分布式储能在新型能源系统中的应用分析

摘要：本文通过分析储能的应用现状和技术手段，梳理其在新型能源系统中起到的调节负荷时空分布、改善电能质量、降低用电成本等作用。研究发现，储能技术在能源侧、输送侧、用户侧的应用能够改变传统的能源利用格局。

关键词：分布式；储能；能源；应用

0引言

随着社会的飞速发展，储能技术受到越来越多的关注，它作为新型能源结构的重要组成部分，在很多领域都发挥着重要作用。例如：基地化的能源外送、巨大的能源消纳能力、缓解电力供应不平衡、多样化的低碳用能等。世界各国纷纷制定相应的扶持政策，积极推进能源运用方式转型，以期占领新一轮技术和资源应用的制高点。

1储能技术的应用现状

储能在能源应用中起到错峰调频、储能备用、不同需求供应等作用，其本质是利用中间介质或者特殊设备进行能量储存，并在必要的时候将其释放出来，具体可分为机械储能、氢储能、重力储能、电化学储能、电磁储能、热储能等。目前，新型电力系统的主要发展趋势是建立零碳电力系统，该系统以风电、光电为主要电源，需要利用光储直柔配电系统来解决风光发电建设中的空间和用电功率不匹配等问题。

分布式能源是将大量的电能、热能分散布置在需求方的周围，实现独立或集中运作。和传统的集中供给模式相比，这种方式更加灵活，能够满足用户的不同需求。

1.1国外对储能技术的应用

在国际市场中，发达国家很早就开始发展储能产业，如今已建立起许多大规模的储能项目。2001年，美国加利福尼亚州就开始鼓励自主发电，对在新型能源应用中采用储能技术的用户给予高额的税收抵扣，这些政策极大地提升了供电商和用电单位的储能意愿。德国也很早就采用低利息和直接补贴的方法，促进储能设备在新型能源中的应用，直接补贴的额度能达到初始成本的20%，这些政策推动了分布式光伏在普通家庭中的普及。英国、日本等国家更是采取了不同的财政税收和补贴计划，降低用户的初始成本，促进储能技术的不断发展。

1.2国内对储能技术的应用

2024年，政府工作报告中明确表示，要鼓励大型风电光伏基地及电力外送通道的建设，推动分布式能源的开发利用，促进储能发展。据统计，2022年各地区投运的储能规模约870万千瓦/1805万千瓦时，具体分布如图1。

随着我国储能技术的推广和商业化应用模式的不断发展，能源侧配建储能、输送侧独立储能、用户侧分散储能等多元应用并存。然而，储能技术在用户侧分布式能源的研发和应用正处于快速发展阶段，国家对储能技术在新型能源系统中的应用政策还未成体系，应用示范项目需要政府的持续跟进和用户的及时反馈，投资者也需紧跟政府的政策引导，加大投资力度。

1.3新型能源系统的优劣分析

新型能源系统可以集合风能、水能、太阳能等可再生资源，采用相匹配的装置进行能源供给，满足不同用户的电、热等需求。新型能源系统的优点十分明显。它分散性强、应用广泛、操作便捷，能够有效解决可再生能源的开发与需求位置分布不一致的问题。

分布式电力系统布设在用户附近，降低传输电压，减少在升压、传输和降压过程中的输配电损失。经过多年的电网升级改造，我国目前的电力供应稳定可靠，用户用电基本不受自然条件的影响，很少出现断电的情况，新型能源系统在国内经济发达地区应用较少。因此，分布式储能在国内具有广泛的应用市场，可以在相关政策的支持下实现快速发展。

小规模分散式能源存在的问题是能源系统的投资成本较高，需要较长的回收期。例如，在国家的补贴政策下，分布式光伏才逐渐被广大用户接受，如果在光伏的基础上加上储能系统，则需要人员进行安装和维护，将大幅增加经费支出、降低用户黏度。

2储能对新型能源系统的调配作用

当前分布式光伏系统呈现出单台机组装机容量小，但整体机组数额巨大的特点，众多的小容量光伏通过累积，共同对大电网形成了冲击。

为建成传输便捷、调配智能的电网，实现稳定、安全的供电目标，需要配套相应的储能设备对电网进行调节，可由新型能源系统直接调度，为电网提供错峰、调频、平滑出力、备用能源等多种服务。

储能技术在新型能源系统中应用，能有效提高可再生能源的占比，平衡电力系统的峰谷差，解决电网系统发电侧和用户侧波动大的问题，实现供给侧和需求侧的优化管理。

储能技术是改善电能质量、提高电网稳定性和安全性、降低电网运行成本的关键技术。随着储能技术的飞速发展，储能设备成本将快速下降，分布式储能应用的经济优势会越来越明显。这将对传统的供配电系统规划、设计、施工、调度、控制，甚至对能源利用方式等带来的变化。

3储能在新型能源系统中的应用发展

随着储能技术的多元化发展，未来不同的应用场景和应用类型都将不断涌现，各地可以因地制宜地采用合适的储能技术。

3.1储能技术的应用场景。

从新型能源的应用方式的角度而言，储能技术应用可分为能量型应用和功率型应用，能量型应用（如能量转移）对储能设备的响应时间要求不高，但是对放电时长要求较高；功率型应用（如系统调频）要求较快的响应时间，但对放电时间要求不高。

从新型能源应用的整体角度而言，储能技术应用可分为能源侧、输送侧和用户侧三个方面。能源侧能量时移，大规模开发消纳电力场景下，储能可以发挥其自身的新能源消纳能力，以及平滑的能源出力、调峰、调频、调压等能力。输送侧在偏远地区等电网末端的场景下，新型储能可以发挥保障电力不间断供应、减少输变电初期投资的作用。用户侧供电可靠性应急救援应用场景下，如高安全性的锂离子电池、液流电池、固态锂电池等高能量密度的储能技术可以发挥其自身的优势，为能源的传输和储存提供支持。

3.2储能技术发展布局

随着经济的不断发展，我国的电力需求将持续增长，总体增量会保持在4%至5%。同时，全国范围内的用电需求不平衡，部分区域用电高峰时段存在用电紧张的情况，储能技术可以在一定程度上代替传统火电电源，为系统提供可靠的电能容量，进行供电和提供备用电源，新型电力系统展望图如下。

此外，随着光伏装机容量的增加，电网系统的特性会发生明显的变化，部分地区将会出现发电高峰时的光伏发电消纳问题。相关人员应结合建筑、交通、农业的发展，重新布局建设新型储能设备，充分利用储能技术解决新能源发电的消纳问题。

在未来远距离的风力发电中，大规模风电光伏发电基地的汇聚并网难度会变大，发电基地的开发和外送需要储能技术的支撑。相关人员应充分发挥储能技术的优势，实现能源消纳、容量支撑、运行保障、长尺度能量转移等。

4安科瑞Acrel-2000ES储能能量管理系统解决方案

4.1概述

安科瑞Acrel-2000ES储能能量管理系统具有完善的储能监控与管理功能，涵盖了储能系统设备(PCS、BMS、电表、消防、空调等)的详细信息，实现了数据采集、数据处理、数据存储、数据查询与分析、可视化监控、报警管理、统计报表等功能。在应用上支持能量调度，具备计划曲线、削峰填谷、需量控制、备用电源等控制功能。系统对电池组性能进行实时监测及历史数据分析、根据分析结果采用智能化的分配策略对电池组进行充放电控制，优化了电池性能，提高电池寿命。系统支持Windows操作系统，数据库采用SQLServer。本系统既可以用于储能一体柜，也可以用于储能集装箱，是专门用于储能设备管理的一套软件系统平台。

4.2适用场合

系统可应用于城市、高速公路、工业园区、工商业区、居民区、智能建筑、海岛、无电地区可再生能源系统监控和能量管理需求。

工商业储能四大应用场景

1）工厂与商场：工厂与商场用电习惯明显，安装储能以进行削峰填谷、需量管理，能够降低用电成本，并充当后备电源应急；

2）光储充电站：光伏自发自用、供给电动车充电站能源，储能平抑大功率充电站对于电网的冲击；

3）微电网：微电网具备可并网或离网运行的灵活性，以工业园区微网、海岛微网、偏远地区微网为主，储能起到平衡发电供应与用电负荷的作用；

4）新型应用场景：工商业储能探索融合发展新场景，已出现在5G基站、换电重卡、港口岸电等众多应用场景。

4.3系统结构

4.4系统功能

4.4.1实时监测

微电网能量管理系统人机界面友好，应能够以系统一次电气图的形式直观显示各电气回路的运行状态，实时监测各回路电压、电流、功率、功率因数等电参数信息，动态监视各回路断路器、隔离开关等合、分闸状态及有关故障、告警等信号。其中，各子系统回路电参量主要有：三相电流、三相电压、总有功功率、总无功功率、总功率因数、频率和正向有功电能累计值；状态参数主要有：开关状态、断路器故障脱扣告警等。

系统应可以对分布式电源、储能系统进行发电管理，使管理人员实时掌握发电单元的出力信息、收益信息、储能荷电状态及发电单元与储能单元运行功率设置等。

系统应可以对储能系统进行状态管理，能够根据储能系统的荷电状态进行及时告警，并支持定期的电池维护。

微电网能量管理系统的监控系统界面包括系统主界面，包含微电网光伏、风电、储能、充电桩及总体负荷组成情况，包括收益信息、天气信息、节能减排信息、功率信息、电量信息、电压电流情况等。根据不同的需求，也可将充电，储能及光伏系统信息进行显示。

图2系统主界面

子界面主要包括系统主接线图、光伏信息、风电信息、储能信息、充电桩信息、通讯状况及一些统计列表等。

光伏界面

图3光伏系统界面

本界面用来展示对光伏系统信息，主要包括逆变器直流侧、交流侧运行状态监测及报警、逆变器及电站发电量统计及分析、并网柜电力监测及发电量统计、电站发电量年有效利用小时数统计、发电收益统计、碳减排统计、辐照度/风力/环境温湿度监测、发电功率模拟及效率分析；同时对系统的总功率、电压电流及各个逆变器的运行数据进行展示。

储能界面

图4储能系统界面

本界面主要用来展示本系统的储能装机容量、储能当前充放电量、收益、SOC变化曲线以及电量变化曲线。

图5储能系统PCS参数设置界面

本界面主要用来展示对PCS的参数进行设置，包括开关机、运行模式、功率设定以及电压、电流的限值。

图6储能系统BMS参数设置界面

本界面用来展示对BMS的参数进行设置，主要包括电芯电压、温度保护限值、电池组电压、电流、温度限值等。

图7储能系统PCS电网侧数据界面

本界面用来展示对PCS电网侧数据，主要包括相电压、电流、功率、频率、功率因数等。

图8储能系统PCS交流侧数据界面

本界面用来展示对PCS交流侧数据，主要包括相电压、电流、功率、频率、功率因数、温度值等。同时针对交流侧的异常信息进行告警。

图9储能系统PCS直流侧数据界面

本界面用来展示对PCS直流侧数据，主要包括电压、电流、功率、电量等。同时针对直流侧的异常信息进行告警。

图10储能系统PCS状态界面

本界面用来展示对PCS状态信息，主要包括通讯状态、运行状态、STS运行状态及STS故障告警等。

图11储能电池状态界面

本界面用来展示对BMS状态信息，主要包括储能电池的运行状态、系统信息、数据信息以及告警信息等，同时展示当前储能电池的SOC信息。

图12储能电池簇运行数据界面

本界面用来展示对电池簇信息，主要包括储能各模组的电芯电压与温度，并展示当前电芯的电压、温度值及所对应的位置。

风电界面

图13风电系统界面

本界面用来展示对风电系统信息，主要包括逆变控制一体机直流侧、交流侧运行状态监测及报警、逆变器及电站发电量统计及分析、电站发电量年有效利用小时数统计、发电收益统计、碳减排统计、风速/风力/环境温湿度监测、发电功率模拟及效率分析；同时对系统的总功率、电压电流及各个逆变器的运行数据进行展示。

充电桩界面

图14充电桩界面

本界面用来展示对充电桩系统信息，主要包括充电桩用电总功率、交直流充电桩的功率、电量、电量费用，变化曲线、各个充电桩的运行数据等。

视频监控界面

图15微电网视频监控界面

本界面主要展示系统所接入的视频画面，且通过不同的配置，实现预览、回放、管理与控制等。

4.4.2发电预测

系统应可以通过历史发电数据、实测数据、未来天气预测数据，对分布式发电进行短期、超短期发电功率预测，并展示合格率及误差分析。根据功率预测可进行人工输入或者自动生成发电计划，便于用户对该系统新能源发电的集中管控。

图16光伏预测界面

4.4.3策略配置

系统应可以根据发电数据、储能系统容量、负荷需求及分时电价信息，进行系统运行模式的设置及不同控制策略配置。如削峰填谷、周期计划、需量控制、有序充电、动态扩容等。

图17策略配置界面

4.4.4运行报表

应能查询各子系统、回路或设备规定时间的运行参数，报表中显示电参量信息应包括：各相电流、三相电压、总功率因数、总有功功率、总无功功率、正向有功电能等。

图18运行报表

4.4.5实时报警

应具有实时报警功能，系统能够对各子系统中的逆变器、双向变流器的启动和关闭等遥信变位，及设备内部的保护动作或事故跳闸时应能发出告警，应能实时显示告警事件或跳闸事件，包括保护事件名称、保护动作时刻；并应能以弹窗、声音、短信和电话等形式通知相关人员。

图19实时告警

4.4.6历史事件查询

应能够对遥信变位，保护动作、事故跳闸，以及电压、电流、功率、功率因数、电芯温度（锂离子电池）、压力（液流电池）、光照、风速、气压越限等事件记录进行存储和管理，方便用户对系统事件和报警进行历史追溯，查询统计、事故分析。

图20历史事件查询

4.4.7电能质量监测

应可以对整个微电网系统的电能质量包括稳态状态和暂态状态进行持续监测，使管理人员实时掌握供电系统电能质量情况，以便及时发现和消除供电不稳定因素。

1）在供电系统主界面上应能实时显示各电能质量监测点的监测装置通信状态、各监测点的A/B/C相电压总畸变率、三相电压不平衡度和正序/负序/零序电压值、三相电流不平衡度和正序/负序/零序电流值；

2）谐波分析功能：系统应能实时显示A/B/C三相电压总谐波畸变率、A/B/C三相电流总谐波畸变率、奇次谐波电压总畸变率、奇次谐波电流总畸变率、偶次谐波电压总畸变率、偶次谐波电流总畸变率；应能以柱状图展示2-63次谐波电压含有率、2-63次谐波电压含有率、0.5～63.5次间谐波电压含有率、0.5～63.5次间谐波电流含有率；

3）电压波动与闪变：系统应能显示A/B/C三相电压波动值、A/B/C三相电压短闪变值、A/B/C三相电压长闪变值；应能提供A/B/C三相电压波动曲线、短闪变曲线和长闪变曲线；应能显示电压偏差与频率偏差；

4）功率与电能计量：系统应能显示A/B/C三相有功功率、无功功率和视在功率；应能显示三相总有功功率、总无功功率、总视在功率和总功率因素；应能提供有功负荷曲线，包括日有功负荷曲线（折线型）和年有功负荷曲线（折线型）；

5）电压暂态监测：在电能质量暂态事件如电压暂升、电压暂降、短时中断发生时，系统应能产生告警，事件能以弹窗、闪烁、声音、短信、电话等形式通知相关人员；系统应能查看相应暂态事件发生前后的波形。

6）电能质量数据统计：系统应能显示1min统计整2h存储的统计数据，包括均值、95%概率值、方均根值。

7）事件记录查看功能：事件记录应包含事件名称、状态（动作或返回）、波形号、越限值、故障持续时间、事件发生的时间。

图21微电网系统电能质量界面

4.4.8遥控功能

应可以对整个微电网系统范围内的设备进行远程遥控操作。系统维护人员可以通过管理系统的主界面完成遥控操作，并遵循遥控预置、遥控返校、遥控执行的操作顺序，可以及时执行调度系统或站内相应的操作命令。

图22遥控功能

4.4.9曲线查询

应可在曲线查询界面，可以直接查看各电参量曲线，包括三相电流、三相电压、有功功率、无功功率、功率因数、SOC、SOH、充放电量变化等曲线。

图23曲线查询

4.4.10统计报表

具备定时抄表汇总统计功能，用户可以自由查询自系统正常运行以来任意时间段内各配电节点的用电情况，即该节点进线用电量与各分支回路消耗电量的统计分析报表。对微电网与外部系统间电能量交换进行统计分析；对系统运行的节能、收益等分析；具备对微电网供电可靠性分析，包括年停电时间、年停电次数等分析；具备对并网型微电网的并网点进行电能质量分析。

图24统计报表

4.4.11网络拓扑图

系统支持实时监视接入系统的各设备的通信状态，能够完整的显示整个系统网络结构；可在线诊断设备通信状态，发生网络异常时能自动在界面上显示故障设备或元件及其故障部位。

图25微电网系统拓扑界面

本界面主要展示微电网系统拓扑，包括系统的组成内容、电网连接方式、断路器、表计等信息。

4.4.12通信管理

可以对整个微电网系统范围内的设备通信情况进行管理、控制、数据的实时监测。系统维护人员可以通过管理系统的主程序右键打开通信管理程序，然后选择通信控制启动所有端口或某个端口，快速查看某设备的通信和数据情况。通信应支持ModbusRTU、ModbusTCP、CDT、IEC60870-5-101、IEC60870-5-103、IEC60870-5-104、MQTT等通信规约。

图26通信管理

4.4.13用户权限管理

应具备设置用户权限管理功能。通过用户权限管理能够防止未经授权的操作（如遥控操作，运行参数修改等）。可以定义不同级别用户的登录名、密码及操作权限，为系统运行、维护、管理提供可靠的安全保障。

图27用户权限

4.4.14故障录波

应可以在系统发生故障时，自动准确地记录故障前、后过程的各相关电气量的变化情况，通过对这些电气量的分析、比较，对分析处理事故、判断保护是否正确动作、提高电力系统安全运行水平有着重要作用。其中故障录波共可记录16条，每条录波可触发6段录波，每次录波可记录故障前8个周波、故障后4个周波波形，总录波时间共计46s。每个采样点录波至少包含12个模拟量、10个开关量波形。

图28故障录波

4.4.15事故追忆

可以自动记录事故时刻前后一段时间的所有实时扫描数据，包括开关位置、保护动作状态、遥测量等，形成事故分析的数据基础。

用户可自定义事故追忆的启动事件，当每个事件发生时，存储事故10个扫描周期及事故后10个扫描周期的有关点数据。启动事件和监视的数据点可由用户规定和随意修改。

图29事故追忆

4.5系统硬件配置清单

5结论

储能属于新兴产业，具有技术路线广、应用场景多、创新速度快等特点。在当前能源市场中，相关人员应充分发挥市场竞争优势，建立完善的储能体系，创新能源服务模式，最终建成全国范围内的能源网络系统，优化能源配置、实现共享互补。

参考文献:

[1]电力规划设计总院.中国新型储能发展报告2023[M].北京:人民日报出版社,2023.

[2]江亿.光储直柔—助力实现零碳电力的新型建筑配电系统[J].暖通空调,2021,51(10):1-12.

[3]李建林,修晓青,惠东等.储能系统关键技术及其在微网中的应用[M].北京:中国电力出版社,2016.

[4]张剑辉,钱昊等.储能系统集成技术与工程实践[M].北京:化学工业出版社,2023.

[5]李伟华,王军杰.分布式储能在新型能源系统中的应用分析.

[6]安科瑞企业微电网设计与应用手册.2022年05版.