中國儲能網訊：5月24～26日，由工業(yè)和信息化部節(jié)能與綜合利用司與國家能源局能源節(jié)約和科技裝備司聯(lián)合指導，中國化學與物理電源行業(yè)協(xié)會主辦并聯(lián)合240余家機構共同支持的第十三屆中國國際儲能大會在杭州召開。
來自行業(yè)主管機構、國內外駐華機構、科研單位、電網企業(yè)、發(fā)電企業(yè)、系統(tǒng)集成商、金融機構等不同領域的1011余家產業(yè)鏈供應鏈企業(yè)，5417位嘉賓參加了本屆大會，其中245家企業(yè)展示了儲能產品，可謂盛裝出席，涵蓋系統(tǒng)集成、電芯、PCS、BMS、集裝箱、消防、檢測認證等新型儲能全產業(yè)鏈。
5月25日上午，國網湖北省電力有限公司電力科學研究院能源互聯(lián)網中心副主任凌在汛受邀在新型儲能系統(tǒng)集成解決方案專場分享了主題報告，報告題目為《推動儲能自主運行技術創(chuàng)新，提高儲能利用效率》。以下是報告主要內容：
凌在汛：大家上午好！
這張圖，這兩天行業(yè)很多專家也提到過，根據(jù)中電聯(lián)新能源配儲能運行情況調研報告顯示，新能源配儲8.10%，火電配儲15.30%，電網配儲14.8%，用戶儲能28.30%，平均值12.20%。造成這個問題幾大點，一是儲能電站的調用頻次低、利用率低；儲能參與電力輔助服務市場積極性不高；新能源配儲投資意愿低下，也是這兩年發(fā)生新能源配儲導致劣幣驅逐良幣的突出問題。最近能源局也在說新能源配儲的“配而不調”這個問題比較突出。
根本原因，我們想有以下幾大點：安全問題仍然困擾，安全問題一直沒有得到有效的解決；調控運行手段仍然單一，運行的策略其實也不是太靈活。市場機制仍未成熟，我們目前的整個電力市場，包括輔助服務市場的交易品種也是在一個發(fā)展的過程當中。
我主題聚焦的點是調控運行的手段，細分下來一是有限的資源難以應對隨機的需求，我們儲能本身是有一個荷電量限制的，即儲能充放電功率、儲能充放電的電量。以去年湖北應用的很多臺區(qū)重過載治理案例為例，湖北去年裝了幾十臺針對配電臺區(qū)的儲能，來解決它的間歇性重過載。這個重過載一般是發(fā)生在夏季，大家也都知道去年武漢持續(xù)高溫天氣40多天，也就是說在大量時間里間歇性重過載演變成了長時的重過載。在這種情況下，我們的儲能基本上沒有充電的機會，因為負荷率一直很高。一般是設置到負載率降到50%時開始充電，但實際負載率一直在70%、80%以上。一旦充電，反而會增加負載率，所以這也是非常尷尬的局面。
二是運行的模式比較單一，就像一些工商業(yè)儲能用的比較火，我們仍然采用低谷電和平電電價去充電，峰電價和尖峰電價去放電，這種模式。因為用戶的負荷不是一成不變的，如果用戶負荷發(fā)生波動的話，假設我們的尖峰電或者峰電用電量不足以消納谷電的充電電量，這種時候如何控制運行。按照我們原來的計劃運行的方式，肯定會進一步降低整個儲能投資的回報率。
三是儲能資源分散，集中調控的難度比較大。包括國家電網、南網對于儲能電站的調控，技術上還是不斷的探索和進步。一個儲能電站50兆瓦、100兆瓦時，按理說應該是儲能電站里比較中大規(guī)模的電站，但其實對整個調度去用它調峰調頻來說，這個規(guī)模也不是很大。如果太多的話，我還需要考慮儲能的放電電量、充放電電量，2個小時充放電就搞完了，其實我們的調峰時間一般持續(xù)的時間可能會在3個小時、4個小時，長的時候可能會有8個小時這樣的調峰時間。
四是儲能的調節(jié)能力也沒有得到有效的利用，我們的儲能調節(jié)能力包括是PCS四象限運行能力以及電池存儲的調節(jié)電量。我們現(xiàn)在主要還是用在調峰調頻這種有功的調節(jié)。對于無功調整這一塊用的比較少，像調壓這些雖然目前調度上也有一些應用，但大家不是太關注。我們儲能是解決電的問題，電里面的調壓調頻調相，包括電壓的治理、三相不平衡、電壓諧波等這些問題都可以通過儲能去解決。也就是當儲能充放電放完了之后，這段時間是不是可以去發(fā)揮它的一些剩余價值支撐電壓運行，這個也是我們需要探討的。
破局之道可能有幾大塊：一是豐富儲能變流的控制策略，這也是目前學術領域在不斷發(fā)展的，我們現(xiàn)在從跟網型到虛擬同步、VF、電壓源、構網型這些控制策略不斷的完善。二是引入人工智能優(yōu)化調控策略，今天很多專家在提儲能的控制運行，本身儲能是有限的荷電資源，怎么支撐隨機波動的技術經濟需求，這需要通過我們的人工智能策略對整個需求進行預測預判。三是根據(jù)場景的需求設計自主運行模式，這里剛才江總也提出了，儲能其實有很多應用領域，我們也在思考針對儲能不同的支撐特性、支撐需求，我們電力系統(tǒng)的各種問題，我們可以開發(fā)特定性細分的儲能產品，這些儲能產品不像我們現(xiàn)在一建就是一個站，或者一個工商業(yè)儲能的幾個儲能單元，它其實是可以滿足特定調節(jié)需求的儲能產品，這樣的話可以豐富我們儲能的產線。四是深化儲能的應用，豐富交易電品種，這是現(xiàn)貨市場交易，包括輔助服務這一塊需要進一步展開的工作。
2.設備級控制策略
儲能的設備控制策略，最早的就是PQ控制，電流源型，通過PLL鎖相環(huán)對電網電壓進行鎖相，并通過控制儲能變流輸出的電流及并網點電壓之間相位實現(xiàn)PQ功率控制，這是我們現(xiàn)在應用最成熟，也是最廣泛的一種控制策略。
電壓頻率VF控制策略，這個一般是用在工商業(yè)儲能備電，或者是一些獨立電網里，它具有并聯(lián)網切換需求，通過儲能變流器輸出相位，產生自身的電壓和相位，可以為孤島模式運行的微電網提供電壓和頻率支撐，并具有一定的負荷跟隨特性。
下垂的控制策略，這也是給獨立供電應用的，它可以模擬傳統(tǒng)電力系統(tǒng)中同步發(fā)電機下垂外特性，儲能變流器輸出有功功率和頻率之間，以及無功功率和電壓幅值之間呈線性關系。
構網控制策略，這是目前研究比較熱門的一種控制策略。它除了應用在儲能領域，也可以應用在一些新能源的風機、光伏的逆變器，包括今天上午大會里也提到過的飛輪儲能變流器控制，都可以用構網型控制。它的核心是由虛擬同步技術發(fā)展而來，它可以模擬同步發(fā)電機的勵磁特性和功角特性，適當提升主回路的過流能力，使之具備對系統(tǒng)擾動實時自主響應能力，并具備同步機的慣量、阻尼以及反電勢穩(wěn)定能力，電壓頻率有偏差時對它進行控制響應。它是實時采樣，一旦采樣有偏差，頻率發(fā)生了變化，或者電壓發(fā)生了波動，就可以實時響應，它的響應速度會更快。這樣對于新型電力系統(tǒng)新能源高比例接入之后帶來的一些安全穩(wěn)定問題，轉動慣量下降的問題，它就是很好的解決方案，這也是我們最近呼吁大家可以重點關注的一個技術領域。
除了剛才說的構網控制之外，我們也可以引入一些針對電網的特定問題，像電壓不平衡的問題、諧波的問題、電壓偏差的問題，這些問題引入新的控制環(huán)、控制策略，使我們儲能除了充放電調節(jié)之外，可以具備更多的靈活調節(jié)支撐特性。
3.系統(tǒng)級控制策略
對于系統(tǒng)級控制策略，我們目前調度這邊根據(jù)調度規(guī)程里規(guī)定的幾種模式，包括常用的調峰模式、調頻模式、調壓模式、定時模式，這是目前常用的幾種模式。但我們往下走，這幾種模式是不是夠的，如果當儲能電站沒有接受到調度指令時，儲能電站是不是可以自主響應一些控制需求，根據(jù)電網實際的運行問題去輸出一些有功、無功，或者特定性調節(jié)的支撐，去提升整個儲能電站運行的效率，提高儲能電站運行利用率，這是我們思考的一個重要方面。
運行的目標可以圍繞這幾大點，電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定，這是最主要的；二是電力系統(tǒng)的清潔低碳，以儲能調節(jié)提升新能源的消納水平；三是系統(tǒng)和用戶的經濟最優(yōu)，主要應用于工商業(yè)側，或者火儲儲調頻，獨立儲能電站，參與現(xiàn)貨市場這種方式。具體的應用領域方面，我們也根據(jù)目前研究的成果歸納幾個方面：
電源側的應用，分為火儲聯(lián)合經濟運行，這里包含了聯(lián)合調頻，也是我們目前用的最廣泛的。無功的服務，因為儲能本身可以調節(jié)無功，可以給發(fā)電機組進相能力提供一定支撐，或者發(fā)電機組功角穩(wěn)定性提供一定支持。再是發(fā)電的調整，通過火儲聯(lián)合運行，目前火電深度調峰是最近做得比較多的，深度調峰的時候火電本身是運行在非常不經濟的一種模式，可能運行的功率只有30%、40%不到，這樣的話整個煤的燃燒效率是很低的。在這種時候，我們的儲能能提供一定的功率支撐，這樣的話讓火電機組可以把它運行的點往上提，從40%提到45%，提到50%，這樣的話會提升煤耗的經濟性。從全生命周期來說，會進一步提升儲能電站的投資回報收益時間。
新能源運行優(yōu)化，一個是聯(lián)合調頻，新能源儲能聯(lián)合調頻；無功及潮流調節(jié)，很多電站距離儲電網比較遠的，新能源送出需要一定電壓支撐，新能源場站運行，我們是希望有功功率最大化輸出。如果是我們占用它自身的無功功率支撐電壓的話，這樣必然會導致新能源有功功率的下降，這時候就可以通過儲能調節(jié)系統(tǒng)的潮流，支撐新能源最大送出。平滑出力和聯(lián)合消納，大家也都比較了解。還有是新能源運行里面臨的關鍵問題，像暫、穩(wěn)態(tài)電壓穩(wěn)定支撐，調度這邊對新能源電站高電壓穿越、低電壓穿越都是有嚴格的要求，因為我們新能源場站大部分都是電流源型，對于電壓穩(wěn)定性需求是比較高的。當系統(tǒng)電壓發(fā)生波動震蕩時很容易造成新能源場站的脫網。這種時候把電壓型儲能投上去，可以一定程度上提升整個系統(tǒng)電壓穩(wěn)定的能力，也進一步提升新能源場站的運行效果。再就是諧波電壓抑制，剛才說了可以通過把儲能PCS控制策略里增加諧波電壓抑制化，這樣可以在源頭上消除新能源場站帶來的諧波困擾的問題。最后是振蕩抑制，可以通過儲能虛擬同步控制，讓它對系統(tǒng)產生一個阻尼。與電源聯(lián)合參與現(xiàn)貨交易，主要是低谷電價時消納電能、高峰電價時釋放電能，這一塊還是根據(jù)電力市場火儲聯(lián)合、新能源配儲這種模式下，怎么去靈活參與電力市場。
電網側調節(jié)應用，我們歸納了四大塊：一是孤網獨立運行，像新疆、西藏這些地區(qū)用的比較多，因為那個地方本身無人區(qū)比較多，電網比較薄弱，獨立電網建設需求比較旺盛，這里可以用構網型儲能電站支撐獨立電網的穩(wěn)定運行。二是區(qū)域電網運行調節(jié)，這是目前規(guī)?；瘓稣居玫淖疃嗟模饕钦{峰調頻調壓黑啟動。三是區(qū)域電網暫穩(wěn)定穩(wěn)定支撐，又分為電壓穩(wěn)定、頻率的穩(wěn)定、功角的穩(wěn)定，儲能都可以實現(xiàn)的。我們目前用的最多是頻率的穩(wěn)定，其實通過電壓源型儲能，可以對系統(tǒng)電壓進行一定支撐。四是臺區(qū)治理，這是一個比較細分的領域，這邊也給了一些圖，像臺區(qū)的重過載，三相不平衡，末端高低電壓治理，現(xiàn)在很多農網里也產生了一些，尤其中西部山區(qū)因為供電半徑比較長，造成了用電的低電壓問題，還有新能源接入之后帶來的間歇性高電壓問題。電壓的波動抑制，這個在整縣光伏推進時也是遇到比較多的，這種情況下會導致我們10千伏配電網電壓發(fā)生頻繁的波動，也會一定程度上影響電力用戶可靠用電。
負荷側的應用，目前有幾大塊：一是大用戶經濟運行，這里做的比較多的是容需量控制、峰谷套利。容需量控制需要一定智能算法，再是力調電費控制、需求響應、電力現(xiàn)貨交易、負荷管理。二是電能質量治理，這一塊對于用戶側其實是發(fā)展比較早的，像常用的DVR電壓暫降治理裝置也是基于儲能裝置的。三相不平衡及諧波抑制，剛才也講過。三是居民儲能，這個主要是一些別墅區(qū)，國外用的比較多。四是移動電源的應用，我們電力公司用的比較多的，像一些野外的作業(yè)用電，可能需要電鋸電鉆，功率不是很大，幾個千瓦，通過移動電源去解決原來需要拉線的用電需求。還有私人定制化，今天展會我看也有很多移動的充電寶，包括移動的露營式電源應用。
4.應用實踐
最后介紹一下我們湖北公司在儲能自主運行領域做的幾個比較有意思的案例。
剛才說的農網末端低電壓治理，這個在湖北地區(qū)，還有中西部山區(qū)其實用的比較普遍，我們國家從“十一五”、“十二五”基本上實現(xiàn)了村村通、戶戶通的用電工程，我們那時候建的山區(qū)的農網來說都是滿足居民照明，看電視，或者吹風扇這種基本的用電需求?，F(xiàn)在隨著居民收入水平不斷提升，像一些山區(qū)里很多居民也用上了空調、熱水器，包括電飯煲這種大功率用電電器。在這種情況下，我們原來建的電網無法滿足它的用電需求，平時不用電的時候，大家可以看到黑色那張圖片，不用電的時候它的電壓是很高的，大概在230、240，甚至有時候能飆到250。一旦用電，它馬上把這個電壓拉下去。我們遇到比較極端的有可能把電壓拉到八九十伏，也就是說居民根本用不了電，在這種情況下。買的一些空調就變成了一個擺設。我們當時碰到一個農戶，八年前買了一個空調，買完之后用不了，電壓直接垮，在那邊閑置了八年時間。因為這個事情，雖然國家電網公司每年在農網里建設投入有100多億專項資金去進行農網的改造，但其實遠遠跟不上現(xiàn)在生活水平的發(fā)展需求。所以我們在這個背景下做了一些微儲能，搞幾個千瓦、幾度電的小儲能。因為這個用電是間歇性用電，不是持續(xù)性的用電。當電壓比較高的時候，我們就用儲能把電存儲下來。當電壓比較低的時候，就把電量放出去，這種電壓問題原來也有一些解決措施，像調壓器，無功補償器，但像農網末端所面臨的問題并不是無功缺口的問題。更多是線徑太長了，線路阻抗太大了，功率根本送不過去的問題。當時我們就做了有功補償微儲能裝置，也取得了很好的應用效果。
大家可以看到我這邊截圖，中間有一個湖北省的地圖，黃色的點正在運行的儲能裝置。當然前面說了儲能裝置電量是有限的，只有幾度電，如果是10戶一起做飯用電呢，這其實就是我們去年也碰到的問題，原來是間歇性電壓，現(xiàn)在變成長時低電壓。我們原來控制策略，很快就已經把電量放完了，放完之后大家還是用不了電，居民還是投訴。這種時候我們該怎么做，去年下半年就做了兩方面工作：一個是根據(jù)系統(tǒng)的實時阻抗狀態(tài)和有功功率、無功功率運行情況，我們做一個實時最優(yōu)的功率調節(jié)算法放到儲能裝置里，也就是不止是一個有功的功率控制，還要把無功引入進去進行聯(lián)合控制，使得系統(tǒng)對于用戶來說有更多功率資源從電網流過去。二是應用深度強化學習的算法，調節(jié)系統(tǒng)支撐的定值，讓儲能裝置能在合適的電壓時進行充電，合適的電壓進行放電補償。
這是去年春節(jié)期間取得了很好的應用效果，基本上實現(xiàn)了低電壓問題百分之百的補償。
構網型儲能電站，我們湖北公司去年年底投運了全國第一座規(guī)模化的構網型儲能電站。這個儲能電站是建在11萬變電站之下的電網側儲能電站，我們也把里面幾個單元拉出去單獨接在22萬變電站10千伏母線的饋線上，這個10千伏饋線對我們來說就是一個配網側的儲能電站，我們可以探討構網型基礎在主網上和配網上分別有哪些支撐效果和支撐作用。
這是我們一些實驗的效果，主網里通過對各種故障的模擬，構網型儲能可以對系統(tǒng)提供非常好的電壓、頻率暫動態(tài)支撐，包括一次調頻、慣量、阻尼，可以對電壓的階躍、單/三相故障、相角階躍、低頻振蕩都有很好的支撐效果。
在配網側我們也做了兩個實際的系統(tǒng)驗證，像應用1就是剛才說的，在10千伏線上有大量分布式電源接入，甚至大量的沖擊性負荷，例如電動汽車的充電，或者工廠的沖擊負荷用電，導致我們系統(tǒng)電壓發(fā)生頻繁的波動。在這種情況下，我們把構網儲能投進去，設定合適的電壓運行范圍。大家可以看到左下角這張圖，藍色線是構網型儲能不投入時系統(tǒng)電壓波動情況，可以從10.15千伏到10.5千伏范圍之內，頻繁大范圍波動。當構網型儲能投入之后，不需要遠程下指令，它可以自動輸出紫色無功功率線，這時候它不消耗電量，它把整個系統(tǒng)電壓抑制在黃色線里，黃色線里電壓偏差從10.3千伏到10.35千伏，500V范圍內波動，這樣可以很好為用戶提供電壓質量。
電壓暫降的例子，對于配網來說基本上沒有頻率問題，頻率穩(wěn)定性在配網里相對較好，主要都是電壓的穩(wěn)定性問題。之前一些高新技術企業(yè)，包括芯片生產等，對電壓的暫降抑制有迫切需求，我們在配網儲能開展了一個實驗，我們做了一個實際的系統(tǒng)沖擊。大家可以看到右上角那張圖的綠色線，構網型儲能不投入的時候，瞬時沖擊電流峰值達到1265安，這是10千伏上，也就是瞬時10萬左右的負荷擾動。下面綠色線，在短時沖擊的時候，把系統(tǒng)電壓從10.5kA，直接拉到8.15kA，當時我們在現(xiàn)場做實驗時明顯能感到燈都閃了一下，當時周邊大用戶一些敏感負荷如果這時候還在運行的話肯定停了。當然我們做實驗是在春節(jié)期間，大用戶都已經放假了，這個還好。后來我們又把構網型儲能投入，投入之后當系統(tǒng)電壓發(fā)生突降，它可以瞬時支撐一個無功功率，這個不需要我控制的，如果在現(xiàn)有跟網運行模式下，我還要去結算它的電壓偏差有多少，根據(jù)這個電壓偏差再放出輸出無功功率有多少，這是根本來不及的。對于構網型來說可以很好直接去響應，大家可以看到紅色線電流沖擊從1265降到155A，電壓降落從8.15kV降到10.36kV，變成小擾動，大家根本感覺不到的。構網型儲能，在工商業(yè)儲能里應用時，大家可以開發(fā)一個構網型儲能應用方式，對于高新技術企業(yè)有電壓暫降需求的企業(yè)，我們配套一個工商業(yè)儲能產品，平時可以充放電峰谷套利，在有電壓支撐需求時還可以支撐電壓，這樣的話對于用戶是一個多贏的解決方案。
針對工商業(yè)側，剛才也說的比較多了，除了峰谷電、平電、去充電、尖峰電、放電的計劃性運行方式，如果是我們想獲得更短的收益周期，那該怎么辦呢，我們就需要引入智能的算法，對用戶第二天不同時段用電電量進行實時預測，包括對整個全年需量，整個月需量進行預測。預測之后可以進行定制化算法提升，調整儲能運行的控制方式。這里我們也是做了一個案例，針對湖北某一個新能源材料廠，它的電壓等級是10千伏接入，合同容量4.5MVA，根據(jù)電網公司的用采數(shù)據(jù)，對它全年負荷進行了分析，包括負荷特征，每一天工作日、非工作日、節(jié)假日，負荷特征進行了聚類，這樣可以得到比較準確的電量預測結果。然后我們把控制策略從原來計劃運行，調整成策略1、策略2、策略3、策略4，這里Q尖和Q高是不同時段的電量。不同時段電量，不同運行方式，我們都給它不同的控制方法，這樣的話可以對它的電度電費和容量電費進行優(yōu)化的調整。
右下角藍色線是優(yōu)化前的電度電費，紅色是優(yōu)化后的電度電費。容需量電費在整個成本節(jié)支上大概在5%左右，當然這也和用戶負荷特征有關系。這里我們分了中負荷日、高負荷日、低負荷日，不同的負荷特點對它的控制策略進行具體的控制調整。
這樣我們可以得出，從更廣泛應用角度來說，我們可以根據(jù)電力用采數(shù)據(jù)，把一些工商業(yè)用戶適合配儲能的用戶直接篩出來，把用戶特征明確出來。我們針對一個用戶該配多少，可以通過這種方式來放出來。最右下角這張圖，大家看到這個斜率，投資的效率，斜率越高，投資效率越高，不同用戶配到多大儲能容量，根據(jù)斜率來算。頂點是投資的上限，如果在頂點前半段不斷增加電池的容量，投資回報還是可以收的回來。如果超過頂點的話，已經超過了投資回報的合理周期。我們下一步也是依托電力的大量用戶數(shù)據(jù)，開發(fā)數(shù)據(jù)產品，并在湖北省能源大數(shù)據(jù)中心里開發(fā)上線，到時候可以和各位儲能廠家進行合作。
今天我的匯報到此結束，感謝大家的聆聽！
