中國儲能網訊：5月24-26日，由中國化學與物理電源行業(yè)協(xié)會主辦，200余家機構共同支持的第十一屆中國國際儲能大會在杭州洲際酒店召開。本次大會主題是“堅守儲能安全底線，推動產業(yè)創(chuàng)新發(fā)展”。
在5月25日上午的“ 儲能系統(tǒng)集成”專場，國網湖南省電力用戶側分布式儲能裝置研究及應用有限公司電力科學研究院配網技術中心首席工程師萬代博士分享了主題報告《用戶側分布式儲能裝置研究及應用》。經演講人本人授權同意，小編整理了演講速記，并將速記內容分享如下：
萬代：各位領導、專家，上午好！非常感謝大會提供這樣好的機會，我也很榮幸向各位匯報我們的成果和思路。
今天我匯報的題目是《用戶側分布式儲能裝置研究及應用》，匯報一共分四部分，第一部分是背景與現(xiàn)狀，在這里，我首先向大家匯報一下，我們團隊是屬于電網側配電專業(yè)背景，所以我們考慮相關問題的思路主要是集中在配電網的專業(yè)角度，從電網的需求出發(fā)的，對于電化學儲能以及電池行業(yè)等方面的考慮，難免有所不足，請各位專家指正。
隨著國家配電網建設改造行動等一系列戰(zhàn)略措施的落地，湖南配電網的建設取得了長遠的發(fā)展和進步，這些首先是值得肯定的。然而隨著負荷的快速增長以及分布式電源、電動汽車等分布式資源的大量接入，使配電網建設和運行依然面臨兩大主要矛盾：一是用戶負荷迅速增長及湖南特殊負荷特性與高效精準投資方面的矛盾，二是分布式資源大量接入，與配電網安全、優(yōu)質供電之間的矛盾。
以湖南為例，以及湖南旁邊的江西、貴州等區(qū)域，其實都存在比較類似的情況，它們在地理位置以及氣候環(huán)境上都存在一定特殊性。比如對湖南來說，山區(qū)占據了全省范圍70%以上的地域，對于氣候環(huán)境方面，屬于冬冷夏熱的氣候特征，2008年的凍雨冰災還歷歷在目。因此，不同季節(jié)的負荷波動水平非常劇烈，負荷峰谷差位居國網公司前列。同時，湖南還是外出務工的大省，電網負荷水平受到重要節(jié)假日引起的人口遷移影響十分明顯，一般情況下，湖南大部分農村青年勞動力很多都是在廣東等周邊發(fā)達省份打工，平時村里的用電負荷不高，但是一到過年的時候，所有務工人員全部返鄉(xiāng)，負荷增長非常明顯。
這是我們2020年對全省的配電變壓器過載現(xiàn)狀進行的分析，我們發(fā)現(xiàn)有76%的配變過載集中在春節(jié)前后，而這些配變平均一年的重過載天數(shù)僅僅也只有7.75天，平均重過載時長只有62.9個小時。因此，對于湖南來說，重過載與輕載并存的現(xiàn)象非常突出。此外，我們對低電壓臺區(qū)的情況也進行了分析，發(fā)現(xiàn)短時性低電壓占比達52.81%，僅1月、2月和8月兩負荷高峰期間發(fā)生的低電壓占比就達到了69.41%。由此，我們可以得到結論，大部分的重過載低電壓臺區(qū)是屬于季節(jié)性、短時性或隨機性的問題。
對于這種特征的重過載低電壓臺區(qū)，我們傳統(tǒng)的解決方案是通過網改進行配變的增容補點，延伸10kV線路，但是這種傳統(tǒng)的網改方式是存在一些問題的，比如說有一定固有的建設周期、審批周期。剛才我們也介紹了，湖南山區(qū)很多，而大部分的低電壓、重過載問題，在春節(jié)這些短時期內基本是在山區(qū)發(fā)生的，往往一座山上，可能只有不到10戶人家，而我們延伸10千伏線路要從山腳延伸到山上去，施工難度以及施工周期都是非常大的，所耗費的資金以及安全管理都存在很大的困難。最終的結果就是說我們可能花費了非常大的代價，僅解決了一個配電臺區(qū)不到一個禮拜的重過載低電壓問題。因此，如何經濟高效的解決季節(jié)性、短時性、隨時性的重過載低電壓問題，是值得我們思考的。
同時，隨著國家層面提出碳達峰、碳中和戰(zhàn)略發(fā)展目標，對于分布式能源、電動汽車充電設施的建設步伐逐步加快。近幾年，電動汽車的數(shù)量呈爆發(fā)式增長，研究表明，在電動汽車滲透率比較高的情況下，快充負荷將對配電網的安全運行造成嚴重的影響，這是我們亟待解決的問題。
而儲能技術和物聯(lián)網技術的發(fā)展，為我們解決這兩個矛盾提出了一個新的思路，下面我們來介紹解決方案。第一，是我們剛才提到的配網側分布式儲能技術。總體思路如下，它主要是利用分布式儲能靈活機動、響應迅速的特性，通過在配電臺區(qū)380V的主線并聯(lián)接入儲能裝置，通過實時監(jiān)控臺區(qū)以及用戶側的負荷、電流、電壓等相關的負荷數(shù)據，在系統(tǒng)有需要的進行實時就地的功率補充，以此解決相應的重過載問題。解決低電壓的問題，一般來說用戶低電壓是出現(xiàn)在臺區(qū)的末端，也就是380V主線后端位置，在這種情況下，我們會將儲能裝置并聯(lián)接入末端集中低電壓用戶群前面一點點的位置，通過監(jiān)測接入點的電壓、電流等相關數(shù)據，進行就地補充，以此減少主線上因為大負荷電流所產生的壓降，以此來解決負荷側的低電壓問題，這點對于山區(qū)用戶是非常有效的。
下面，我們來介紹配網分布式儲能技術所涉及到的兩方面關鍵技術。為了實現(xiàn)分布式儲能技術在配網側的應用，我們現(xiàn)在需要重點攻克兩個方面的重點技術：一是儲能電池單元及管理單元的標準化、模塊化集成技術。為了發(fā)揮配網側儲能靈活機動的特點，需要對各功能單元進行模塊化、標準化和即插即用設計。根據現(xiàn)場應用需求，靈活拆解電池單元，打造配網移動式充電寶。二是攻克智能化充放電策略。結合臺區(qū)歷史負荷、用戶畫像分類、區(qū)域氣候特征、上級電源需求和規(guī)劃設計等一系列的強相關信息，建立臺區(qū)負荷的AI智能訓練模型。對不同的臺區(qū)輸出差異化控制策略，從而實現(xiàn)儲能充放電效率與配網需求的最大適配。
以我們去年開發(fā)出來的30kWh配置的裝置為例，我們看一下它的結構。這是電池箱，電池是采用了4個76.8V/120Ah模組，重量是360千克，額定電壓是307.2V，實際額定電量是36.86KWh，每個儲能模組主要是由磷酸鐵鋰電芯以24串一并的方式構成，含有一個從控BMU，是柜式布置。
下面，介紹第二個關鍵技術，基于邊緣智能的協(xié)調控制技術?？傮w思路如下，我們以配網分布式儲能技術為基礎，利用臺區(qū)側智能終端設備的邊緣計算能力，通過與配網儲能裝置、電動汽車充電樁、分布式電源的實時交互及協(xié)調控制，實現(xiàn)臺區(qū)側多類型電源及負荷的就地平衡。同時，按照國網公司云、管、邊、端的配電物聯(lián)網總體架構，臺區(qū)智能終端將數(shù)據進一步上送至省級配電信息主站及配電網數(shù)據共享中心，通過多個終端與云主站的“云邊協(xié)同”，還可以進一步實現(xiàn)區(qū)域級甚至網絡級的能源優(yōu)化及管理。以上是對于虛擬電廠的實現(xiàn)。
基于邊緣智能的協(xié)調控制技術，主要涉及到兩個技術：一是配電物聯(lián)網技術。一方面，臺區(qū)智能終端需要與臺區(qū)側儲能控制單元、充電樁控制單元、低壓智能斷路器等“端設備”進行實時交互，實現(xiàn)臺區(qū)內部能源的優(yōu)化控制；另一方面，多個臺區(qū)智能終端之間以及智能終端與云主站之間需要進行實時交互，實現(xiàn)整個配電網絡的能源優(yōu)化。因此，需要構建一個傳輸實時可靠、交互高效協(xié)同的分層分布式物聯(lián)網通信體系。二是邊緣計算技術。以臺區(qū)智能終端為重要載體，開發(fā)可移植性強、適應性高的邊緣計算算法，是實現(xiàn)配網側多種能源及負荷協(xié)調優(yōu)化的關鍵。
下面，介紹我們的工作進展。
依托國網公司配電網聯(lián)合實驗室，在2020年，我們開發(fā)了系列配網用戶側微儲能的樣機，目前我們主要開發(fā)了30KWh和60KWh兩款樣機。整個裝置采用小型化和模塊化的設計，由儲能電池單元、功率變換單元、中央監(jiān)控單元以及外輔設備構成。通過將裝置并聯(lián)接入配電低壓側主線，實現(xiàn)對低電壓或過載臺區(qū)進行功率補償。
下面，來介紹這個裝置的幾個技術特點。第一，模塊化設計、即插即用。裝置內部采用可靈活調節(jié)的電池倉設計，可根據現(xiàn)場實際需求增加或減少電池組數(shù)量；同時，多個儲能裝置支持并聯(lián)運行，滿足大容量情況下的應用需求。裝置到達現(xiàn)場后可直接接入配變低壓側使用，無需進行任何配置和調試。第二，部署靈活、響應迅速。與主網固定式的大規(guī)模儲能站不同，配網儲能裝置采用小型化和模塊化設計，可根據現(xiàn)場需求位置進行快速部署，具有非常好的靈活、機動特性。第三，循環(huán)利用、經濟環(huán)保。我們一臺裝置可以在不同的地方進行循環(huán)利用，這也是它的最大優(yōu)勢之一。由于它的機動特性，它與我們之前所談到的配備的增容補點，配網儲能裝置可以根據實際用戶以及配電臺數(shù)需求。比如說今年山區(qū)某地存在低電壓重過載現(xiàn)象，但是我們知道很多山區(qū)用戶是在不斷處于搬遷的過程，可能近幾年搬出來了以后，我們的儲能裝置也可以跟著一起移動到別的更需要的地方。
未來，當我們裝置規(guī)?；瘧靡院?，可以在一定程度上補充電能缺口，還可以減少主網的投資，緩解線路的重過載問題。此外，儲能裝置還可以作為特殊時期的應急保障電源，支撐局部線路，這是我們思考的一些額外裝置功能。在這里，這是目前儲能裝置涉及到的主要應用領域，對于配網儲能裝置來說，非常適合應用在季節(jié)性重過載以及遠端用戶低電壓，還有魚塘制氧機、加工廠等隨機性大負荷所在區(qū)域，同時對新能源、電動汽車等沖擊性負荷接入的臺區(qū)，也可以迅速響應。
剛才我們說到這個儲能裝置在進行規(guī)?；瘧靡院?，也可以解決上級電網的一些問題，我們之所以考慮到這個應用場景，主要是因為湖南等欠發(fā)達地區(qū)與江浙地區(qū)發(fā)達省份還是有很大區(qū)別的，我們主網到配網之間的網架建設，是趕不上我們的負荷增長水平以及負荷遷移的速度。有時候在負荷高峰期出現(xiàn)限電的情況，并不是因為主網缺電，而是主網有電，但在電能傳輸過程中，某一級的線路、開關或配變這些主設備存在卡脖子現(xiàn)象，使電能沒有辦法有效地輸送到用戶側。在這種情況下，我們在卡脖子設備的后端，將儲能裝置規(guī)?；夭⒙?lián)到電網中，可以很好地解決負荷高峰期電能無法從主網傳輸?shù)接脩暨@個大問題，也緩解了欠發(fā)達地區(qū)電網投資資金不夠的尷尬處境。
目前，配網用戶側儲能裝置已經在株洲、婁底和岳陽等地區(qū)的不同場景試點運行了14臺樣機，截至目前，這些裝置已經持續(xù)運行了一年以上的時間，運行效果還是非常好的。像這張圖，它主要解決的就是短時重過載的現(xiàn)象，以及配電出口低電壓問題。下面這張圖是在婁底的現(xiàn)場，它主要是安裝在臺區(qū)的末端，管住了臺區(qū)末端一個小的村組，大概有十幾戶人家，他們長期存在低電壓問題，這個臺區(qū)供電半徑達到了1.5公里，最末端的用戶電壓已經低到140V以下。裝上儲能裝置以后，很好地對后端用戶電壓進行了提升。
關于裝置的研發(fā)和應用，也得到了國網公司領導的高度認可和國家能源局、省科技廳等有關部門的關注。
下一步，我們將主要針對以下三個方面開展進一步研究：
第一，繼續(xù)完善模塊化集成技術與智能化控制技術。在保證安全的前提下，將各單元模塊進行標準化集成，實現(xiàn)熱插拔。同時大量收集臺區(qū)運行信息，拓展信息渠道，開展訓練學習，促進裝置的就地智能化運行與少維護特征的實現(xiàn)。
第二，進一步挖掘用戶側儲能裝置應用場景。目前，配網用戶側儲能裝置主要是針對單一臺區(qū)的運行特征來進行調節(jié)的，它解決了單一配電臺區(qū)的短時季節(jié)性的重過載低電壓問題，將來我們可以將儲能裝置作為重要場合的應急電源或者關鍵用戶的保障，以及規(guī)?；瘧靡院?，進行延緩主網投資，解決區(qū)域性的負荷缺口的問題。
第三，加快推進用戶側源網荷儲協(xié)調控制技術研究。依托國網公司配電網聯(lián)合實驗室，深入研究用戶側儲能與分布式電源、電動汽車，研發(fā)具備邊緣智能和區(qū)域自治能力的智能終端設備。
以上是我的匯報，感謝各位專家！
