網(wǎng)高峰供電壓力，保證電網(wǎng)源荷之間的供需平衡從而獲取補(bǔ)貼，同時又保護(hù)了電力系統(tǒng)運(yùn)行的安全穩(wěn)定性。用戶側(cè)儲能可根據(jù)每日不同時段電價的差異進(jìn)行有序充放電，從而賺取差價，獲得收益。為了提升該模式下的市場化收益，相關(guān)研究從探索用戶側(cè)儲能合理的收益模式出發(fā)，分析了分布式儲能潛在的多方面收益[23]。該應(yīng)用模式一般將儲能作為需求側(cè)響應(yīng)資源參與容量市場，根據(jù)實(shí)時電價制定儲能充放電策略，并根據(jù)經(jīng)濟(jì)收益最大化制定儲能的功率和容量。在此基礎(chǔ)上，文獻(xiàn)[24]提出需求側(cè)響應(yīng)-儲能調(diào)節(jié)的優(yōu)化模型，計(jì)算結(jié)果表明該模型在實(shí)現(xiàn)用戶日收益最大化的同時還可實(shí)現(xiàn)削峰填谷，提高配電網(wǎng)運(yùn)行可靠性。

分布式儲能具有空間分布散且容量小的特點(diǎn)，很難作為調(diào)度資源被電網(wǎng)直接使用[25]。為應(yīng)對未來大量儲能系統(tǒng)參與電力市場，下一步應(yīng)重點(diǎn)研究分布式儲能的聚合管理以及參與調(diào)峰調(diào)度的方式，挖掘需求側(cè)儲能在獲取利潤的同時參與電網(wǎng)運(yùn)行的能力。

2.3.2 后備電源

采用電化學(xué)儲能的移動式儲能因其快速響應(yīng)、易于安裝、不受地域限制、污染小等優(yōu)點(diǎn)在后備電源模式下廣泛應(yīng)用[26]，且電化學(xué)儲能可以實(shí)現(xiàn)毫秒級響應(yīng)，從空載至滿載的響應(yīng)時間僅為秒級。在應(yīng)對自然災(zāi)害及季節(jié)性負(fù)荷等問題時，移動式儲能可作為快速備用電源向負(fù)荷供應(yīng)電能，避免因停電造成的重大損失，這種應(yīng)用模式在重要負(fù)荷用戶，特別是醫(yī)藥、先進(jìn)電子制造、數(shù)據(jù)中心、化纖生產(chǎn)等行業(yè)得到應(yīng)用，效益亦顯而易見。為了最大程度減小停電時的負(fù)荷損失量，保障生產(chǎn)生活安全與經(jīng)濟(jì)財(cái)產(chǎn)，關(guān)于可移動儲能與電源的聯(lián)合運(yùn)行方法、分布式儲能資源匯聚技術(shù)[27]以及利用移動式儲能的災(zāi)后恢復(fù)策略[28]等成為研究熱點(diǎn)。

2.3.3 提高供電質(zhì)量

微電網(wǎng)中大量電力電子裝置的應(yīng)用使得其在運(yùn)行過程中不可避免地會產(chǎn)生電壓暫降、波形畸變、高次諧波注入、功率因數(shù)低等問題。通過在微電網(wǎng)及用戶側(cè)安裝儲能可以顯著提高供電質(zhì)量。同時，響應(yīng)速度快的儲能可使微電網(wǎng)在切換運(yùn)行模式的過程中平滑過渡，減小暫態(tài)沖擊[29]，在孤島運(yùn)行模式下保持電壓穩(wěn)定，其中微電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)無縫切換控制是難點(diǎn)。在發(fā)展智能電網(wǎng)的需求背景下，電動汽車、智能樓宇微電網(wǎng)等新興產(chǎn)業(yè)模式在未來將迅速發(fā)展。為減小新產(chǎn)業(yè)發(fā)展對供電質(zhì)量的影響，可以利用儲能系統(tǒng)和電動汽車的靈活性對樓宇微電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線進(jìn)行功率波動平抑[30]，或利用車網(wǎng)互聯(lián)技術(shù)實(shí)現(xiàn)電動車與電網(wǎng)之間雙向互動[31]，在節(jié)省充電成本的同時減少電網(wǎng)供電壓力，提升供電質(zhì)量。

微電網(wǎng)易受外界沖擊，故可能同時存在多類型的電能質(zhì)量問題[32]，但現(xiàn)有研究基本均針對單一特定問題提出相應(yīng)策略，未來應(yīng)重點(diǎn)研究集成化電能質(zhì)量治理技術(shù)，其核心為并網(wǎng)逆變器、電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器拓?fù)浼翱刂品绞降母倪M(jìn)，最終達(dá)到微電網(wǎng)多種電能質(zhì)量統(tǒng)籌治理的目的。

3 分布式儲能優(yōu)化配置

如前所述，分布式儲能在電力系統(tǒng)各層面都有其應(yīng)用模式，不同應(yīng)用模式下分布式儲能合理的功率、容量、位置選擇對配電網(wǎng)的安全性與經(jīng)濟(jì)性至關(guān)重要，在選址定容時還應(yīng)考慮分布式儲能之間的強(qiáng)耦合性。分布式儲能的配置本質(zhì)上是一個多目標(biāo)優(yōu)化問題，根據(jù)儲能不同應(yīng)用模式的需求選取適當(dāng)?shù)哪繕?biāo)函數(shù)，以系統(tǒng)及儲能的運(yùn)行特性作為約束條件，并選擇適當(dāng)?shù)乃惴▽?shù)學(xué)模型進(jìn)行求解。

3.1 數(shù)學(xué)模型

分布式儲能各應(yīng)用模式的優(yōu)化配置在數(shù)學(xué)模型方面因價值衡量方式的差異，其目標(biāo)函數(shù)、約束條件、變量維數(shù)也有所不同。考慮到目前儲能配置成本依舊高昂，各模式下的目標(biāo)函數(shù)大都考慮經(jīng)濟(jì)性因素，主要包括投資成本及運(yùn)維成本[33—36]。

在分布式儲能優(yōu)化配置中，除了考慮投資成本外，電源側(cè)的優(yōu)化目標(biāo)主要考慮電力綜合性能與波動指標(biāo)，如棄風(fēng)棄光率最小、平滑DG輸出功率的能力、發(fā)電效率、并網(wǎng)電壓質(zhì)量、預(yù)測誤差最小等。電網(wǎng)側(cè)主要綜合考慮技術(shù)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，如調(diào)峰調(diào)壓調(diào)頻能力、電網(wǎng)升級改造進(jìn)程、環(huán)境效益[37]、網(wǎng)絡(luò)擁堵程度、網(wǎng)損情況、新能源消納程度等。用戶及微電網(wǎng)側(cè)則主要考慮為用戶牟利的同時提高電能質(zhì)量，以控制聯(lián)絡(luò)線功率波動、減少電費(fèi)支出、提高供電可靠性、參與需求側(cè)響應(yīng)為主。為了大幅減小儲能系統(tǒng)建設(shè)成本，進(jìn)一步提高分布式儲能效益，在其規(guī)劃方法方面還可充分挖掘電網(wǎng)現(xiàn)有有效資源，綜合考慮用戶側(cè)各種可控資源，將蓄電池儲能、電動汽車集群、可平移負(fù)荷等設(shè)備均視為廣義儲能進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃[38]?；蛘吒鶕?jù)源荷的季節(jié)特性采用動態(tài)規(guī)劃方法，確保儲能在每個季節(jié)都能發(fā)揮優(yōu)勢[39]，提高分布式儲能利用率。還可以根據(jù)人工經(jīng)驗(yàn)、自然地理?xiàng)l件、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)等特點(diǎn)進(jìn)行預(yù)選址，減小優(yōu)化算法在搜索過程中的計(jì)算量，提高解的優(yōu)越性。

由于分布式儲能具有多方面的效益，建立更為全面精確的綜合效益數(shù)學(xué)模型將成為研究重點(diǎn)?，F(xiàn)有研究中的數(shù)學(xué)模型大都是包含經(jīng)濟(jì)效益與社會效益的多目標(biāo)優(yōu)化模型，但多目標(biāo)之間往往相互制約，必須分清主次，盡量使總體目標(biāo)函數(shù)最優(yōu)。為簡化多目標(biāo)問題的計(jì)算過程，多采用線性加權(quán)法[40]，或者在多個目標(biāo)函數(shù)中選擇一個進(jìn)行優(yōu)化，其余的目標(biāo)通過加限值的方式轉(zhuǎn)化成約束條件，最終化簡為單目標(biāo)優(yōu)化問題。然而，此類方法存在明顯缺點(diǎn)，如單目標(biāo)權(quán)值與目標(biāo)函數(shù)的界限難以確定、各目標(biāo)之間量綱不統(tǒng)一可能導(dǎo)致魯棒性差等。

3.2 求解算法

在儲能優(yōu)化配置的求解算法方面，根據(jù)所建數(shù)學(xué)模型特征可選用3類優(yōu)化算法：分析法、數(shù)學(xué)優(yōu)化方法和啟發(fā)式算法。分析法是指不使用特定優(yōu)化工具的方法，一般不考慮網(wǎng)絡(luò)與儲能運(yùn)行約束，僅從歷史負(fù)荷曲線或統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)人為進(jìn)行分析。例如根據(jù)風(fēng)電預(yù)測誤差、DG滲透率、斷電持續(xù)時間、歷史負(fù)荷及DG運(yùn)行數(shù)據(jù)[41]等人為分析出儲能的功率和容量。這種方法計(jì)算簡單但結(jié)果比較粗略，受主觀因素影響大，一般無法同時優(yōu)化選址與定容。數(shù)學(xué)優(yōu)化方法可有效找到模型的近似最優(yōu)解，但對數(shù)學(xué)模型的分類及要求比較高，根據(jù)數(shù)學(xué)模型的不同特征可使用線性規(guī)劃、二階錐規(guī)劃、動態(tài)規(guī)劃、隨機(jī)規(guī)劃、窮舉搜索等。在處理小規(guī)模單目標(biāo)問題時數(shù)學(xué)優(yōu)化方法簡單可靠，但這些數(shù)學(xué)優(yōu)化方法在面對日益復(fù)雜的工程優(yōu)化問題時往往束手無策。因此，遺傳算法、粒子群優(yōu)化算法、灰狼算法等啟發(fā)式算法由于效率高、建模簡單、普適性強(qiáng)的特點(diǎn)迅速發(fā)展，但啟發(fā)式算法普遍有落入局部最優(yōu)的風(fēng)險，對此類算法進(jìn)行改進(jìn)并使之在儲能優(yōu)化配置問題中有更好的收斂性與效率是目前的研究重點(diǎn)。如文獻(xiàn)[42]提出采用改進(jìn)的多目標(biāo)粒子群優(yōu)化算法求解微電網(wǎng)儲能配置的雙層規(guī)劃模型，通過最優(yōu)相似度確定動態(tài)權(quán)重系數(shù)，對某些粒子進(jìn)行交叉變異，在跳出局部最優(yōu)解的同時保證其收斂性，并采用動態(tài)更新保證Pareto解集的均勻性。

各類算法的復(fù)雜性與適用領(lǐng)域存在差異，應(yīng)針對特定問題設(shè)計(jì)相應(yīng)算法，對不同算法進(jìn)行取長補(bǔ)短、改進(jìn)優(yōu)化，使之能在解決特定問題時更好地平衡局部與全局的搜索能力。另外，在處理多目標(biāo)問題的算法中，收斂性的理論證明尚待研究，且常見偽有效解、計(jì)算量大、Pareto解集選取等問題也有待解決。下一步應(yīng)重點(diǎn)針對如何改善算法計(jì)算效率、實(shí)現(xiàn)高維目標(biāo)優(yōu)化、完善最優(yōu)解滿意度衡量指標(biāo)等方面進(jìn)行研究。

4 總結(jié)及展望

文中在分析分布式儲能技術(shù)發(fā)展現(xiàn)況的基礎(chǔ)上，詳細(xì)歸納了其在電力系統(tǒng)各側(cè)的應(yīng)用模式，并從數(shù)學(xué)模型及優(yōu)化求解算法兩方面研究對比了分布式儲能的優(yōu)化配置問題。結(jié)合儲能應(yīng)用配置中存在的一些問題，主要結(jié)論及展望如下。

在電源側(cè)，分布式儲能可改善DG輸出曲線、改善并網(wǎng)點(diǎn)電壓質(zhì)量、提高DG運(yùn)行效率等，在解決高滲透率DG并網(wǎng)問題中起關(guān)鍵性作用。隨著可再生能源配套儲能政策的進(jìn)一步落實(shí)，分布式儲能在電源側(cè)的應(yīng)用模式將會愈發(fā)普遍，為此應(yīng)在儲能能量實(shí)時管理、追蹤計(jì)劃出力、多類型儲能協(xié)調(diào)控制、超短期預(yù)測精度、并網(wǎng)逆變器結(jié)構(gòu)及控制策略等方面進(jìn)行深層次研究。

在電網(wǎng)側(cè)，分布式儲能主要用于參與系統(tǒng)調(diào)峰調(diào)頻、承擔(dān)事故安全響應(yīng)、提升新能源消納等。電網(wǎng)側(cè)儲能增強(qiáng)了系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力，有助于提升系統(tǒng)運(yùn)行可靠性和靈活性，在泛在電力物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)程中有十分重要的作用。未來仍須研究經(jīng)濟(jì)與社會效益相結(jié)合的分布式儲能規(guī)劃方案，建立更全面的電網(wǎng)側(cè)經(jīng)濟(jì)性評估體系，優(yōu)化分布式儲能參與統(tǒng)一調(diào)度管理方式，充分發(fā)揮分布式儲能在電網(wǎng)側(cè)的調(diào)節(jié)能力。

在用戶及微電網(wǎng)側(cè)，分布式儲能在提高供電可靠性、節(jié)省電費(fèi)支出、參與需求側(cè)響應(yīng)等方面發(fā)揮了重要作用，其中峰谷套利是吸引用戶投資的主要動力之一。目前用戶側(cè)儲能還存在市場機(jī)制不健全、統(tǒng)一管理困難、電能質(zhì)量治理難等問題，為此應(yīng)整合網(wǎng)絡(luò)中包括電動汽車、云儲能、負(fù)荷聚集商等在內(nèi)的儲能資源，對其進(jìn)行全局性控制并制定相關(guān)技術(shù)規(guī)范，提升分布式儲能運(yùn)行效率。未來隨著峰谷電價機(jī)制和儲能參與輔助服務(wù)補(bǔ)貼政策的進(jìn)一步完善，用戶側(cè)儲能將成為最有發(fā)展?jié)摿Φ念I(lǐng)域。

在實(shí)現(xiàn)一儲多用、發(fā)展儲能共享化的趨勢下，分布式儲能正朝著多元化功能、多時間尺度發(fā)展，所帶來的效益是多方面的。但現(xiàn)有關(guān)于儲能優(yōu)化配置的方法多是針對某一主體利益，用戶、DG投資商、電網(wǎng)公司之間的利益分配不合理，不利于分布式儲能發(fā)展。為此應(yīng)進(jìn)行分布式儲能價值衡量及利益劃分研究，完善市場交易及責(zé)任劃分機(jī)制。

在分布式儲能優(yōu)化配置過程中首先要滿足儲能的技術(shù)指標(biāo)要求，其次考慮經(jīng)濟(jì)性及社會效益。儲能優(yōu)化配置的數(shù)學(xué)模型越來越精確，其復(fù)雜度、目標(biāo)函數(shù)類型和數(shù)目都隨之增加。應(yīng)加強(qiáng)多目標(biāo)優(yōu)化算法改進(jìn)的研究，使之能夠解決特定多目標(biāo)優(yōu)化問題，更好地平衡各目標(biāo)函數(shù)之間的關(guān)系，從而得到滿意解，進(jìn)一步提高算法收斂速度與精度。