分布式風(fēng)儲(chǔ)系統(tǒng)與配電網(wǎng)間的協(xié)同運(yùn)行控制研究

分布式風(fēng)儲(chǔ)系統(tǒng)與配電網(wǎng)間的協(xié)同運(yùn)行控制研究隨著能源資源的持續(xù)減少和全球溫室氣體排放量的急劇增加，新能源技術(shù)的發(fā)展越來(lái)越受到人們的關(guān)注。風(fēng)能是一種十分重要的新能源，在全球范圍內(nèi)得到廣泛應(yīng)用。然而，由于風(fēng)能的不可控性，風(fēng)電場(chǎng)的電力輸出存在波動(dòng)，這給電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)了不小的挑戰(zhàn)。為了解決這一問(wèn)題，分布式風(fēng)儲(chǔ)系統(tǒng)被提出并得到了廣泛關(guān)注。本文將從分布式風(fēng)儲(chǔ)系統(tǒng)與配電網(wǎng)間的協(xié)同運(yùn)行控制這一方面入手，介紹分布式風(fēng)儲(chǔ)系統(tǒng)的工作原理、協(xié)同運(yùn)行控制研究的現(xiàn)狀和未來(lái)發(fā)展方向。

一、分布式風(fēng)儲(chǔ)系統(tǒng)的工作原理

分布式風(fēng)儲(chǔ)系統(tǒng)是一種集風(fēng)能發(fā)電和能量?jī)?chǔ)存于一體的綜合性系統(tǒng)。該系統(tǒng)由風(fēng)能發(fā)電機(jī)組、儲(chǔ)能裝置以及能量控制與管理系統(tǒng)三部分組成。風(fēng)能發(fā)電機(jī)組通過(guò)葉片旋轉(zhuǎn)捕捉風(fēng)能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，并通過(guò)電機(jī)轉(zhuǎn)換成電能輸出。儲(chǔ)能裝置分為化學(xué)儲(chǔ)能、機(jī)械儲(chǔ)能和電場(chǎng)儲(chǔ)能等多種形式，用于儲(chǔ)存風(fēng)能發(fā)電過(guò)程中的過(guò)剩能量。能量控制與管理系統(tǒng)則負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)儲(chǔ)能系統(tǒng)的狀態(tài)，根據(jù)電力網(wǎng)絡(luò)的需求調(diào)節(jié)發(fā)電、儲(chǔ)能并互相協(xié)調(diào)運(yùn)行。該系統(tǒng)的工作原理如下圖所示。

（圖片來(lái)源：ref1）

二、協(xié)同運(yùn)行控制研究的現(xiàn)狀

為了實(shí)現(xiàn)分布式風(fēng)儲(chǔ)系統(tǒng)和配電網(wǎng)間的協(xié)同運(yùn)行控制，需要解決多種技術(shù)問(wèn)題，如能量管理和協(xié)調(diào)運(yùn)行等。當(dāng)前研究主要集中在以下幾個(gè)方面。

1.系統(tǒng)優(yōu)化控制

分布式風(fēng)儲(chǔ)系統(tǒng)和配電網(wǎng)采用多種能源資源，如風(fēng)能、光能、電池存儲(chǔ)等，其復(fù)雜度較高。為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)最優(yōu)化調(diào)度，需要建立合適的系統(tǒng)模型和控制算法。目前，改進(jìn)光伏-風(fēng)電-電池電能系統(tǒng)的協(xié)同控制方法得到了較好的應(yīng)用。同時(shí)，將協(xié)調(diào)控制和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)優(yōu)化相結(jié)合的方法被廣泛關(guān)注，通過(guò)合理的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和控制策略，可以有效提高系統(tǒng)的效率和穩(wěn)定性。

2.能量管理與儲(chǔ)能控制

在分布式風(fēng)儲(chǔ)系統(tǒng)中，儲(chǔ)能裝置是非常重要的組成部分。通過(guò)對(duì)電池的管理和充放電控制等，可以提高其儲(chǔ)能效率和壽命。目前，通過(guò)控制充電、放電速度、控制充放電時(shí)間等方法，可以有效提高電池的使用效率，延長(zhǎng)電池壽命。同時(shí)，運(yùn)用機(jī)器學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)方法優(yōu)化儲(chǔ)能策略，提高能量利用效率，是當(dāng)前的研究熱點(diǎn)。

3.市場(chǎng)優(yōu)化與協(xié)同調(diào)度

隨著能源互聯(lián)網(wǎng)的逐步形成，分布式風(fēng)儲(chǔ)系統(tǒng)和配電網(wǎng)之間采用去中心化的市場(chǎng)交易方式已成為研究熱點(diǎn)。當(dāng)前，采用基于合約的分布式投標(biāo)策略，通過(guò)市場(chǎng)定價(jià)等方式實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)協(xié)同調(diào)度。同時(shí)，針對(duì)智能化需求響應(yīng)和場(chǎng)景控制等問(wèn)題，也需要進(jìn)一步完善市場(chǎng)機(jī)制，加強(qiáng)對(duì)市場(chǎng)協(xié)同調(diào)度的理解和研究。

三、未來(lái)發(fā)展方向

1.提高儲(chǔ)能效率

在分布式風(fēng)儲(chǔ)系統(tǒng)中，儲(chǔ)能裝置是能量存儲(chǔ)與調(diào)節(jié)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在未來(lái)的研究中，可以通過(guò)全面優(yōu)化儲(chǔ)能系統(tǒng)的構(gòu)建和管理，提高儲(chǔ)能效率和壽命，推動(dòng)分布式風(fēng)儲(chǔ)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展。

2.完善市場(chǎng)機(jī)制

分布式風(fēng)儲(chǔ)系統(tǒng)和配電網(wǎng)之間的市場(chǎng)交易方式正在逐步清晰，但隨著市場(chǎng)變化和真實(shí)需求的發(fā)生變化，市場(chǎng)機(jī)制也需要進(jìn)一步完善和調(diào)整。未來(lái)的研究應(yīng)注重市場(chǎng)機(jī)制的理解與建設(shè)，考慮對(duì)市場(chǎng)的政策扶持，促進(jìn)市場(chǎng)合理競(jìng)爭(zhēng)的發(fā)展，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的合理運(yùn)行。

3.探索協(xié)同控制

未來(lái)的分布式風(fēng)儲(chǔ)系統(tǒng)和配電網(wǎng)需要提升其互聯(lián)互通能力，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)間協(xié)同控制。當(dāng)前的研究主要注重對(duì)單個(gè)系統(tǒng)的管理與控制，未來(lái)需要發(fā)展針對(duì)多個(gè)系統(tǒng)的協(xié)同控制方法，并探尋其應(yīng)用前景。

四、結(jié)論

風(fēng)能作為一種重要的新能源，其發(fā)電不穩(wěn)定性給系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)挑戰(zhàn)。分布式風(fēng)儲(chǔ)系統(tǒng)的出現(xiàn)，有效解決了風(fēng)能儲(chǔ)能和穩(wěn)定輸出等問(wèn)題。分布式風(fēng)儲(chǔ)系統(tǒng)和配電網(wǎng)之間協(xié)同運(yùn)行控制的研究成果豐碩，未來(lái)的研究應(yīng)注重提高儲(chǔ)能系統(tǒng)效率、完善市場(chǎng)機(jī)制以及探索協(xié)同控制，實(shí)現(xiàn)分布式風(fēng)儲(chǔ)系統(tǒng)的高效運(yùn)行和可持續(xù)發(fā)展。隨著環(huán)境保護(hù)意識(shí)的不斷提高和能源資源的持續(xù)減少，新能源技術(shù)的發(fā)展越來(lái)越受到人們的關(guān)注。風(fēng)能作為一種十分重要的新能源，在全球范圍內(nèi)得到廣泛應(yīng)用。根據(jù)國(guó)際能源署發(fā)布的《2020年風(fēng)能展望》報(bào)告，預(yù)計(jì)到2030年，全球風(fēng)電裝機(jī)容量將達(dá)到2040年的四倍以上，達(dá)到了1700GW（吉瓦）。風(fēng)力發(fā)電的產(chǎn)量將從2019年的11340億千瓦時(shí)增加到2040年的46500億千瓦時(shí)。

然而，由于風(fēng)速和方向的不可控性，風(fēng)電場(chǎng)的電力輸出存在波動(dòng)，這給電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)了不小的挑戰(zhàn)。為了解決這一問(wèn)題，分布式風(fēng)儲(chǔ)系統(tǒng)被提出并得到了廣泛關(guān)注。分布式風(fēng)儲(chǔ)系統(tǒng)可以有效地應(yīng)對(duì)風(fēng)電場(chǎng)電力波動(dòng)，使其成為可靠的電力供應(yīng)，同時(shí)也可以提高風(fēng)電場(chǎng)的運(yùn)行效率。本文將從全球范圍內(nèi)分布式風(fēng)儲(chǔ)系統(tǒng)的裝機(jī)容量、市場(chǎng)規(guī)模以及技術(shù)進(jìn)展等方面入手，進(jìn)行詳細(xì)的數(shù)據(jù)分析和總結(jié)。

一、全球范圍內(nèi)分布式風(fēng)儲(chǔ)系統(tǒng)的裝機(jī)容量

據(jù)國(guó)際能源署的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，全球裝有風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的總裝機(jī)容量已經(jīng)從2004年的47GW增長(zhǎng)至2020年的733GW。隨著新能源技術(shù)的不斷成熟和市場(chǎng)需求的增長(zhǎng)，分布式風(fēng)儲(chǔ)系統(tǒng)的裝機(jī)容量也在不斷增加。以下是全球主要國(guó)家和地區(qū)分布式風(fēng)儲(chǔ)系統(tǒng)的裝機(jī)容量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)（截至2020年）。

|國(guó)家/地區(qū)|裝機(jī)容量（MW）|

|------------------|----------------|

|德國(guó)|38,158|

|美國(guó)|28,662|

|日本|11,400|

|意大利|8,018|

|中國(guó)|7,677|

|西班牙|7,202|

|法國(guó)|5,237|

|英國(guó)|5,164|

|南韓|2,549|

|全球（總裝機(jī)容量）|380,000|

由以上數(shù)據(jù)可知，德國(guó)、美國(guó)和日本是全球分布式風(fēng)儲(chǔ)系統(tǒng)裝機(jī)容量排名前三的國(guó)家和地區(qū)，其余國(guó)家和地區(qū)裝機(jī)容量總體相對(duì)較低。發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)的分布式風(fēng)儲(chǔ)系統(tǒng)裝機(jī)容量較多，但新興經(jīng)濟(jì)體和發(fā)展中國(guó)家的分布式風(fēng)儲(chǔ)系統(tǒng)裝機(jī)容量也在不斷增加。

二、全球范圍內(nèi)分布式風(fēng)儲(chǔ)市場(chǎng)規(guī)模

隨著分布式風(fēng)儲(chǔ)系統(tǒng)的普及和市場(chǎng)需求的增長(zhǎng)，其市場(chǎng)規(guī)模也在不斷擴(kuò)大。分布式風(fēng)儲(chǔ)系統(tǒng)的市場(chǎng)規(guī)模主要包括分布式風(fēng)儲(chǔ)設(shè)備市場(chǎng)和分布式風(fēng)儲(chǔ)服務(wù)市場(chǎng)。以下是全球范圍內(nèi)分布式風(fēng)儲(chǔ)市場(chǎng)規(guī)模的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)（截至2020年）。

1.分布式風(fēng)儲(chǔ)設(shè)備市場(chǎng)

分布式風(fēng)儲(chǔ)設(shè)備市場(chǎng)是指生產(chǎn)和銷售分布式風(fēng)儲(chǔ)系統(tǒng)和組件的市場(chǎng)。隨著分布式風(fēng)儲(chǔ)技術(shù)的不斷成熟和普及，市場(chǎng)規(guī)模也不斷擴(kuò)大。下表為全球分布式風(fēng)儲(chǔ)設(shè)備市場(chǎng)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)（截至2020年）。

|類別|市場(chǎng)規(guī)模（億美元）|

|------------|------------------|

|風(fēng)力發(fā)電機(jī)|6.93|

|儲(chǔ)能設(shè)備|8.09|

|其他|3.26|

|合計(jì)|18.28|

由以上數(shù)據(jù)可知，分布式風(fēng)儲(chǔ)設(shè)備市場(chǎng)規(guī)模較大，約為18.28億美元。其中，儲(chǔ)能設(shè)備市場(chǎng)規(guī)模最大，約為8.09億美元。未來(lái)，隨著風(fēng)力發(fā)電和儲(chǔ)能技術(shù)的不斷發(fā)展，分布式風(fēng)儲(chǔ)設(shè)備市場(chǎng)的規(guī)模還有望進(jìn)一步擴(kuò)大和壯大。

2.分布式風(fēng)儲(chǔ)服務(wù)市場(chǎng)

分布式風(fēng)儲(chǔ)服務(wù)市場(chǎng)是指提供分布式風(fēng)儲(chǔ)系統(tǒng)服務(wù)和解決方案的市場(chǎng)，包括調(diào)度控制、設(shè)備維護(hù)和保養(yǎng)、在線監(jiān)測(cè)等服務(wù)。隨著分布式風(fēng)儲(chǔ)技術(shù)的應(yīng)用和普及，分布式風(fēng)儲(chǔ)服務(wù)市場(chǎng)也在逐漸擴(kuò)大。以下是全球分布式風(fēng)儲(chǔ)服務(wù)市場(chǎng)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)（截至2020年）。

|類別|市場(chǎng)規(guī)模（億美元）|

|----------------|------------------|

|系統(tǒng)整合和建設(shè)|17.60|

|運(yùn)營(yíng)與維護(hù)|14.52|

|咨詢|1.86|

|其他|1.28|

|合計(jì)|35.26|

從以上數(shù)據(jù)可以看出，分布式風(fēng)儲(chǔ)服務(wù)市場(chǎng)規(guī)模相對(duì)較大，約為35.26億美元。其中，系統(tǒng)整合和建設(shè)市場(chǎng)規(guī)模最大，約占總市場(chǎng)規(guī)模的50%以上。未來(lái)，隨著分布式風(fēng)儲(chǔ)系統(tǒng)應(yīng)用的廣泛和越來(lái)越多企業(yè)的進(jìn)入，分布式風(fēng)儲(chǔ)服務(wù)市場(chǎng)的規(guī)模還有望進(jìn)一步擴(kuò)大和增長(zhǎng)。

三、全球范圍內(nèi)分布式風(fēng)儲(chǔ)技術(shù)進(jìn)展

隨著新能源技術(shù)不斷發(fā)展，分布式風(fēng)儲(chǔ)技術(shù)也不斷得到改善和升級(jí)。以下是全球范圍內(nèi)分布式風(fēng)儲(chǔ)技術(shù)進(jìn)展的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)（截至2020年）。

1.儲(chǔ)能技術(shù)

儲(chǔ)能技術(shù)是分布式風(fēng)儲(chǔ)系統(tǒng)中的核心技術(shù)之一，其發(fā)展趨勢(shì)日趨成熟。隨著新能源技術(shù)的進(jìn)一步推進(jìn)，分布式風(fēng)儲(chǔ)系統(tǒng)的儲(chǔ)能技術(shù)也不斷升級(jí)。以下是全球主要的儲(chǔ)能技術(shù)及其占比情況。

|儲(chǔ)能技術(shù)|占比情況|

|-------------|----------|

|鋰離子電池|35.3%|

|鈉硫電池|15.3%|

|壓縮空氣儲(chǔ)能|13.1%|

|鉛酸電池|10.8%|

|液態(tài)流電池|8.7%|

|超級(jí)電容器|6.8%|

|其他|10%|

由以上數(shù)據(jù)可知，鋰離子電池是全球分布式風(fēng)儲(chǔ)系統(tǒng)中使用最為廣泛的儲(chǔ)能技術(shù)，占比超過(guò)35%。此外，鈉硫電池、壓縮空氣儲(chǔ)能和鉛酸電池也有較大的市場(chǎng)占有率。

2.轉(zhuǎn)換效率

分布式風(fēng)儲(chǔ)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換效率是其運(yùn)行效率和成本效益的重要指標(biāo)。隨著分布式風(fēng)儲(chǔ)技術(shù)的不斷升級(jí)和改進(jìn)，其轉(zhuǎn)換效率也在不斷提高。以下是全球分布式風(fēng)儲(chǔ)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換效率統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)（截至2020年）。

|轉(zhuǎn)換效率|統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)|

|----------------|------------|

|風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)換效率|>98%|

|儲(chǔ)能裝置轉(zhuǎn)換效率|85%-95%|

|逆變器轉(zhuǎn)換效率|95%-98.