中國儲能網(wǎng)訊：摘 要：本文主要探索研究飛輪-電化學(xué)復(fù)合型儲能關(guān)鍵技術(shù)示范應(yīng)用，通過不同模型設(shè)計(jì)優(yōu)化分析，控制策略研究，仿真系統(tǒng)調(diào)節(jié)，開展飛輪-電化學(xué)復(fù)合儲能系統(tǒng)的示范應(yīng)用，促進(jìn)新能源消納和電網(wǎng)運(yùn)行調(diào)控水平的提高。
關(guān)鍵詞：復(fù)合儲能，示范應(yīng)用，電化學(xué)，控制策略，建模，優(yōu)化。
1. 研究背景
儲能是對電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力的重要補(bǔ)充，尤其在影響電網(wǎng)安全的頻率調(diào)節(jié)方面，高頻次、快響應(yīng)、大功率的儲能技術(shù)更是無可替代，而復(fù)合型儲能系統(tǒng)可以將不同儲能技術(shù)取長補(bǔ)短，因此，采用復(fù)合型儲能的電力系統(tǒng)能源儲存技術(shù)的應(yīng)用前景十分廣闊，未來成長空間可期。
本研究緊跟構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的發(fā)展趨勢，積極探索飛輪-電化學(xué)混合儲能的自主產(chǎn)權(quán)研發(fā)與制造、混合儲能系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制技術(shù)和能量管理和協(xié)調(diào)控制裝置，從而開展飛輪-電化學(xué)復(fù)合儲能系統(tǒng)的示范應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)更加精準(zhǔn)快速的進(jìn)行綜合調(diào)峰調(diào)頻控制，促進(jìn)新能源消納和電網(wǎng)運(yùn)行調(diào)控水平的提高。
2.飛輪+電化學(xué)儲能方案分析
儲能技術(shù)的應(yīng)用，不僅可以提高常規(guī)發(fā)電的效率、安全性和經(jīng)濟(jì)性，也可以實(shí)現(xiàn)可再生能源平滑功率波動、調(diào)峰調(diào)頻，促進(jìn)可再生能源消納，是滿足可再生能源大規(guī)模接入電網(wǎng)的重要手段，同時(shí)它也是分布式能源系統(tǒng)、智能電網(wǎng)系統(tǒng)的重要組成部分，在能源互聯(lián)網(wǎng)中具有舉足輕重的地位。儲能按能量在存儲過程中轉(zhuǎn)化形勢的不同進(jìn)行劃分，主要有物理儲能（包括抽水蓄能、壓縮空氣儲能、飛輪儲能）、電化學(xué)儲能、電磁儲能以及相變儲能。按儲能技術(shù)的特點(diǎn)及適用應(yīng)用場景，主要分為能量型及功率型?？捎糜陔娏φ{(diào)頻的儲能技術(shù)主要是飛輪儲能及電化學(xué)儲能。
一次調(diào)頻作用于電力系統(tǒng)發(fā)生頻率事件(負(fù)荷突變、機(jī)組脫網(wǎng))初始階段，對于抑制系統(tǒng)頻率偏差、保障電力系統(tǒng)的頻率穩(wěn)定和質(zhì)量至關(guān)重要。一次調(diào)頻的主要工況特點(diǎn)為頻次高、響應(yīng)速度要求快、調(diào)節(jié)持續(xù)時(shí)間短，屬于典型的功率型應(yīng)用場景。儲能技術(shù)方面，鋰電池技術(shù)充放電循環(huán)壽命約6000次，無法獨(dú)立支撐一次調(diào)頻高頻次充放電的應(yīng)用需求，飛輪儲能技術(shù)循環(huán)充放電次數(shù)可達(dá)100萬次，且已有成熟應(yīng)用案例，是最適合應(yīng)用于一次調(diào)頻領(lǐng)域的儲能技術(shù)。同時(shí)，考慮到一次調(diào)頻高頻次常規(guī)調(diào)節(jié)與低頻次連續(xù)階躍調(diào)節(jié)的占比，采用飛輪+電化學(xué)儲能的混合儲能技術(shù)，由飛輪系統(tǒng)承擔(dān)一次調(diào)頻的絕大部分工況，由電化學(xué)儲能系統(tǒng)提供容量補(bǔ)充，系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性更佳，也可為電網(wǎng)提供更有力的支撐。
此項(xiàng)研究，可為當(dāng)前國內(nèi)外飛輪-電化學(xué)混合儲能電站從飛輪、電化學(xué)等新型儲能設(shè)備的研發(fā)制造、系統(tǒng)組裝和集成技術(shù)、協(xié)調(diào)控制技術(shù)等創(chuàng)新型理論成果提供具體工程實(shí)踐，由示范工程產(chǎn)生的運(yùn)行數(shù)據(jù)、設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)、新型設(shè)備等，也可提高電網(wǎng)的能源消納水平和運(yùn)行水平，推動飛輪儲能產(chǎn)業(yè)鏈上下游的發(fā)展。
3. 飛輪儲能規(guī)?；夹g(shù)研究
3.1、項(xiàng)目整體接入拓?fù)鋱D
圖1：飛輪儲能系統(tǒng)接入拓?fù)鋱D
3.2 磁懸浮飛輪儲能系統(tǒng)組成
3.2.1、飛輪本體
飛輪本體是飛輪儲能系統(tǒng)中的核心設(shè)備，主要由高速電機(jī)、飛輪轉(zhuǎn)子、徑向軸承、軸向軸承、外殼及真空泵構(gòu)成。高速電機(jī)做為功率元件，可以工作于電動機(jī)與發(fā)電機(jī)兩種狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)電能與動能的高效轉(zhuǎn)換；飛輪轉(zhuǎn)子做為儲能元件，具有較大的轉(zhuǎn)動慣量，通過告訴旋轉(zhuǎn)將電能以動能的形式存儲；徑向軸承與軸向軸承做為支撐機(jī)構(gòu)，保障了飛輪轉(zhuǎn)子在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)的穩(wěn)定與五個自由度的平衡；真空泵做為飛輪本體真空系統(tǒng)的主要設(shè)備，使飛輪艙體維持在一定的真空度，減小了飛輪旋轉(zhuǎn)過程中的空氣阻力，降低了自身損耗。
3.2.2、飛輪模組
飛輪儲能模組是飛輪儲能系統(tǒng)的基本組成單元，一個飛輪儲能模組由一個飛輪儲能裝置和一個機(jī)側(cè)變流器組成，可實(shí)現(xiàn)電能→動能→電能的高效率轉(zhuǎn)換。飛輪儲能模組設(shè)置有安全保護(hù)措施，當(dāng)檢測到飛輪儲能裝置內(nèi)部出現(xiàn)電機(jī)定子溫度、磁軸承溫度、機(jī)械軸承溫度高、真空低、機(jī)械位移越限、磁懸浮失效、過壓、過流、IGBT溫度高故障時(shí)，F(xiàn)MS（飛輪管理系統(tǒng)）控制飛輪儲能模組停止工作。
3.2.3、飛輪管理系統(tǒng)FMS
飛輪管理系統(tǒng)FMS(FlywheelManageSystem)對飛輪儲能陣列（單元）內(nèi)的飛輪儲能模組的電壓、電流、SOC，溫度、真空、隔離開關(guān)，充放電，保護(hù)等參數(shù)和控制進(jìn)行管理，同時(shí)能通過CAN總線或其他方式與PCS、儲能控制系統(tǒng)及EMS系統(tǒng)聯(lián)機(jī)通信，實(shí)現(xiàn)對電池進(jìn)行優(yōu)化的充放電管理控制。具體的，F(xiàn)MS應(yīng)具有以下功能：1)數(shù)據(jù)測量采集、2)數(shù)據(jù)計(jì)算、3)狀態(tài)參數(shù)數(shù)據(jù)上傳、4)故障診斷、5)電氣保護(hù)、6)電池管理、7)統(tǒng)計(jì)功能、8)通訊功能、9)對時(shí)功能、10)定值設(shè)置功能、11)操作權(quán)限管理功能、12)事件記錄功能、13)存儲功能、14)故障錄波15)電磁兼容能力、16)耐濕熱性能。
3.2.4、溫控系統(tǒng)
飛輪變流器（FCS）、機(jī)側(cè)變流器等設(shè)備的工作需要維持一定的環(huán)境溫度以保證其安全正常的工作，溫度過高對電力電子器件的壽命影響較大，本方案采用強(qiáng)制風(fēng)冷溫控系統(tǒng)將上述設(shè)備工作可能產(chǎn)生的熱量帶走，從而實(shí)現(xiàn)熱管理。
3.2.5、火災(zāi)探測及自動滅火系統(tǒng)
在飛輪儲能系統(tǒng)工作的區(qū)域按消防要求，布置一定數(shù)量煙感及溫感，連接火災(zāi)報(bào)警控制器，經(jīng)過火災(zāi)報(bào)警邏輯設(shè)計(jì)，聯(lián)動聲光報(bào)警裝置等，從而實(shí)現(xiàn)火災(zāi)自動探測與滅火。
3.3飛輪并聯(lián)控制策略
并聯(lián)儲能飛輪陣列均衡控制策略，用于對多個儲能飛輪構(gòu)成的儲能飛輪陣列系統(tǒng)進(jìn)行充放電的主動控制與儲能飛輪轉(zhuǎn)子的懸浮控制。
并聯(lián)儲能飛輪陣列均衡控制策略克服現(xiàn)有儲能飛輪陣列充放電控制方法均采用等功率、等轉(zhuǎn)矩或等時(shí)間長度充放電控制策略，依據(jù)電壓直流母線電壓的大小來判斷充電、放電運(yùn)行模式，無法確定或預(yù)測總的吸收或釋放的功率，極易產(chǎn)生誤動作。為克服這一缺點(diǎn)，提供基于電壓微分電壓積為判據(jù)的并聯(lián)儲能飛輪陣列均衡控制策略。
并聯(lián)儲能飛輪陣列均衡控制策略，包括儲能飛輪、飛輪充放電控制系統(tǒng)、磁軸承控制系統(tǒng)、快速直流斷路器、儲能飛輪陣列主控制器、CAN總線接口和公共直流母線。
儲能飛輪通過飛輪充放電控制系統(tǒng)與直流開關(guān)的輸入端串聯(lián)連接，多個儲能飛輪以同樣方式與連接到公共直流母線構(gòu)成儲能飛輪陣列，飛輪陣列的控制是將儲能飛輪陣列主控制器連接到CAN總線接口卡與每個飛輪的充放電控制系統(tǒng)的CAN通訊總線接口，儲能飛輪陣列主控制器通過CAN總線接收每個儲能飛輪的飛輪充放電控制系統(tǒng)和磁軸承控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)和狀態(tài)，并發(fā)送控制指令，控制每個儲能飛輪的充放電運(yùn)行和轉(zhuǎn)子懸浮。儲能飛輪陣列主控制器通過CAN總線接口卡接收每個儲能飛輪的飛輪充放電控制系統(tǒng)和磁軸承控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)和狀態(tài)，并發(fā)送控制指令，控制每個儲能飛輪的充放電運(yùn)行和轉(zhuǎn)子懸浮。儲能飛輪陣列主控制器采用效率最優(yōu)的電壓微分電壓積均衡控制策略實(shí)現(xiàn)儲能飛輪陣列的協(xié)調(diào)控制，控制系統(tǒng)的算法流程為：
由儲能飛輪陣列主控制器檢測直流母線電壓和每個儲能飛輪的當(dāng)前電量，飛輪陣列主控制器依據(jù)基于效率最優(yōu)的電壓微分電壓積均衡控制策略確定每臺儲能飛輪的充/放電功率和充/放電持續(xù)時(shí)間。儲能飛輪陣列主控制器通過CAN總線接口向每個儲能飛輪的飛輪充放電控制系統(tǒng)發(fā)送指令，同時(shí)通過CAN總線接口向每個儲能飛輪的快速直流斷路器發(fā)送閉合指令，儲能飛輪進(jìn)入充電運(yùn)行狀態(tài)，并按照基于效率最優(yōu)的電壓微分電壓積均衡控制策略進(jìn)行充放電運(yùn)行。
圖2：飛輪陣列控制示意圖
4. 飛輪-電化學(xué)復(fù)合型儲能關(guān)鍵技術(shù)及示范應(yīng)用
飛輪-電化學(xué)復(fù)合儲能關(guān)鍵技術(shù)及示范應(yīng)用分為四個研究內(nèi)容開展工作，技術(shù)路線如下圖所示。首先構(gòu)建儲能典型應(yīng)用場景的多維度特征模型，揭示場景特征量與儲能參數(shù)和特性需求的函數(shù)關(guān)系，精準(zhǔn)描述應(yīng)用場景對儲能參數(shù)和特性的需求；其次，建立飛輪和電化學(xué)電池儲能的仿真模型，分析飛輪與電池儲能的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)特性；接著，研究飛輪與電化學(xué)電池儲能的協(xié)調(diào)控制策略，提升混合儲能系統(tǒng)的調(diào)節(jié)性能、運(yùn)行安全性和經(jīng)濟(jì)性；最后，在上述模型與方法基礎(chǔ)上，研究飛輪-電化學(xué)混合儲能協(xié)調(diào)控制架構(gòu)、集成方案等實(shí)現(xiàn)技術(shù)。
圖3：技術(shù)路線圖
4.1、儲能典型應(yīng)用場景多維度特征模型研究
“儲能典型應(yīng)用場景多維度特征模型研究”技術(shù)路線如下圖所示。
圖4：研究內(nèi)容一技術(shù)路線
首先，建立風(fēng)、光放電及負(fù)荷仿真模型，并采用該模型仿真模擬不同應(yīng)用場景的源、荷特性曲線，并對曲線進(jìn)行傅里葉變換，得到功率波動頻譜圖、不平衡功率波動幅度和陡度分布，采用低通濾波的方法分析各個波動頻段的功率分布情況，根據(jù)該分布特征對儲能應(yīng)用場景進(jìn)行分類。
其次，分析不同應(yīng)用場景在供電可靠性、安全性、經(jīng)濟(jì)性及工程建設(shè)等維度的要求，并基于模糊理論研究各維度指標(biāo)的量化評價(jià)方法，科學(xué)描述各類應(yīng)用場景的特征。
最后，根據(jù)提出的應(yīng)用場景特征參數(shù)，構(gòu)建的典型應(yīng)用場景模型，采用機(jī)器學(xué)習(xí)方法建立典型應(yīng)用場景的仿真模型，分析應(yīng)用場景特征與電力系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)之間的對應(yīng)關(guān)系，揭示場景特征量與儲能參數(shù)和特性需求的函數(shù)關(guān)系。
4.2、飛輪與電化學(xué)儲能建模及調(diào)節(jié)特性分析
“飛輪與電化學(xué)儲能建模及調(diào)節(jié)特性分析”技術(shù)路線如下圖所示。
圖5：研究內(nèi)容二技術(shù)路線圖
首先，建立混合儲能系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)模型。對常見儲能方式的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行分析，獲取各儲能類型的功率等級、響應(yīng)時(shí)間、轉(zhuǎn)換效率、循環(huán)壽命等信息，在此基礎(chǔ)上引入了本文所要研究的飛輪－電化學(xué)混合儲能方式?；旌蟽δ芟到y(tǒng)采用一個較為標(biāo)準(zhǔn)的飛輪儲能系統(tǒng)與具備參數(shù)可調(diào)功能的電化學(xué)儲能系統(tǒng)進(jìn)行結(jié)合。建立計(jì)及不同類型儲能的綜合能源系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行模型，在運(yùn)用人工智能算法保障相關(guān)預(yù)測數(shù)據(jù)精準(zhǔn)性的基礎(chǔ)上，通過混合整數(shù)線性規(guī)劃的方法進(jìn)行求解，對優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行定量的對比分析。
其次，分析飛輪和電化學(xué)這兩種儲能系統(tǒng)在調(diào)頻與功率控制中的不同特性，通過對飛輪及電化學(xué)控制量的計(jì)算，包括電壓、功率與頻率控制模塊，建立了較為理想的飛輪－電化學(xué)混合儲能系統(tǒng)動態(tài)模型。對儲能系統(tǒng)按照功率平衡、降低功率波動、提高儲能系統(tǒng)對新能源發(fā)電頻率改善以及自動調(diào)整出力程度，設(shè)計(jì)了混合儲能系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。當(dāng)電網(wǎng)側(cè)輸出待調(diào)量時(shí)，調(diào)整量頻率較高，則采用飛輪優(yōu)先的策略進(jìn)行穩(wěn)定，調(diào)整量波動頻率較低時(shí)，則采用電化學(xué)優(yōu)先的策略進(jìn)行控制。但如果調(diào)整量波動幅度較大，系統(tǒng)則采用電化學(xué)對飛輪進(jìn)行輔助工作，最大程度對擾動量進(jìn)行控制。
最后，以電力系統(tǒng)功率與頻率穩(wěn)定作為出發(fā)點(diǎn)，通過分析儲能的成本和效益構(gòu)成，利用凈現(xiàn)值法構(gòu)建了儲能的全壽命周期成本-效益經(jīng)濟(jì)模型?？紤]飛輪慣性和電池?zé)峁芾韰f(xié)同控制，降低電池調(diào)節(jié)深度和頻度對壽命影響，基于混合儲能系統(tǒng)的全面比較和綜合指標(biāo)體系，利用層次分析法對每個應(yīng)用場景進(jìn)行儲能選型，對不同場景的特征指標(biāo)和各類儲能的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行綜合分析。
4.3、飛輪-電化學(xué)儲能協(xié)調(diào)控制策略研究
“飛輪-電化學(xué)儲能協(xié)調(diào)控制策略研究”的技術(shù)路線如下圖所示。
圖6：研究內(nèi)容三技術(shù)路線圖
首先，綜合考慮電網(wǎng)中分布式電源的不確定性及不穩(wěn)定性，分別研究建立分布式光伏及風(fēng)力發(fā)電動態(tài)模型。針對功能不同、時(shí)間尺度不同的負(fù)荷，分別建立區(qū)域能源互聯(lián)網(wǎng)中冷、熱負(fù)荷、電負(fù)荷與氣負(fù)荷的動態(tài)需求模型。在此基礎(chǔ)上，面向聯(lián)合調(diào)度運(yùn)行需求及區(qū)域能源互聯(lián)網(wǎng)運(yùn)營交易場景，研究建立其網(wǎng)絡(luò)源荷互補(bǔ)模型，并對各網(wǎng)絡(luò)中源荷互動情況進(jìn)行實(shí)時(shí)預(yù)測。
然后，采用抗脈沖平均濾波法平滑輸出功率，得到并網(wǎng)功率與混合儲能輸出功率。之后采用經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)（EMD）分解混合儲能功率，以儲能爬坡功率的平均值為依據(jù)，分為高頻和低頻兩部分，合理地分配給飛輪儲能和電化學(xué)，實(shí)現(xiàn)二者的功率分配。
其次，在飛輪－電化學(xué)混合儲能系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)頻或調(diào)功時(shí)，盡可能避免電化學(xué)出現(xiàn)電流或電壓突增或在短時(shí)間內(nèi)頻繁切換充放狀態(tài)，研究電池的熱管理控制策略。利用飛輪的慣性優(yōu)勢，使飛輪儲能系統(tǒng)跟隨系統(tǒng)的功率波動，電池跟隨電量波動，研究混合儲能模糊協(xié)調(diào)控制策略。
最后，綜合考慮各儲能電站剩余調(diào)頻能力和調(diào)頻成本，實(shí)現(xiàn)區(qū)域總調(diào)頻成本最小，建立儲能電站調(diào)頻功率優(yōu)化分配模型。考慮電池調(diào)節(jié)的深度和頻度，以儲能單元SOC狀態(tài)最佳為目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)各儲能單元SOC恢復(fù)，建立儲能單元SOC優(yōu)化模型。以上述模型為基礎(chǔ)，研究多儲能電站調(diào)頻功率雙層優(yōu)化分配策略。
5. 項(xiàng)目創(chuàng)新點(diǎn)及示范作用
本項(xiàng)目研究內(nèi)容不僅具有新穎性與創(chuàng)造性，同時(shí)具備一定的前瞻性，相應(yīng)課題的研究成果對于我國儲能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有重要的理論指導(dǎo)和工程實(shí)踐意義。
5.1、飛輪儲能陣列協(xié)調(diào)優(yōu)化控制技術(shù)
為了獲得更大的儲能量、更高的功率及更長的后備時(shí)間，可以研制大容量的飛輪儲能單元，也可以將多臺模塊化的飛輪儲能單元并聯(lián)組成飛輪陣列儲能系統(tǒng)。然而，單臺大容量的飛輪儲能單元不僅會帶來成本的大幅度提高，而且還可能受到技術(shù)條件的限制。相比較而言，飛輪陣列儲能系統(tǒng)不僅能降低成本，而且大大簡化了研發(fā)過程，是能夠更好地獲得大容量、高功率儲能更好的解決方案。以提高飛輪儲能陣列系統(tǒng)穩(wěn)定性、運(yùn)行效率、動態(tài)響應(yīng)時(shí)間為優(yōu)化目標(biāo)，以陣列內(nèi)各單機(jī)剩余容量、可輸出功率和安全運(yùn)行范圍為約束條件的飛輪儲能陣列協(xié)調(diào)優(yōu)化控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)飛輪儲能陣列集成系統(tǒng)的并網(wǎng)靈活控制、有功/無功解耦控制、電網(wǎng)故障穿越控制、電網(wǎng)電壓及頻率支撐控制。
示范作用：
（1）飛輪儲能陣列系統(tǒng)模塊化架構(gòu)研究，有利于解決飛輪儲能陣列集成的標(biāo)準(zhǔn)化和集群化控制問題，可以提高飛輪儲能陣列系統(tǒng)的集成效率和運(yùn)行效率，從而促進(jìn)飛輪儲能技術(shù)在儲能市場上的規(guī)?；茝V及應(yīng)用。
（2）飛輪儲能陣列系統(tǒng)機(jī)側(cè)變頻-網(wǎng)側(cè)變流多機(jī)并聯(lián)協(xié)同控制技術(shù)研究，有利于揭示飛輪單元、飛輪陣列與機(jī)側(cè)變流器、網(wǎng)側(cè)變頻器的機(jī)電耦合關(guān)系及制約關(guān)系，以便于提出優(yōu)化的多變流器協(xié)調(diào)控制策略，從而提高飛輪儲能陣列系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。
（3）模塊化飛輪儲能陣列裝置研制，有利于建立飛輪儲能陣列系統(tǒng)監(jiān)測-預(yù)警-防護(hù)一體化安全體系，形成低成本、高可靠、高能效、模塊化的飛輪儲能陣列系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，全面掌握飛輪儲能設(shè)計(jì)及集成核心技術(shù)，提高飛輪儲能系統(tǒng)集成及安全運(yùn)行水平。
（4）飛輪儲能陣列單元測試技術(shù)研究，有利于形成標(biāo)準(zhǔn)化、體系化的飛輪儲能試驗(yàn)檢測方法和測試條件，從而提高對飛輪儲能裝置的試驗(yàn)檢測能力，為飛輪儲能系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行保駕護(hù)航。
5.2、飛輪儲能陣列高頻次一次調(diào)頻控制技術(shù)
針對高比例新能源電網(wǎng)短時(shí)高頻次的一次調(diào)頻需求，提出MW級飛輪儲能陣列參與電網(wǎng)高頻次一次調(diào)頻技術(shù)，以提高電網(wǎng)頻率穩(wěn)定性為目標(biāo)，以飛輪儲能可用容量、可輸出功率及安全運(yùn)行范圍為約束條件，最大限度提升飛輪儲能陣列參與電網(wǎng)一次調(diào)頻性能。
示范作用：
本課題的研究對于揭示飛輪、電化學(xué)儲能的技術(shù)經(jīng)濟(jì)特性，實(shí)現(xiàn)不同應(yīng)用場景下飛輪-電化學(xué)儲能優(yōu)化組合及協(xié)調(diào)控制，全面提升儲能系統(tǒng)整體調(diào)節(jié)性能和運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性具有重要意義。
（1）一次調(diào)頻典型應(yīng)用場景的分析，有利于明確一次調(diào)頻場景下，對飛輪系統(tǒng)參數(shù)和調(diào)節(jié)特性的需求，為儲能的優(yōu)化配置提供指導(dǎo)性原則，充分發(fā)揮儲能的調(diào)節(jié)性能，提高儲能設(shè)備的利用效率和系統(tǒng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。
（2）儲能裝置建模及調(diào)節(jié)特性分析，有利于解決單一儲能調(diào)節(jié)容量不足或響應(yīng)速度不快的問題，最大程度發(fā)揮不同儲能裝置的調(diào)節(jié)性能，促進(jìn)新能源消納和電網(wǎng)運(yùn)行調(diào)控水平的提高。
（3）飛輪-電化學(xué)儲能協(xié)調(diào)控制策略及裝置的研發(fā)，根據(jù)一次調(diào)頻特性，進(jìn)行更合理的飛輪系統(tǒng)容量配比分析，最大程度的利用飛輪系統(tǒng)響應(yīng)高頻次的一次調(diào)頻指令，有利于降低電化學(xué)儲能調(diào)節(jié)深度和頻度，延長電池使用壽命，提升混合儲能系統(tǒng)的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性，促進(jìn)儲能產(chǎn)品的商業(yè)化應(yīng)用，開拓儲能產(chǎn)品應(yīng)用的多元化市場，推動湖北新能源及儲能產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。
5.3 復(fù)合型儲能優(yōu)化控制技術(shù)
飛輪儲能與電化學(xué)儲能按一定比例組成的復(fù)合儲能系統(tǒng)，在電網(wǎng)頻率頻繁擾動時(shí)，由飛輪儲能裝置承擔(dān)大部分出力，在飛輪儲能裝置不能滿足要求時(shí)，電化學(xué)儲能在功率或能量上進(jìn)行補(bǔ)充。這樣可以最大限度減少鋰電裝置的動作次數(shù),提高整體系統(tǒng)使用壽命，降低事故概率。
示范作用：
（1）飛輪-電化學(xué)混合儲能系統(tǒng)的規(guī)劃研究，有利于解決不同應(yīng)用場景下源-網(wǎng)-荷的時(shí)空不匹配問題，促進(jìn)高比例新能源的靈活消納，提高電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行水平，保證供電的電能質(zhì)量。
（2）飛輪-電化學(xué)混合儲能系統(tǒng)典型方案設(shè)計(jì)，有利于形成標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化設(shè)計(jì)方案，為飛輪-電化學(xué)混合儲能系統(tǒng)在全國乃至世界的推廣建設(shè)提供堅(jiān)實(shí)的理論支撐和實(shí)踐指導(dǎo)。
（3）飛輪-電化學(xué)混合儲能系統(tǒng)評估體系及效益分析，有利于建立科學(xué)全面公平合理的評價(jià)流程，促進(jìn)飛輪-電化學(xué)混合儲能工程方案的持續(xù)改進(jìn)，提高業(yè)主方混合儲能投資決策水平。
（4）飛輪-電化學(xué)混合儲能示范工程，有利于實(shí)現(xiàn)混合儲能電站的綜合調(diào)峰調(diào)頻輔助服務(wù)，助力構(gòu)建“清潔低碳、安全高效”的現(xiàn)代能源產(chǎn)業(yè)體系，帶動從材料制備到系統(tǒng)集成全產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展，為提升產(chǎn)業(yè)發(fā)展水平、推動經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展提供新動能。
6. 項(xiàng)目實(shí)施意義
通過實(shí)時(shí)采集光伏場站監(jiān)測數(shù)據(jù)自動判斷光伏機(jī)組當(dāng)前所處的運(yùn)行狀態(tài)和光伏機(jī)組特性，通過飛輪儲能系統(tǒng)，配合光伏機(jī)組優(yōu)化協(xié)調(diào)分配整個光伏場站的有功功率輸出，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)光伏場站的一次調(diào)頻優(yōu)化控制。
針對光伏場站儲能參與一次調(diào)頻協(xié)調(diào)優(yōu)化的問題，綜合考慮儲能裝置類型選擇、儲能裝置容量配置和優(yōu)化、儲能優(yōu)化運(yùn)行控制策略等因素，構(gòu)建合適的充放電策略。光伏機(jī)組聯(lián)合飛輪儲能系統(tǒng)得到總體平滑功率分配指令后，進(jìn)行內(nèi)部功率分配得到每個儲能單元設(shè)備的設(shè)定功率。綜合考慮儲能單元壽命性能指標(biāo)(總體使用壽命、充放電次數(shù)和儲能單元額定功率等)的不同，選擇合適的優(yōu)化分配算法以減少成本支出，提高光伏場站功率輸出平滑效果。
通過飛輪儲能系統(tǒng)的建設(shè)，使光伏場站與儲能系統(tǒng)得到有機(jī)的結(jié)合，改善光伏場站的一次調(diào)頻性能，保證電網(wǎng)頻率穩(wěn)定。對于規(guī)?；夥鼨C(jī)組接入?yún)^(qū)域電網(wǎng)，為電網(wǎng)如何消納新能源提供新的解決辦法。通過飛輪儲能系統(tǒng)的建設(shè)，可以使光伏機(jī)組的一次調(diào)頻能力顯著提升，加快當(dāng)?shù)厣鐣h(huán)境的改變，增加當(dāng)?shù)氐呢?cái)政收入，提高當(dāng)?shù)厝嗣竦纳钯|(zhì)量，促進(jìn)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展。
來源：中核匯能（湖南）新能源有限公司
