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由于储能可作为电源或负荷的双向特性,对于接入电源侧储能,在电力平衡过程中考虑:当分布式电源最大出力时,储能可作为负出力的电源;分布式电源最小出力时,储能可作为正出力的电源。分布式电源分为可控电源与不可控电源两类。在电力平衡分析中,将分布式电源出力拆分为可控电源出力与不可控电源出力,其中不可控电源出力需考虑一定的出力置信度。
可控分布式电源主要包含分布式燃机、生物质发电等。对于仅考虑可控分布式电源叠加储能后的电力平衡分析表,详见表1。
表 1 可控分布式电源与储能接入后电力平衡分析表
Table 1. Power balance analysis table after access of controllable distributed power supply and energy storage
项目名称 函数 全社会最大负荷 Lmax 全社会最小负荷 Lmin 可控分布式电源最大出力 PKmax 可控分布式电源最小出力 PKmin 储能 PB N-1工况电源出力 PK(n-1) 电力盈亏(大方式) Dmax 电力盈亏(小方式) Dmin 电力盈亏(N-1工况) Dn-1 大方式下,电力盈亏:
$$ D_{\max }=L_{\max }-P_{{\rm{K}}_{\min} }-{P_{\rm{B}}} $$ (1) 电源N-1工况下,电力盈亏:
$$ D_{n-1}=L_{\text {max }}-{P_{\rm{B}}}-P_{{\rm{K}}{(n-1)}} $$ (2) 小方式下,电力盈亏:
$$ D_{\min }=L_{\min }-P_{{\rm{K}}_{\max}}+{P_{\rm{B}}} $$ (3) 不可控分布式电源主要包含光伏发电、风力发电等,考虑到风光满发概率很小,应合理考虑置信区间内的风光出力大小。分布式电源置信度出力可选取地区该类分布式电源的历史出力数据,样本数据按整点时刻分组,形成一定置信区间下的分布式电源日出力曲线。
其中分布式电源置信度出力指[13]:分布式电源出力在一定的置信区间下的预测值,可参考历史整点时刻出力数据,形成概率分布模型。
在开展电力平衡分析时,根据地区资源禀赋特点,主要考虑2种典型场景:
1)不可控分布式电源以光伏发电为主,负荷高峰常出现于夏季与春秋季日间,储能考虑作为正出力电源,详见表2。
表 2 不可控分布式电源+储能的电力平衡分析表(日间)
Table 2. Power balance analysis table of uncontrollable distributed power supply + energy storage (daytime)
项目名称 函数 日间最大负荷 LDmax 日间最小负荷 LDmin 可控分布式电源最大出力 PKmax 可控分布式电源最小出力 PKmin 不可控分布式电源置信度出力 光伏PNPV 分布式电源最大出力 PDmax 储能功率 PB 电力盈亏(日间大方式) DDmax 电力盈亏(日间小方式) DDmin $$ \text { 分布式电源最大出力 } P_{\mathrm{D} \max }=P_{{\rm{K}}_{\max}}+ P_{\mathrm{NPV}} $$ (4) $$ \text { 日间大方式下, } D_{{\rm{D}}_{\max }}=L_{{\rm{D}}_{\max }}-P_{{\rm{K}}_{\min}}-{P_{\rm{B}}} $$ (5) $$ \text { 日间小方式下, } D_{{\rm{D}}_{\min }}=L_{{\rm{D}}_{\min }}-P_{\mathrm{Dmax} }-{P_{\rm{B}}} $$ (6) 2)不可控分布式电源以风电为主,负荷高峰常出现于冬季夜间,储能考虑作为负出力电源,详见表3。
表 3 不可控分布式电源接入后电力平衡分析表(夜间)
Table 3. Power balance analysis table after uncontrollable distributed power supply access (night)
项目名称 函数 夜间最大负荷 LNmax 夜间最小负荷 LNmin 可控分布式电源最大出力 PKmax 可控分布式电源最小出力 PKmin 不可控分布式电源置信度出力 风电PNW 分布式电源最大出力 PNmax 电力盈亏(夜间大方式) DNmax 电力盈亏(夜间小方式) DNmin 储能功率 PB $$ \text { 分布式电源最大出力 } P_{\mathrm{N} \max }= P_{{\rm{K}}_{\max}}+P_{{\mathrm{NW}}} $$ (7) $$ \text { 夜间大方式下, } D_{{\rm{N}} \max }=L_{\mathrm{N} \max }-P_{{\rm{K}}_{\min} }+{P_{\rm{B}}} $$ (8) $$ \text { 夜间小方式下, } D_{{\rm{N}}_{\min }}=L_{{\rm{N}}_{\min }}-P_{\mathrm{N} \max }+{P_{\rm{B}}} $$ (9) -
当配电网有一定规模新能源接入时,由于装机容量、所处地理位置不同,各电站同一时刻叠加后有效出力与总装机相比较小。同时,在确定某分区电网可消纳新能源出力时,应依据该电力分区上级主变的配置容量及对应主变允许上送潮流确定原则限额。随着新能源规模持续增长,新能源大发时段下若配电网系统净负荷低于常规机组最小出力,则需要采取弃风弃光等调峰措施,通过储能配置可提高新能源的消纳能力[14-15]。考虑配电网新能源消纳的储能优化配置策略如下:
1)收集地区历史数据,根据最近5—10年的新能源出力特性得到新能源最大有效出力,以及常规机组出力、原始负荷数据等。
2)结合配电网可靠性分析及网损影响等条件确定新能源的接入方式。
3)根据国家省级能源主管部门制定的新能源电力消纳责任权重指标,确定新能源弃电率上限。
4)结合上级电网变电容量以确定新能源可接入的容量上限。
5)以配电网新能源全年发电量最大为优化目标,考虑基准负荷约束、新能源发电功率限制、新能源弃电率限制、新能源上送边界、储能运行限制等约束条件,开展储能与新能源的容量配比测算,得到储能的优化配置容量。
Research on Application of Stored Energy in Different Scenarios Under the New Power System
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摘要:
目的 碳达峰、碳中和目标下,构建新型电力系统成为了电力发展的现实路径。储能作为灵活调节性资源,对于提高电网运行效率、提升新能源消纳水平等具有重要作用。为了提升电力系统的灵活性,促进源网荷储协同高效发展,需要结合储能技术特性,根据电力系统各环节的实际需求,找准储能在不同场景的作用定位。 方法 基于储能行业发展现状,分析不同储能技术的应用场景与发展潜力,提出了电网侧、电源侧与用户侧储能配置的策略,并从变电站设计、网架规划、电力平衡、新能源消纳等多角度展开了储能影响研究。 结果 从电网侧看,储能可提高电网供电能力、延缓或替代电网投资;从电源侧看,储能接入对电力平衡产生影响,可通过优化配置储能提升新能源消纳水平。 结论 储能作为新型电力系统发展的支撑技术将发挥更大作用,文章所提的储能配置策略可在实际应用时提供指导。 Abstract:Introduction Under the goal of carbon peaking and carbon neutralization, building a new power system has become a realistic path of electric power development. As a flexible regulatory resource, stored energy plays an important role in improving the efficiency of power grid operation and the new energy consumption. In order to improve the flexibility of the power system and promote the coordinated and efficient development of power source, power grid, load and energy storage, it is necessary to identify the role of stored energy in different scenarios in accordance with the characteristics of stored energy technology and the actual needs in all aspects of the power system. Method Based on the development status of the stored energy industry, the application scenarios and development potential of different stored energy technologies were analyzed, and the strategies of stored energy configuration on the grid side, power supply side and user side were proposed. The impact of stored energy was studied from the perspectives of substation design, grid planning, power balance and new energy consumption. Result From the perspective of the power grid side, stored energy can improve the power supply capacity of power grid and delay or replace the power grid investment; from the perspective of the power supply side, the access of stored energy has an impact on the power balance, and the consumption level of new energy can be improved by optimizing the configuration of stored energy. Conclusion As a supporting technology for the development of new power systems, stored energy will play a greater role. The stored energy configuration strategy proposed in this paper can provide guidance for practical application. -
Key words:
- new power system /
- stored energy /
- power grid side /
- power supply side /
- distribution network planning
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表 1 可控分布式电源与储能接入后电力平衡分析表
Tab. 1. Power balance analysis table after access of controllable distributed power supply and energy storage
项目名称 函数 全社会最大负荷 Lmax 全社会最小负荷 Lmin 可控分布式电源最大出力 PKmax 可控分布式电源最小出力 PKmin 储能 PB N-1工况电源出力 PK(n-1) 电力盈亏(大方式) Dmax 电力盈亏(小方式) Dmin 电力盈亏(N-1工况) Dn-1 表 2 不可控分布式电源+储能的电力平衡分析表(日间)
Tab. 2. Power balance analysis table of uncontrollable distributed power supply + energy storage (daytime)
项目名称 函数 日间最大负荷 LDmax 日间最小负荷 LDmin 可控分布式电源最大出力 PKmax 可控分布式电源最小出力 PKmin 不可控分布式电源置信度出力 光伏PNPV 分布式电源最大出力 PDmax 储能功率 PB 电力盈亏(日间大方式) DDmax 电力盈亏(日间小方式) DDmin 表 3 不可控分布式电源接入后电力平衡分析表(夜间)
Tab. 3. Power balance analysis table after uncontrollable distributed power supply access (night)
项目名称 函数 夜间最大负荷 LNmax 夜间最小负荷 LNmin 可控分布式电源最大出力 PKmax 可控分布式电源最小出力 PKmin 不可控分布式电源置信度出力 风电PNW 分布式电源最大出力 PNmax 电力盈亏(夜间大方式) DNmax 电力盈亏(夜间小方式) DNmin 储能功率 PB -
[1] 韩肖清, 李廷钧, 张东霞, 等. 双碳目标下的新型电力系统规划新问题及关键技术 [J]. 高电压技术, 2021, 47(9): 3036-3046. DOI: 10.13336/j.1003-6520.hve.20210809. HAN X Q, LI T J, ZHANG D X, et al. New problems and key new issues and key technologies of new power system planning under double carbon goals [J]. High voltage engineering, 2021, 47(9): 3036-3046. DOI: 10.13336/j.1003-6520.hve.20210809. [2] 齐宁, 程林, 田立亭, 等. 考虑柔性负荷接入的配电网规划研究综述与展望 [J]. 电力系统自动化, 2020, 44(10): 193-207. DOI: 10.7500/AEPS20191030003. QI N, CHENG L, TIAN L T, et al. Review and prospect of distribution network planning research considering access of flexible load [J]. Automation of electric power systems, 2020, 44(10): 193-207. DOI: 10.7500/AEPS20191030003. [3] 李颖, 张跃, 吴琳, 等. 自下而上的主动配电网负荷曲线化预测方法 [J]. 电力系统及其自动化学报, 2019, 31(2): 106-111. DOI: 10.19635/j.cnki.csu-epsa.000124. LI Y, ZHANG Y, WU L, et al. Bottom-to-top load curve forecasting method for active distribution network [J]. Proceedings of the CSU-EPSA, 2019, 31(2): 106-111. DOI: 10.19635/j.cnki.csu-epsa.000124. [4] 袁越, 吴涵, 陆丹, 等. 含高渗透率分布式电源的主动配电系统规划综述 [J]. 分布式能源, 2016, 1(1): 6-13. DOI: 10.16513/j.cnki.10-1427/tk.2016.01.003. YUAN Y, WU H, LU D, et al. A review of active distribution system planning with high penetration distributed generation [J]. Distributed energy, 2016, 1(1): 6-13. DOI: 10.16513/j.cnki.10-1427/tk.2016.01.003. [5] 潘晴宇. 考虑分布式电源接入的变电站规划关键技术研究 [J]. 电力系统保护与控制, 2021, 49(6): 98-104. DOI: 10.19783/j.cnki.pspc.200623. PAN Q Y. Research on key technologies of substation planning considering distributed power access [J]. Power system protection and control, 2021, 49(6): 98-104. DOI: 10.19783/j.cnki.pspc.200623. [6] 蔡绍宽. 新型电力系统下的储能解决方案探讨 [J]. 南方能源建设, 2022, 9(增刊1): 17-23. DOI: 10.16516/j.gedi.issn2095-8676.2022.S1.003. CAI S K. Discussion on energy storage solutions under the new power system [J]. Southern energy construction, 2022, 9(Suppl. 1): 17-23. DOI: 10.16516/j.gedi.issn2095-8676.2022.S1.003. [7] 张东辉, 徐文辉, 门锟, 等. 储能技术应用场景和发展关键问题 [J]. 南方能源建设, 2019, 6(3): 1-5. DOI: 10.16516/j.gedi.issn2095-8676.2019.03.001. ZHANG D H, XU W H, MEN K, et al. Application scenarios of energy storage and its key issues in development [J]. Southern energy construction, 2019, 6(3): 1-5. DOI: 10.16516/j.gedi.issn2095-8676.2019.03.001. [8] 高啸天, 匡俊, 楚攀, 等. 化学电源及其在储能领域的应用 [J]. 南方能源建设, 2020, 7(4): 1-10. DOI: 10.16516/j.gedi.issn2095-8676.2020.04.001. GAO X T, KUANG J, CHU P, et al. Chemical power sources and their applications in energy storage fields [J]. Southern energy construction, 2020, 7(4): 1-10. DOI: 10.16516/j.gedi.issn2095-8676.2020.04.001. [9] 蒋中明, 唐栋, 李鹏, 等. 压气储能地下储气库选型选址研究 [J]. 南方能源建设, 2019, 6(3): 6-16. DOI: 10.16516/j.gedi.issn2095-8676.2019.03.002. JIANG Z M, TANG D, LI P, et al. Research on selection method for the types and sites of underground repository for compressed air storage [J]. Southern energy construction, 2019, 6(3): 6-16. DOI: 10.16516/j.gedi.issn2095-8676.2019.03.002. [10] 高啸天, 郑可昕, 蔡春荣, 等. 氢储能用于核电调峰经济性研究 [J]. 南方能源建设, 2021, 8(4): 1-8. DOI: 10.16516/j.gedi.issn2095-8676.2021.04.001. GAO X T, ZHENG K X, CAI C R, et al. Research on economy of hydrogen energy storage for nuclear power peak shaving [J]. Southern energy construction, 2021, 8(4): 1-8. DOI: 10.16516/j.gedi.issn2095-8676.2021.04.001. [11] 胡海琴, 徐中一. 储能在黄山地区电网侧的应用场景研究 [J]. 供用电, 2020, 37(11): 70-74. DOI: 10.19421/j.cnki.1006-6357.2020.11.011. HU H Q, XU Z Y. Research on application scenarios of energy storage on the grid side in Huangshan Area [J]. Distribution & utilization, 2020, 37(11): 70-74. DOI: 10.19421/j.cnki.1006-6357.2020.11.011. [12] 白桦, 王正用, 李晨, 等. 面向电网侧、新能源侧及用户侧的储能容量配置方法研究 [J]. 电气技术, 2021, 22(1): 8-13. DOI: 10.3969/j.issn.1673-3800.2021.01.002. BAI H, WANG Z Y, LI C, et al. Research on capacity allocation method of energy storage for grid side, new energy side and user side [J]. Electrical engineering, 2021, 22(1): 8-13. DOI: 10.3969/j.issn.1673-3800.2021.01.002. [13] 钟清, 孙闻, 余南华, 等. 主动配电网规划中的负荷预测与发电预测 [J]. 中国电机工程学报, 2014, 34(19): 3050-3056. DOI: 10.13334/j.0258-8013.pcsee.2014.19.002. ZHONG Q, SUN W, YU N H, et al. Load and power forecasting in active distribution network planning [J]. Proceedings of the CSEE, 2014, 34(19): 3050-3056. DOI: 10.13334/j.0258-8013.pcsee.2014.19.002. [14] 马实一, 衣传宝, 周泊宇, 等. 考虑储能对减小网架约束新能源弃电的影响研究 [J]. 供用电, 2021, 38(12): 74-80. DOI: 10.19421/j.cnki.1006-6357.2021.12.011. MA S Y, YI C B, ZHOU B Y, et al. Research on energy storage configuration scheme for promoting renewable energy accommodation [J]. Distribution & utilization, 2021, 38(12): 74-80. DOI: 10.19421/j.cnki.1006-6357.2021.12.011. [15] 李湃, 方保民, 祁太元, 等. 基于源-荷匹配的区域电网风/光/储容量配比优化方法 [J]. 中国电力, 2022, 55(1): 46-54. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202012091. LI P, FANG B M, QI T Y, et al. Capacity proportion optimization of wind, solar power and battery energy storage system for regional power grid based on source-load matching [J]. Electric power, 2022, 55(1): 46-54. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202012091.