分布式儲能在新型能源系統(tǒng)中的應用分析

摘要：本文通過分析儲能的應用現(xiàn)狀和技術手段，梳理其在新型能源系統(tǒng)中起到的調節(jié)負荷時空分布、改善電能質量、降低用電成本等作用。研究發(fā)現(xiàn)，儲能技術在能源側、輸送側、用戶側的應用能夠改變傳統(tǒng)的能源利用格局。

關鍵詞：分布式；儲能；能源；應用

0引言

隨著社會的飛速發(fā)展，儲能技術受到越來越多的關注，它作為新型能源結構的重要組成部分，在很多領域都發(fā)揮著重要作用。例如：基地化的能源外送、巨大的能源消納能力、緩解電力供應不平衡、多樣化的低碳用能等。世界各國紛紛制定相應的扶持政策，積極推進能源運用方式轉型，以期占領新一輪技術和資源應用的制高點。

1儲能技術的應用現(xiàn)狀

儲能在能源應用中起到錯峰調頻、儲能備用、不同需求供應等作用，其本質是利用中間介質或者特殊設備進行能量儲存，并在必要的時候將其釋放出來，具體可分為機械儲能、氫儲能、重力儲能、電化學儲能、電磁儲能、熱儲能等。目前，新型電力系統(tǒng)的主要發(fā)展趨勢是建立零碳電力系統(tǒng)，該系統(tǒng)以風電、光電為主要電源，需要利用光儲直柔配電系統(tǒng)來解決風光發(fā)電建設中的空間和用電功率不匹配等問題。

分布式能源是將大量的電能、熱能分散布置在需求方的周圍，實現(xiàn)獨立或集中運作。和傳統(tǒng)的集中供給模式相比，這種方式更加靈活，能夠滿足用戶的不同需求。

1.1國外對儲能技術的應用

在國際市場中，發(fā)達國家很早就開始發(fā)展儲能產業(yè)，如今已建立起許多大規(guī)模的儲能項目。2001年，美國加利福尼亞州就開始鼓勵自主發(fā)電，對在新型能源應用中采用儲能技術的用戶給予高額的稅收抵扣，這些政策極大地提升了供電商和用電單位的儲能意愿。德國也很早就采用低利息和直接補貼的方法，促進儲能設備在新型能源中的應用，直接補貼的額度能達到初始成本的20%，這些政策推動了分布式光伏在普通家庭中的普及。英國、日本等國家更是采取了不同的財政稅收和補貼計劃，降低用戶的初始成本，促進儲能技術的不斷發(fā)展。

1.2國內對儲能技術的應用

2024年，政府工作報告中明確表示，要鼓勵大型風電光伏基地及電力外送通道的建設，推動分布式能源的開發(fā)利用，促進儲能發(fā)展。據統(tǒng)計，2022年各地區(qū)投運的儲能規(guī)模約870萬千瓦/1805萬千瓦時，具體分布如圖1。

隨著我國儲能技術的推廣和商業(yè)化應用模式的不斷發(fā)展，能源側配建儲能、輸送側獨立儲能、用戶側分散儲能等多元應用并存。然而，儲能技術在用戶側分布式能源的研發(fā)和應用正處于快速發(fā)展階段，國家對儲能技術在新型能源系統(tǒng)中的應用政策還未成體系，應用示范項目需要政府的持續(xù)跟進和用戶的及時反饋，投資者也需緊跟政府的政策引導，加大投資力度。

1.3新型能源系統(tǒng)的優(yōu)劣分析

新型能源系統(tǒng)可以集合風能、水能、太陽能等可再生資源，采用相匹配的裝置進行能源供給，滿足不同用戶的電、熱等需求。新型能源系統(tǒng)的優(yōu)點十分明顯。它分散性強、應用廣泛、操作便捷，能夠有效解決可再生能源的開發(fā)與需求位置分布不一致的問題。

分布式電力系統(tǒng)布設在用戶附近，降低傳輸電壓，減少在升壓、傳輸和降壓過程中的輸配電損失。經過多年的電網升級改造，我國目前的電力供應穩(wěn)定可靠，用戶用電基本不受自然條件的影響，很少出現(xiàn)斷電的情況，新型能源系統(tǒng)在國內經濟發(fā)達地區(qū)應用較少。因此，分布式儲能在國內具有廣泛的應用市場，可以在相關政策的支持下實現(xiàn)快速發(fā)展。

小規(guī)模分散式能源存在的問題是能源系統(tǒng)的投資成本較高，需要較長的回收期。例如，在國家的補貼政策下，分布式光伏才逐漸被廣大用戶接受，如果在光伏的基礎上加上儲能系統(tǒng)，則需要人員進行安裝和維護，將大幅增加經費支出、降低用戶黏度。

2儲能對新型能源系統(tǒng)的調配作用

當前分布式光伏系統(tǒng)呈現(xiàn)出單臺機組裝機容量小，但整體機組數(shù)額巨大的特點，眾多的小容量光伏通過累積，共同對大電網形成了沖擊。

為建成傳輸便捷、調配智能的電網，實現(xiàn)穩(wěn)定、安全的供電目標，需要配套相應的儲能設備對電網進行調節(jié)，可由新型能源系統(tǒng)直接調度，為電網提供錯峰、調頻、平滑出力、備用能源等多種服務。

儲能技術在新型能源系統(tǒng)中應用，能有效提高可再生能源的占比，平衡電力系統(tǒng)的峰谷差，解決電網系統(tǒng)發(fā)電側和用戶側波動大的問題，實現(xiàn)供給側和需求側的優(yōu)化管理。

儲能技術是改善電能質量、提高電網穩(wěn)定性和安全性、降低電網運行成本的關鍵技術。隨著儲能技術的飛速發(fā)展，儲能設備成本將快速下降，分布式儲能應用的經濟優(yōu)勢會越來越明顯。這將對傳統(tǒng)的供配電系統(tǒng)規(guī)劃、設計、施工、調度、控制，甚至對能源利用方式等帶來的變化。

3儲能在新型能源系統(tǒng)中的應用發(fā)展

隨著儲能技術的多元化發(fā)展，未來不同的應用場景和應用類型都將不斷涌現(xiàn)，各地可以因地制宜地采用合適的儲能技術。

3.1儲能技術的應用場景。

從新型能源的應用方式的角度而言，儲能技術應用可分為能量型應用和功率型應用，能量型應用（如能量轉移）對儲能設備的響應時間要求不高，但是對放電時長要求較高；功率型應用（如系統(tǒng)調頻）要求較快的響應時間，但對放電時間要求不高。

從新型能源應用的整體角度而言，儲能技術應用可分為能源側、輸送側和用戶側三個方面。能源側能量時移，大規(guī)模開發(fā)消納電力場景下，儲能可以發(fā)揮其自身的新能源消納能力，以及平滑的能源出力、調峰、調頻、調壓等能力。輸送側在偏遠地區(qū)等電網末端的場景下，新型儲能可以發(fā)揮保障電力不間斷供應、減少輸變電初期投資的作用。用戶側供電可靠性應急救援應用場景下，如高安全性的鋰離子電池、液流電池、固態(tài)鋰電池等高能量密度的儲能技術可以發(fā)揮其自身的優(yōu)勢，為能源的傳輸和儲存提供支持。

3.2儲能技術發(fā)展布局

隨著經濟的不斷發(fā)展，我國的電力需求將持續(xù)增長，總體增量會保持在4%至5%。同時，全國范圍內的用電需求不平衡，部分區(qū)域用電高峰時段存在用電緊張的情況，儲能技術可以在一定程度上代替?zhèn)鹘y(tǒng)火電電源，為系統(tǒng)提供可靠的電能容量，進行供電和提供備用電源，新型電力系統(tǒng)展望圖如下。

此外，隨著光伏裝機容量的增加，電網系統(tǒng)的特性會發(fā)生明顯的變化，部分地區(qū)將會出現(xiàn)發(fā)電高峰時的光伏發(fā)電消納問題。相關人員應結合建筑、交通、農業(yè)的發(fā)展，重新布局建設新型儲能設備，充分利用儲能技術解決新能源發(fā)電的消納問題。

在未來遠距離的風力發(fā)電中，大規(guī)模風電光伏發(fā)電基地的匯聚并網難度會變大，發(fā)電基地的開發(fā)和外送需要儲能技術的支撐。相關人員應充分發(fā)揮儲能技術的優(yōu)勢，實現(xiàn)能源消納、容量支撐、運行保障、長尺度能量轉移等。

4安科瑞Acrel-2000ES儲能能量管理系統(tǒng)解決方案

4.1概述

安科瑞Acrel-2000ES儲能能量管理系統(tǒng)具有完善的儲能監(jiān)控與管理功能，涵蓋了儲能系統(tǒng)設備(PCS、BMS、電表、消防、空調等)的詳細信息，實現(xiàn)了數(shù)據采集、數(shù)據處理、數(shù)據存儲、數(shù)據查詢與分析、可視化監(jiān)控、報警管理、統(tǒng)計報表等功能。在應用上支持能量調度，具備計劃曲線、削峰填谷、需量控制、備用電源等控制功能。系統(tǒng)對電池組性能進行實時監(jiān)測及歷史數(shù)據分析、根據分析結果采用智能化的分配策略對電池組進行充放電控制，優(yōu)化了電池性能，提高電池壽命。系統(tǒng)支持Windows操作系統(tǒng)，數(shù)據庫采用SQLServer。本系統(tǒng)既可以用于儲能一體柜，也可以用于儲能集裝箱，是專門用于儲能設備管理的一套軟件系統(tǒng)平臺。

4.2適用場合

系統(tǒng)可應用于城市、高速公路、工業(yè)園區(qū)、工商業(yè)區(qū)、居民區(qū)、智能建筑、海島、無電地區(qū)可再生能源系統(tǒng)監(jiān)控和能量管理需求。

工商業(yè)儲能四大應用場景

1）工廠與商場：工廠與商場用電習慣明顯，安裝儲能以進行削峰填谷、需量管理，能夠降低用電成本，并充當后備電源應急；

2）光儲充電站：光伏自發(fā)自用、供給電動車充電站能源，儲能平抑大功率充電站對于電網的沖擊；

3）微電網：微電網具備可并網或離網運行的靈活性，以工業(yè)園區(qū)微網、海島微網、偏遠地區(qū)微網為主，儲能起到平衡發(fā)電供應與用電負荷的作用；

4）新型應用場景：工商業(yè)儲能探索融合發(fā)展新場景，已出現(xiàn)在5G基站、換電重卡、港口岸電等眾多應用場景。

4.3系統(tǒng)結構

4.4系統(tǒng)功能

4.4.1實時監(jiān)測

微電網能量管理系統(tǒng)人機界面友好，應能夠以系統(tǒng)一次電氣圖的形式直觀顯示各電氣回路的運行狀態(tài)，實時監(jiān)測各回路電壓、電流、功率、功率因數(shù)等電參數(shù)信息，動態(tài)監(jiān)視各回路斷路器、隔離開關等合、分閘狀態(tài)及有關故障、告警等信號。其中，各子系統(tǒng)回路電參量主要有：三相電流、三相電壓、總有功功率、總無功功率、總功率因數(shù)、頻率和正向有功電能累計值；狀態(tài)參數(shù)主要有：開關狀態(tài)、斷路器故障脫扣告警等。

系統(tǒng)應可以對分布式電源、儲能系統(tǒng)進行發(fā)電管理，使管理人員實時掌握發(fā)電單元的出力信息、收益信息、儲能荷電狀態(tài)及發(fā)電單元與儲能單元運行功率設置等。

系統(tǒng)應可以對儲能系統(tǒng)進行狀態(tài)管理，能夠根據儲能系統(tǒng)的荷電狀態(tài)進行及時告警，并支持定期的電池維護。

微電網能量管理系統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)界面包括系統(tǒng)主界面，包含微電網光伏、風電、儲能、充電樁及總體負荷組成情況，包括收益信息、天氣信息、節(jié)能減排信息、功率信息、電量信息、電壓電流情況等。根據不同的需求，也可將充電，儲能及光伏系統(tǒng)信息進行顯示。

圖2系統(tǒng)主界面

子界面主要包括系統(tǒng)主接線圖、光伏信息、風電信息、儲能信息、充電樁信息、通訊狀況及一些統(tǒng)計列表等。

光伏界面

圖3光伏系統(tǒng)界面

本界面用來展示對光伏系統(tǒng)信息，主要包括逆變器直流側、交流側運行狀態(tài)監(jiān)測及報警、逆變器及電站發(fā)電量統(tǒng)計及分析、并網柜電力監(jiān)測及發(fā)電量統(tǒng)計、電站發(fā)電量年有效利用小時數(shù)統(tǒng)計、發(fā)電收益統(tǒng)計、碳減排統(tǒng)計、輻照度/風力/環(huán)境溫濕度監(jiān)測、發(fā)電功率模擬及效率分析；同時對系統(tǒng)的總功率、電壓電流及各個逆變器的運行數(shù)據進行展示。

儲能界面

圖4儲能系統(tǒng)界面

本界面主要用來展示本系統(tǒng)的儲能裝機容量、儲能當前充放電量、收益、SOC變化曲線以及電量變化曲線。

圖5儲能系統(tǒng)PCS參數(shù)設置界面

本界面主要用來展示對PCS的參數(shù)進行設置，包括開關機、運行模式、功率設定以及電壓、電流的限值。

圖6儲能系統(tǒng)BMS參數(shù)設置界面

本界面用來展示對BMS的參數(shù)進行設置，主要包括電芯電壓、溫度保護限值、電池組電壓、電流、溫度限值等。

圖7儲能系統(tǒng)PCS電網側數(shù)據界面

本界面用來展示對PCS電網側數(shù)據，主要包括相電壓、電流、功率、頻率、功率因數(shù)等。

圖8儲能系統(tǒng)PCS交流側數(shù)據界面

本界面用來展示對PCS交流側數(shù)據，主要包括相電壓、電流、功率、頻率、功率因數(shù)、溫度值等。同時針對交流側的異常信息進行告警。

圖9儲能系統(tǒng)PCS直流側數(shù)據界面

本界面用來展示對PCS直流側數(shù)據，主要包括電壓、電流、功率、電量等。同時針對直流側的異常信息進行告警。

圖10儲能系統(tǒng)PCS狀態(tài)界面

本界面用來展示對PCS狀態(tài)信息，主要包括通訊狀態(tài)、運行狀態(tài)、STS運行狀態(tài)及STS故障告警等。

圖11儲能電池狀態(tài)界面

本界面用來展示對BMS狀態(tài)信息，主要包括儲能電池的運行狀態(tài)、系統(tǒng)信息、數(shù)據信息以及告警信息等，同時展示當前儲能電池的SOC信息。

圖12儲能電池簇運行數(shù)據界面

本界面用來展示對電池簇信息，主要包括儲能各模組的電芯電壓與溫度，并展示當前電芯的電壓、溫度值及所對應的位置。

風電界面

圖13風電系統(tǒng)界面

本界面用來展示對風電系統(tǒng)信息，主要包括逆變控制一體機直流側、交流側運行狀態(tài)監(jiān)測及報警、逆變器及電站發(fā)電量統(tǒng)計及分析、電站發(fā)電量年有效利用小時數(shù)統(tǒng)計、發(fā)電收益統(tǒng)計、碳減排統(tǒng)計、風速/風力/環(huán)境溫濕度監(jiān)測、發(fā)電功率模擬及效率分析；同時對系統(tǒng)的總功率、電壓電流及各個逆變器的運行數(shù)據進行展示。

充電樁界面

圖14充電樁界面

本界面用來展示對充電樁系統(tǒng)信息，主要包括充電樁用電總功率、交直流充電樁的功率、電量、電量費用，變化曲線、各個充電樁的運行數(shù)據等。

視頻監(jiān)控界面

圖15微電網視頻監(jiān)控界面

本界面主要展示系統(tǒng)所接入的視頻畫面，且通過不同的配置，實現(xiàn)預覽、回放、管理與控制等。

4.4.2發(fā)電預測

系統(tǒng)應可以通過歷史發(fā)電數(shù)據、實測數(shù)據、未來天氣預測數(shù)據，對分布式發(fā)電進行短期、超短期發(fā)電功率預測，并展示合格率及誤差分析。根據功率預測可進行人工輸入或者自動生成發(fā)電計劃，便于用戶對該系統(tǒng)新能源發(fā)電的集中管控。

圖16光伏預測界面

4.4.3策略配置

系統(tǒng)應可以根據發(fā)電數(shù)據、儲能系統(tǒng)容量、負荷需求及分時電價信息，進行系統(tǒng)運行模式的設置及不同控制策略配置。如削峰填谷、周期計劃、需量控制、有序充電、動態(tài)擴容等。

圖17策略配置界面

4.4.4運行報表

應能查詢各子系統(tǒng)、回路或設備規(guī)定時間的運行參數(shù)，報表中顯示電參量信息應包括：各相電流、三相電壓、總功率因數(shù)、總有功功率、總無功功率、正向有功電能等。

圖18運行報表

4.4.5實時報警

應具有實時報警功能，系統(tǒng)能夠對各子系統(tǒng)中的逆變器、雙向變流器的啟動和關閉等遙信變位，及設備內部的保護動作或事故跳閘時應能發(fā)出告警，應能實時顯示告警事件或跳閘事件，包括保護事件名稱、保護動作時刻；并應能以彈窗、聲音、短信和電話等形式通知相關人員。

圖19實時告警

4.4.6歷史事件查詢

應能夠對遙信變位，保護動作、事故跳閘，以及電壓、電流、功率、功率因數(shù)、電芯溫度（鋰離子電池）、壓力（液流電池）、光照、風速、氣壓越限等事件記錄進行存儲和管理，方便用戶對系統(tǒng)事件和報警進行歷史追溯，查詢統(tǒng)計、事故分析。

圖20歷史事件查詢

4.4.7電能質量監(jiān)測

應可以對整個微電網系統(tǒng)的電能質量包括穩(wěn)態(tài)狀態(tài)和暫態(tài)狀態(tài)進行持續(xù)監(jiān)測，使管理人員實時掌握供電系統(tǒng)電能質量情況，以便及時發(fā)現(xiàn)和消除供電不穩(wěn)定因素。

1）在供電系統(tǒng)主界面上應能實時顯示各電能質量監(jiān)測點的監(jiān)測裝置通信狀態(tài)、各監(jiān)測點的A/B/C相電壓總畸變率、三相電壓不平衡度和正序/負序/零序電壓值、三相電流不平衡度和正序/負序/零序電流值；

2）諧波分析功能：系統(tǒng)應能實時顯示A/B/C三相電壓總諧波畸變率、A/B/C三相電流總諧波畸變率、奇次諧波電壓總畸變率、奇次諧波電流總畸變率、偶次諧波電壓總畸變率、偶次諧波電流總畸變率；應能以柱狀圖展示2-63次諧波電壓含有率、2-63次諧波電壓含有率、0.5～63.5次間諧波電壓含有率、0.5～63.5次間諧波電流含有率；

3）電壓波動與閃變：系統(tǒng)應能顯示A/B/C三相電壓波動值、A/B/C三相電壓短閃變值、A/B/C三相電壓長閃變值；應能提供A/B/C三相電壓波動曲線、短閃變曲線和長閃變曲線；應能顯示電壓偏差與頻率偏差；

4）功率與電能計量：系統(tǒng)應能顯示A/B/C三相有功功率、無功功率和視在功率；應能顯示三相總有功功率、總無功功率、總視在功率和總功率因素；應能提供有功負荷曲線，包括日有功負荷曲線（折線型）和年有功負荷曲線（折線型）；

5）電壓暫態(tài)監(jiān)測：在電能質量暫態(tài)事件如電壓暫升、電壓暫降、短時中斷發(fā)生時，系統(tǒng)應能產生告警，事件能以彈窗、閃爍、聲音、短信、電話等形式通知相關人員；系統(tǒng)應能查看相應暫態(tài)事件發(fā)生前后的波形。

6）電能質量數(shù)據統(tǒng)計：系統(tǒng)應能顯示1min統(tǒng)計整2h存儲的統(tǒng)計數(shù)據，包括均值、95%概率值、方均根值。

7）事件記錄查看功能：事件記錄應包含事件名稱、狀態(tài)（動作或返回）、波形號、越限值、故障持續(xù)時間、事件發(fā)生的時間。

圖21微電網系統(tǒng)電能質量界面

4.4.8遙控功能

應可以對整個微電網系統(tǒng)范圍內的設備進行遠程遙控操作。系統(tǒng)維護人員可以通過管理系統(tǒng)的主界面完成遙控操作，并遵循遙控預置、遙控返校、遙控執(zhí)行的操作順序，可以及時執(zhí)行調度系統(tǒng)或站內相應的操作命令。

圖22遙控功能

4.4.9曲線查詢

應可在曲線查詢界面，可以直接查看各電參量曲線，包括三相電流、三相電壓、有功功率、無功功率、功率因數(shù)、SOC、SOH、充放電量變化等曲線。

圖23曲線查詢

4.4.10統(tǒng)計報表

具備定時抄表匯總統(tǒng)計功能，用戶可以自由查詢自系統(tǒng)正常運行以來任意時間段內各配電節(jié)點的用電情況，即該節(jié)點進線用電量與各分支回路消耗電量的統(tǒng)計分析報表。對微電網與外部系統(tǒng)間電能量交換進行統(tǒng)計分析；對系統(tǒng)運行的節(jié)能、收益等分析；具備對微電網供電可靠性分析，包括年停電時間、年停電次數(shù)等分析；具備對并網型微電網的并網點進行電能質量分析。

圖24統(tǒng)計報表

4.4.11網絡拓撲圖

系統(tǒng)支持實時監(jiān)視接入系統(tǒng)的各設備的通信狀態(tài)，能夠完整的顯示整個系統(tǒng)網絡結構；可在線診斷設備通信狀態(tài)，發(fā)生網絡異常時能自動在界面上顯示故障設備或元件及其故障部位。

圖25微電網系統(tǒng)拓撲界面

本界面主要展示微電網系統(tǒng)拓撲，包括系統(tǒng)的組成內容、電網連接方式、斷路器、表計等信息。

4.4.12通信管理

可以對整個微電網系統(tǒng)范圍內的設備通信情況進行管理、控制、數(shù)據的實時監(jiān)測。系統(tǒng)維護人員可以通過管理系統(tǒng)的主程序右鍵打開通信管理程序，然后選擇通信控制啟動所有端口或某個端口，快速查看某設備的通信和數(shù)據情況。通信應支持ModbusRTU、ModbusTCP、CDT、IEC60870-5-101、IEC60870-5-103、IEC60870-5-104、MQTT等通信規(guī)約。

圖26通信管理

4.4.13用戶權限管理

應具備設置用戶權限管理功能。通過用戶權限管理能夠防止未經授權的操作（如遙控操作，運行參數(shù)修改等）?？梢远x不同級別用戶的登錄名、密碼及操作權限，為系統(tǒng)運行、維護、管理提供可靠的安全保障。

圖27用戶權限

4.4.14故障錄波

應可以在系統(tǒng)發(fā)生故障時，自動準確地記錄故障前、后過程的各相關電氣量的變化情況，通過對這些電氣量的分析、比較，對分析處理事故、判斷保護是否正確動作、提高電力系統(tǒng)安全運行水平有著重要作用。其中故障錄波共可記錄16條，每條錄波可觸發(fā)6段錄波，每次錄波可記錄故障前8個周波、故障后4個周波波形，總錄波時間共計46s。每個采樣點錄波至少包含12個模擬量、10個開關量波形。

圖28故障錄波

4.4.15事故追憶

可以自動記錄事故時刻前后一段時間的所有實時掃描數(shù)據，包括開關位置、保護動作狀態(tài)、遙測量等，形成事故分析的數(shù)據基礎。

用戶可自定義事故追憶的啟動事件，當每個事件發(fā)生時，存儲事故10個掃描周期及事故后10個掃描周期的有關點數(shù)據。啟動事件和監(jiān)視的數(shù)據點可由用戶規(guī)定和隨意修改。

圖29事故追憶

4.5系統(tǒng)硬件配置清單

5結論

儲能屬于新興產業(yè)，具有技術路線廣、應用場景多、創(chuàng)新速度快等特點。在當前能源市場中，相關人員應充分發(fā)揮市場競爭優(yōu)勢，建立完善的儲能體系，創(chuàng)新能源服務模式，最終建成全國范圍內的能源網絡系統(tǒng)，優(yōu)化能源配置、實現(xiàn)共享互補。

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