储能参与泛在电力物联网辅助服务应用综述

储能参与泛在电力物联网辅助服务应用综述

孟 蕾

国网甘肃省电力公司定西供电公司 甘肃 定西 743000

摘要：本文以储能参与泛在电力物联网下的辅助服务为应用场景，分析了储能在调峰、调频、电压支持和备用容量领域的参与机制，归纳总结了当前的研究现状，讨论了储能在泛在电力物联网下辅助服务中的发展前景和研究方向。同时结合泛在电力物联网建设，对储能在我国参与辅助服务的商业模式进行了探讨，为后续开展更深入的研究提供参考与借鉴。

关键词：储能；泛在电力；物联网；辅助

1 储能技术的发展现状

储能是指通过一定的装置或物理介质将能量存储起来的技术，储能技术按其存储介质进行分类，可以分为机械储能、化学储能、电磁储能和相变储能等。机械储能主要是通过将电能和机械能相互转换进行能量的存储和释放，主要有抽水蓄能、飞轮储能和压缩空气储能等；化学储能通过化学反应实现电能和化学能的相互转换，主要包括锂离子电池、铅蓄电池、钒液流电池和钠硫电池等；电磁储能主要包括超导磁储能和超级电容器等，超导磁储能利用超导线圈储存磁场能量，能量交换和功率补偿无需能源形式的转换，超级电容器根据电化学双电层理论研制而成，充电速度快，可提供强大的脉冲功率；相变储能是利用相变材料在物态变化时吸收或放出大量潜热而实现。

2 储能技术在电力系统辅助服务中的应用

2.1 储能调峰

目前储能参与电网调峰的研究主要集中在储能系统的容量配置和控制策略等方面。

1）容量配置方面。

容量配置作为储能参与辅助调峰规划的首要环节，对储能参与调峰具有至关重要的影响。针对储能参与辅助调峰进行容量配置时，不仅需要考虑负荷和新能源出力的不确定性，同时还需要兼顾系统的经济性。

在储能参与调峰的容量配置层面，目前的研究多以系统净收益最大为目标函数，兼以考虑储能成本、环境效益等因素来配置合理的储能容量。随着我国电力系统辅助市场交易规则的逐步完善，在储能参与调峰时，对当地的补偿政策应予以充分考虑。

2）控制策略方面。

目前储能参与调峰的控制策略研究主要集中在储能系统与其他机组协调运行，共同参与辅助调峰。

2.2 储能调频

调频辅助服务主要是通过调节电网中的有功出力，实现对电网频率及联络线功率的控制，以解决区域电网的短时随机功率不平衡问题。储能相对于传统的火电机组，具有快速精确的响应能力，可以在1 s内完成调度指令，调频效果也远优于传统的火电机组。另外，储能设备还能经济运行在非满负荷状态，既能向上调节，也能向下调节，可以提供本身容量2倍的调节能力，因此储能是一种优质的调频资源。

1）在调频特性方面。美国西北太平洋国家实验室的研究报告指出，飞轮储能的调频能力为水电机组的1.7倍，燃气机组的2.5倍，燃煤机组的20倍。

2）在控制策略方面。针对电网级的调频控制策略，主要通过设置分配系数将调频需求分配给储能系统和传统调频机组，或者通过设计相应的滤波算法对区域控制误差(area control error,ACE)信号进行分解，实现对储能系统和机组的功率分配，或者对不同调频源的优先级进行排序，根据优先级调用不同的调频源。

3）在容量配置方面。目前常用的方法主要有差额补偿法和经济特性法。根据历史典型日的ACE数据，利用集合经验模态分解法确定储能系统容量或在收益和成本基础上，考虑系统频率波动曲线和电池储能的充/放电特性，以储能年收益最大为目标，给出储能系统最优容量配置。未来随着储能成本的进一步下降，在调频中可以考虑用储能替代传统调频设备，降低调频成本。

2.3 电压支持

由于无功功率在传输过程中容易发生损耗，对于线路较长、供电范围较大、有多级变压的供电系统，利用发电机组调压将难以满足系统需求。储能装置能够快速响应负荷需求，为负荷提供几分钟以上甚至1 h的服务。因此，通过在负荷侧配置储能系统，根据负荷需求释放或吸收无功功率，可有效解决远距离输送时无功功率损耗的问题。目前储能系统参与调压的研究主要集中在配电网中分布式储能容量配置和控制策略。以电压越限调节为目标，建立了分布式光伏配电网储能容量优化配置模型；针对主动配电网中潮流双向性及可再生能源带来的电压频繁波动问题，提出一种基于两阶段运行优化的传统调压设备与分布式储能协调控制方法。在第1阶段，分布式储能系统仅用于有功平衡，不提供无功支持；在第2阶段，分布式储能通过无功控制和有功充放电控制使关键节点电压维持在正常范围内。

在储能参与电压支持的进一步研究中，需计及地域因素、传统电压调节设备、清洁能源、可控负荷等进行综合建模，需详细考虑储能及其他调节资源的成本、可靠性、快速响应性能等因素，对电能质量、经济效益、环境效益等多目标进行规划求解。

3 储能参与电力系统辅助服务的商业模式

由于我国辅助服务政策都是结合发电端操作和运行的，国内对于储能参与辅助服务的商业模式研究还处于初步阶段。泛在电力物联网下储能参与辅助服务的商业模式如图2所示。随着电力市场的日趋成熟、储能参与辅助服务的市场机制的逐步完善，储能将在辅助服务市场得到更广泛的应用，尤其是泛在电力物联网的建设将加速储能在辅助服务领域的商业化进程，储能的商业模式也将通过市场不同主体投资运营来实现。

1）发电企业投资。在该投资模式下，发电厂利用现有资金或从银行借贷对储能系统进行投资和运营。在风电场、光伏电站配置储能系统，在促进新能源消纳的同时为电网提供辅助服务，获取辅助服务收益。在火电厂配置储能系统，辅助火电机组参与AGC调频，在提高机组调频性能的同时可使机组获得更大的调节深度，使机组得到更多的补偿收益。

2）电网公司投资。在该投资模式下，由电网公司对储能系统进行投资和运营。储能系统代替部分效率低下的燃煤机组，作为独立主体参与辅助服务，获取辅助服务收益。

3）第三方投资。在该投资模式下，储能系统由第三方进行投资和运营。第三方可以直接将储能系统作为独立主体参与辅助服务，获取辅助服务收益，也可以将储能系统租赁给发电企业或电网公司，通过收取租赁费用收回投资。

4）工商业、住宅用户投资。在该投资模式下，储能系统由工商业、住宅用户进行投资和运营。储能系统接受电网调度机构统一调度，为电网提供辅助服务，获取辅助服务收益。

4 结论

随着泛在电力物联网的建设及辅助服务市场的开放，为储能参与辅助服务提供了良好的契机。储能参与辅助服务，在国内无论从技术成熟度还是相关的基础研究都已具备实现产业化的基础条件。但是，其商业运营模式高度依赖于相关政策的制定。未来，需要进一步开放辅助服务市场，使储能可以名正言顺地以独立主体参与到电力市场中，同时进一步加快储能在辅助服务领域的应用试点，将储能设备作为电力系统常规可控设备参与调度管理和结算，实施“按效果付费”的辅助服务补偿机制，为储能系统的投资收益提供保障，充分发掘储能系统的调峰调频能力，培育独立的电力系统调频运营商，加速储能在辅助服务领域的商业化进程。

参考文献

[1]杨东升,王道浩,周博文,等.泛在电力物联网的关键技术与应用前景[J].发电技术,2019,40(2):107-114.

[2]肖白,周文凯,姜卓,等.泛在电力物联网研究现状分析[J].发电技术,2020,41(1):88-93.

[3]曾鸣,王雨晴,李明珠,等.泛在电力物联网体系架构及实施方案初探[J].智慧电力,2019,47(4):1-7.