7月9-10日，第五届全国电网侧暨用户侧储能技术应用高层研讨会在江苏南通文峰酒店召开。

在本次会议上，中国电力科学研究院有限公司电力系统研究所高工代倩分享了主题报告《储能在电力系统中的多应用场景及容量配置研究》。

代倩：各位领导，专家大家下午好！我是来自于中国电力科学研究院电力系统研究所电力系统规划技术研究室的代倩，我今天汇报的题目是储能在电力系统中多场景应用以及容量配置研究。

汇报的内容分为三个部分：

第一部分，能源转型和电网安全对储能的迫切需求。

（一）是随着习主席提出的双碳目标的提出，新能源装机规模将会持续的增长，而新能源又具有很强的随机性、波动性和反调峰特性，将给电力系统的功率平衡带来巨大的压力。电力系统的调峰缺口将非常大，严重的制约了新能源的消纳。

（二）是随着产业结构的调整，局部地区用电负荷曲线将呈现出尖峰化，而尖峰电量占比非常小，仅依靠我们传统的措施比如说增加电源，电网和供电设施满足负荷是不经济的。

（三）是随着大容量直流和高比例新能源的接入，我国的电源和电网格局将持续发生重大的变化，以低惯量，弱支撑为特征的新能源接入在电网中的比例不断的增加，而传统旋转式同步发电机的装机比例将持续的降低，跨直流多种故障形式支持电网遭受大功率盈余或者缺额的冲击风险在增加，我们电网面临着频率电压等安全问题的风险也就增加了，所以电网急需或者呼唤更为灵活、可靠和快速的调节资源。

第二部分，储能在电力系统中多场景应用，储能可以应用到电力系统的发、输、配、用各个环节，根据应用场景我们主要把它分为两大类。

（一）是储能在稳态功能平衡当中的应用。

（二）是储能在安全稳定控制中的应用。

首先第一类。

能量型储能具有能量吞吐和时空转移的能力，为系统提供大容量和高性能的调峰资源。根据日前调度计划进行有序的充放，可以有效的提高新能源电力消纳的水平，是高比例新能源电网灵活调节的刚性需求。储能和新能源的互动我们归类三个形式，一个是能够平滑新能源的出力，二是跟随计划出力，三是削峰填谷。右下角的这个图里面是我们国网风光储示范工程当中储能用于平滑新能源出力的效果，其中黄色的曲线就是风光储联合出力的曲线，可以看到平滑的效果还是不错的。

储能能够保证尖峰负荷的供电，能够降低电力系统的投资。我们以2019年的时候华东某省全年的负荷曲线为例，全省最大负荷约在1亿千瓦，全年超过95%最大的负荷尖峰负荷的电量仅为2.8亿千瓦时，时间也就是几十个小时，若以调峰电源和输变电设备来满足这部分调峰负荷的需求的话，建设投资约为400亿元，如果我们考虑配置500万/2小时电化学储能的话，它的投资成本大幅的下减，减少到40%，160亿元，这样是比较经济的。

第二个大的应用场景是储能在安全稳定控制中的应用。储能用于电力系统安全稳定控制中主要利用储能可在四象限内灵活调节的特性。我们知道STATCOM的出现能够使无功在正负范围能快速灵活的可调，储能的出现进一步使得有功在正负范围内能够快速灵活的可调，所以储能可在机电时间尺度内能够改善系统局部有功的不平衡，这里面的储能面临的核心问题是怎么布局，以及储能怎么控制。

第一个储能在安全稳定控制的应用可以提高系统的暂态稳定性。储能对电力系统暂态稳定性的作用机理相当于STATCOM加上可投切的制动电阻，储能的无功分量可以有效的支撑联络点的电压，给电压提供支撑作用。另外在故障的时候，相当于是一个制动电阻可以快速的进行充电，所以这两者起到增加发电机电磁功率的作用，表现在故障的时候可以增加减速面积，能够提高系统暂态稳定性。通过仿真我们可以看到，在储能100%有功控制的模式下，在控制系统暂态稳定性方面的效果是比较好的。

第二个应用场景是提高系统的动态稳定性。储能对于抑制电力系统的震荡，改善系统动态稳定性的作用机理，相当于连续可调的正负电阻，因为传输的功率上下会进行震荡，所以储能根据联络线功率震荡进行反向的调制。

同样从仿真效果看，储能的有功对于提高动态稳定性来说效果是最佳的，其中有功的调节比例、响应速度和协调控制策略是其中的关键因素和指标。

第三个应用场景是电压调控。以长线路输送为例，当长线路末端的负荷突然增加，端电压会下降，这个时候线路上传输的功率增加，对无功的需求会跟有功的平方成正比，无功的需求也会急剧的增大。储能对于电压调控的作用机理主要在于能够快速响应间歇性冲击的有功负荷，减少线路上的有功功率的突增或者突减，从而减少传输线上无功需求的波动，达到系统电压的目的，同样通过仿真可以看到有功起决定性的作用，关键的参数和关键的指标在于储能有功的调节比例，响应速度和控制策略会影响调节性能和调节的效果。

在安全稳定控制中应用的第四个场景就是提供惯量支撑和一次调频的能力。在高比例新能源和大容量直流挤占了传统火电发电空间的情况下，当发生大功率缺额故障的时候，由于系统支撑和调节能力不足，极易引发电网的安全破坏事故，我们以某一个大区电网馈入800万千瓦的直流为例，当直流发生双击闭锁故障的时候，假如这个区域内新能源渗透率增加到28%的时候，在发生直流双极闭锁故障的时候，系统的频率将会下降到49.2赫兹，极易引发低频减载的动作，引发电网的大面积事故，这个时候假如我们在这里面引入储能，储能可以能够为系统提供一部分的惯量支撑和一次调频的能力，其中惯量支撑表现在能够快速的响应到系统频率变化率，提供短时间、大功率的支撑，阻止系统频率的快速下跌，为系统的一次调频赢得时间。

储能的一次调频的能力表现在在一次调频的时候可以响应系统的偏差，连续不断的提供有功功率的资源，阻止系统频率持续的下跌。仿真曲线当中我们可以看到紫色的曲线代表储能具有一次调频和惯量支撑能力的时候它在直流发生双极闭锁故障的时候的响应过程，它阻止了频率快速下跌和跌落的深度，我们可以看到不是加装储能后频率跌落的深度不是特别快，特别深，有助于系统的频率快速的恢复。

储能在安全稳定控制中应用第五个场景提供紧急功率支援，将高放电倍率的功率储能纳入安控系统，在电网发生严重故障的时候可以吸收暂态不平衡功率，或者为系统提供紧急的功率支援，可以提高交直混联系统电网的稳定性，可以释放特高压交直流通道的输电能力。

我们以A区域和B区域这两个大区互联为一个例子，其中B区域有三条特高压直流进入，A和B通过交流特高压进行互联。直流和交流之间存在着耦合的关系，他们是互相制约的，所以为了保证大区电网的稳定运行，采取交直流系统的功率预控措施的。假如在直流落点附近我们选取330或者220站点布上若干规模的储能后，当直流发生闭锁故障之后，如果控制储能快速的放电，可以替代切负荷措施，从仿真结果曲线当中我们可以看到在配置120千瓦储能的时候，交流线路的有功功率的波动以及直流受端电网频率偏差和切负荷措施效果是相当的。

第三部分，储能在促进新能源消纳场景中的容量配置方法，主要是对应于第二部分在稳态功率平衡场景当中我们怎么配储能的。

我们具体的思路对现有电路系统不能调节的部分分析它对调节能力的需求，第二部分分析现有电力系统能力可以提供灵活调节的能力，对灵活能力的需求和系统提供灵活调节能力进行对比。当能力满足不了需求的时候，说明系统调峰能力出现不足，对不足我们通过三个或者更多的指标进行统计，再针对不同应用场合，分析在满足不同的约束条件、不同的优化目标下，我们如何配置储能，目前我们已经掌握两种建模的方法，一种是基于蒙特卡罗模拟，第二种是基于确定性生产模拟。

接下来讲一下蒙特卡罗模拟的过程。首先主要是对电力系统当中不同的元件，如发电机，还有线路，电压器等进行模拟，把这些元件的运行状态进行精准的模拟，也要考虑新能源不确定性，还有发电机的运行状态的不确定性，把这些因素考虑进来后。还要考虑储能的充电策略，这里我们考虑储能理想情况下跟随调峰需求的充电策略、还有恒功率的充电策略。以西北某省电网为例，在优先满足峰荷需求的情况下，调峰能力不足主要发生在低谷时刻，这是我们对调峰不足的四个指标做的统计。这时候统计到因调峰不足引起的弃电率7.82%，超过了现有的要求5%。计算结果表明在75%概率下，需要配储能的规模是291万/3小时，这个时候可以让弃峰率下降到5%。

第二个方法是确定性生产模拟。

主要是依托于我们自主开发的电力系统源网荷一体化生产模拟软件，也叫PSD-PEBL软件。这一软件现在已经在国家电网“十四五”能源供需规划当中得到了广泛全面的应用，所有的国网运营区内都在用这个软件。我们储能的容量配置也是基于这个软件来做的，重点是解决大电网当中储能配置的因优化求解时间长和随机场景考虑不足的问题。这是我们软件的一个界面，这是我们软件做电力平衡的一个控制策略，储能主要做的是日充放电策略。

基于这一套思路和软件，针对几个算例，做了几个储能的容量配置。

算例1：某区域电网，基于2030年双50%的预设场景，新能源的装机规模要超过50%，新能源的发电量占比也要超过50%。在这个目标之下，看看需要配多少储能。当无储能的情况下，因为调峰能力不足，造成新能源弃电率能够达到15.6%。我们按新能源装机4%来配储能，时长是6小时，能够让新能源发电量占比接近于50%。

再看一下加了储能之后，新能源的弃电率的变化，可以看到光伏的弃电率得到一个显著的下降，从15.5%下降到8.8%。风电的弃电率只下降到11.8%，这是因为风电的波动，不光有日波动的特征，还存在着更长时间尺度功率波动的成分。比如周级，月级等长时间的尺度的功率波动。这个时候，我们就需要有长作用时间的储能来进行消纳这一部分新能源，比如储热等储能技术。

算例2：局部电网送出受阻。该区域新能源资源非常丰富，但因送出断面受阻，送出通道严重受制约。我们以60%的新能源装机占比为例，利用生产模拟仿真可知，新能源利用率仅为88.79%，这个时候是不满足弃电考核要求的。

通过计算，加装200万/3小时的储能，让新能源的利用率提高到95%。这时候新能源能够多消纳11.27亿，储能满功率充放次数是174次，应该是50%的利用率。随着新能源装机占比的不断提升，需要考虑新能源利用率考核指标的合理性。从这里面也能看到新能源利用率考核指标如果下降，储能的配置规模也下降。以该局部区域为例，90%的时候，海西的储能配置规模仅需要95%新能源利用率所需配置储能容量的20%，也就是40万/3小时。

算例3：某直流外送通道，主要也依靠于风光火储一体化来实现新能源发电占比达到50%的目标。它近区的火电特别少，新能源配了1050万，我们目标是要求风火储一体化出力能够跟随直流曲线。

利用生产模拟软件，以及我们自己提出的一套储能容量配置优化算法。最后我们提的结果是配190万/5小时的储能可以满足新能源弃电率5%，发电占比50%的要求。若折算到4小时就是230万，这时候我也可以满足弃电率和发电占比的要求。

以上是我们前期以及近期在做的研究工作，下面技术展望有三点，也是我们现在在研的项目，我们团队一直在专注的方向。

第一点，基于网-源-储一体化生产模拟工具的储能容量和布局规划。

第二点，储能的涉网性能对电网安全稳定运行的影响和技术要求。

第三点，基于规模化储能分散协同控制的安全稳定控制架构和控制策略