中國儲(chǔ)能網(wǎng)訊：5月24-26日，由中國化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會(huì)主辦，200余家機(jī)構(gòu)共同支持的第十一屆中國國際儲(chǔ)能大會(huì)在杭州洲際酒店召開。本次大會(huì)主題是“堅(jiān)守儲(chǔ)能安全底線，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展”。
在5月25日上午的“ 儲(chǔ)能系統(tǒng)集成”專場，國網(wǎng)湖南省電力用戶側(cè)分布式儲(chǔ)能裝置研究及應(yīng)用有限公司電力科學(xué)研究院配網(wǎng)技術(shù)中心首席工程師萬代博士分享了主題報(bào)告《用戶側(cè)分布式儲(chǔ)能裝置研究及應(yīng)用》。經(jīng)演講人本人授權(quán)同意，小編整理了演講速記，并將速記內(nèi)容分享如下：
萬代：各位領(lǐng)導(dǎo)、專家，上午好！非常感謝大會(huì)提供這樣好的機(jī)會(huì)，我也很榮幸向各位匯報(bào)我們的成果和思路。
今天我匯報(bào)的題目是《用戶側(cè)分布式儲(chǔ)能裝置研究及應(yīng)用》，匯報(bào)一共分四部分，第一部分是背景與現(xiàn)狀，在這里，我首先向大家匯報(bào)一下，我們團(tuán)隊(duì)是屬于電網(wǎng)側(cè)配電專業(yè)背景，所以我們考慮相關(guān)問題的思路主要是集中在配電網(wǎng)的專業(yè)角度，從電網(wǎng)的需求出發(fā)的，對于電化學(xué)儲(chǔ)能以及電池行業(yè)等方面的考慮，難免有所不足，請各位專家指正。
隨著國家配電網(wǎng)建設(shè)改造行動(dòng)等一系列戰(zhàn)略措施的落地，湖南配電網(wǎng)的建設(shè)取得了長遠(yuǎn)的發(fā)展和進(jìn)步，這些首先是值得肯定的。然而隨著負(fù)荷的快速增長以及分布式電源、電動(dòng)汽車等分布式資源的大量接入，使配電網(wǎng)建設(shè)和運(yùn)行依然面臨兩大主要矛盾：一是用戶負(fù)荷迅速增長及湖南特殊負(fù)荷特性與高效精準(zhǔn)投資方面的矛盾，二是分布式資源大量接入，與配電網(wǎng)安全、優(yōu)質(zhì)供電之間的矛盾。
以湖南為例，以及湖南旁邊的江西、貴州等區(qū)域，其實(shí)都存在比較類似的情況，它們在地理位置以及氣候環(huán)境上都存在一定特殊性。比如對湖南來說，山區(qū)占據(jù)了全省范圍70%以上的地域，對于氣候環(huán)境方面，屬于冬冷夏熱的氣候特征，2008年的凍雨冰災(zāi)還歷歷在目。因此，不同季節(jié)的負(fù)荷波動(dòng)水平非常劇烈，負(fù)荷峰谷差位居國網(wǎng)公司前列。同時(shí)，湖南還是外出務(wù)工的大省，電網(wǎng)負(fù)荷水平受到重要節(jié)假日引起的人口遷移影響十分明顯，一般情況下，湖南大部分農(nóng)村青年勞動(dòng)力很多都是在廣東等周邊發(fā)達(dá)省份打工，平時(shí)村里的用電負(fù)荷不高，但是一到過年的時(shí)候，所有務(wù)工人員全部返鄉(xiāng)，負(fù)荷增長非常明顯。
這是我們2020年對全省的配電變壓器過載現(xiàn)狀進(jìn)行的分析，我們發(fā)現(xiàn)有76%的配變過載集中在春節(jié)前后，而這些配變平均一年的重過載天數(shù)僅僅也只有7.75天，平均重過載時(shí)長只有62.9個(gè)小時(shí)。因此，對于湖南來說，重過載與輕載并存的現(xiàn)象非常突出。此外，我們對低電壓臺區(qū)的情況也進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)短時(shí)性低電壓占比達(dá)52.81%，僅1月、2月和8月兩負(fù)荷高峰期間發(fā)生的低電壓占比就達(dá)到了69.41%。由此，我們可以得到結(jié)論，大部分的重過載低電壓臺區(qū)是屬于季節(jié)性、短時(shí)性或隨機(jī)性的問題。
對于這種特征的重過載低電壓臺區(qū)，我們傳統(tǒng)的解決方案是通過網(wǎng)改進(jìn)行配變的增容補(bǔ)點(diǎn)，延伸10kV線路，但是這種傳統(tǒng)的網(wǎng)改方式是存在一些問題的，比如說有一定固有的建設(shè)周期、審批周期。剛才我們也介紹了，湖南山區(qū)很多，而大部分的低電壓、重過載問題，在春節(jié)這些短時(shí)期內(nèi)基本是在山區(qū)發(fā)生的，往往一座山上，可能只有不到10戶人家，而我們延伸10千伏線路要從山腳延伸到山上去，施工難度以及施工周期都是非常大的，所耗費(fèi)的資金以及安全管理都存在很大的困難。最終的結(jié)果就是說我們可能花費(fèi)了非常大的代價(jià)，僅解決了一個(gè)配電臺區(qū)不到一個(gè)禮拜的重過載低電壓問題。因此，如何經(jīng)濟(jì)高效的解決季節(jié)性、短時(shí)性、隨時(shí)性的重過載低電壓問題，是值得我們思考的。
同時(shí)，隨著國家層面提出碳達(dá)峰、碳中和戰(zhàn)略發(fā)展目標(biāo)，對于分布式能源、電動(dòng)汽車充電設(shè)施的建設(shè)步伐逐步加快。近幾年，電動(dòng)汽車的數(shù)量呈爆發(fā)式增長，研究表明，在電動(dòng)汽車滲透率比較高的情況下，快充負(fù)荷將對配電網(wǎng)的安全運(yùn)行造成嚴(yán)重的影響，這是我們亟待解決的問題。
而儲(chǔ)能技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，為我們解決這兩個(gè)矛盾提出了一個(gè)新的思路，下面我們來介紹解決方案。第一，是我們剛才提到的配網(wǎng)側(cè)分布式儲(chǔ)能技術(shù)。總體思路如下，它主要是利用分布式儲(chǔ)能靈活機(jī)動(dòng)、響應(yīng)迅速的特性，通過在配電臺區(qū)380V的主線并聯(lián)接入儲(chǔ)能裝置，通過實(shí)時(shí)監(jiān)控臺區(qū)以及用戶側(cè)的負(fù)荷、電流、電壓等相關(guān)的負(fù)荷數(shù)據(jù)，在系統(tǒng)有需要的進(jìn)行實(shí)時(shí)就地的功率補(bǔ)充，以此解決相應(yīng)的重過載問題。解決低電壓的問題，一般來說用戶低電壓是出現(xiàn)在臺區(qū)的末端，也就是380V主線后端位置，在這種情況下，我們會(huì)將儲(chǔ)能裝置并聯(lián)接入末端集中低電壓用戶群前面一點(diǎn)點(diǎn)的位置，通過監(jiān)測接入點(diǎn)的電壓、電流等相關(guān)數(shù)據(jù)，進(jìn)行就地補(bǔ)充，以此減少主線上因?yàn)榇筘?fù)荷電流所產(chǎn)生的壓降，以此來解決負(fù)荷側(cè)的低電壓問題，這點(diǎn)對于山區(qū)用戶是非常有效的。
下面，我們來介紹配網(wǎng)分布式儲(chǔ)能技術(shù)所涉及到的兩方面關(guān)鍵技術(shù)。為了實(shí)現(xiàn)分布式儲(chǔ)能技術(shù)在配網(wǎng)側(cè)的應(yīng)用，我們現(xiàn)在需要重點(diǎn)攻克兩個(gè)方面的重點(diǎn)技術(shù)：一是儲(chǔ)能電池單元及管理單元的標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化集成技術(shù)。為了發(fā)揮配網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能靈活機(jī)動(dòng)的特點(diǎn)，需要對各功能單元進(jìn)行模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化和即插即用設(shè)計(jì)。根據(jù)現(xiàn)場應(yīng)用需求，靈活拆解電池單元，打造配網(wǎng)移動(dòng)式充電寶。二是攻克智能化充放電策略。結(jié)合臺區(qū)歷史負(fù)荷、用戶畫像分類、區(qū)域氣候特征、上級電源需求和規(guī)劃設(shè)計(jì)等一系列的強(qiáng)相關(guān)信息，建立臺區(qū)負(fù)荷的AI智能訓(xùn)練模型。對不同的臺區(qū)輸出差異化控制策略，從而實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能充放電效率與配網(wǎng)需求的最大適配。
以我們?nèi)ツ觊_發(fā)出來的30kWh配置的裝置為例，我們看一下它的結(jié)構(gòu)。這是電池箱，電池是采用了4個(gè)76.8V/120Ah模組，重量是360千克，額定電壓是307.2V，實(shí)際額定電量是36.86KWh，每個(gè)儲(chǔ)能模組主要是由磷酸鐵鋰電芯以24串一并的方式構(gòu)成，含有一個(gè)從控BMU，是柜式布置。
下面，介紹第二個(gè)關(guān)鍵技術(shù)，基于邊緣智能的協(xié)調(diào)控制技術(shù)?？傮w思路如下，我們以配網(wǎng)分布式儲(chǔ)能技術(shù)為基礎(chǔ)，利用臺區(qū)側(cè)智能終端設(shè)備的邊緣計(jì)算能力，通過與配網(wǎng)儲(chǔ)能裝置、電動(dòng)汽車充電樁、分布式電源的實(shí)時(shí)交互及協(xié)調(diào)控制，實(shí)現(xiàn)臺區(qū)側(cè)多類型電源及負(fù)荷的就地平衡。同時(shí)，按照國網(wǎng)公司云、管、邊、端的配電物聯(lián)網(wǎng)總體架構(gòu)，臺區(qū)智能終端將數(shù)據(jù)進(jìn)一步上送至省級配電信息主站及配電網(wǎng)數(shù)據(jù)共享中心，通過多個(gè)終端與云主站的“云邊協(xié)同”，還可以進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)區(qū)域級甚至網(wǎng)絡(luò)級的能源優(yōu)化及管理。以上是對于虛擬電廠的實(shí)現(xiàn)。
基于邊緣智能的協(xié)調(diào)控制技術(shù)，主要涉及到兩個(gè)技術(shù)：一是配電物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。一方面，臺區(qū)智能終端需要與臺區(qū)側(cè)儲(chǔ)能控制單元、充電樁控制單元、低壓智能斷路器等“端設(shè)備”進(jìn)行實(shí)時(shí)交互，實(shí)現(xiàn)臺區(qū)內(nèi)部能源的優(yōu)化控制；另一方面，多個(gè)臺區(qū)智能終端之間以及智能終端與云主站之間需要進(jìn)行實(shí)時(shí)交互，實(shí)現(xiàn)整個(gè)配電網(wǎng)絡(luò)的能源優(yōu)化。因此，需要構(gòu)建一個(gè)傳輸實(shí)時(shí)可靠、交互高效協(xié)同的分層分布式物聯(lián)網(wǎng)通信體系。二是邊緣計(jì)算技術(shù)。以臺區(qū)智能終端為重要載體，開發(fā)可移植性強(qiáng)、適應(yīng)性高的邊緣計(jì)算算法，是實(shí)現(xiàn)配網(wǎng)側(cè)多種能源及負(fù)荷協(xié)調(diào)優(yōu)化的關(guān)鍵。
下面，介紹我們的工作進(jìn)展。
依托國網(wǎng)公司配電網(wǎng)聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，在2020年，我們開發(fā)了系列配網(wǎng)用戶側(cè)微儲(chǔ)能的樣機(jī)，目前我們主要開發(fā)了30KWh和60KWh兩款樣機(jī)。整個(gè)裝置采用小型化和模塊化的設(shè)計(jì)，由儲(chǔ)能電池單元、功率變換單元、中央監(jiān)控單元以及外輔設(shè)備構(gòu)成。通過將裝置并聯(lián)接入配電低壓側(cè)主線，實(shí)現(xiàn)對低電壓或過載臺區(qū)進(jìn)行功率補(bǔ)償。
下面，來介紹這個(gè)裝置的幾個(gè)技術(shù)特點(diǎn)。第一，模塊化設(shè)計(jì)、即插即用。裝置內(nèi)部采用可靈活調(diào)節(jié)的電池倉設(shè)計(jì)，可根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際需求增加或減少電池組數(shù)量；同時(shí)，多個(gè)儲(chǔ)能裝置支持并聯(lián)運(yùn)行，滿足大容量情況下的應(yīng)用需求。裝置到達(dá)現(xiàn)場后可直接接入配變低壓側(cè)使用，無需進(jìn)行任何配置和調(diào)試。第二，部署靈活、響應(yīng)迅速。與主網(wǎng)固定式的大規(guī)模儲(chǔ)能站不同，配網(wǎng)儲(chǔ)能裝置采用小型化和模塊化設(shè)計(jì)，可根據(jù)現(xiàn)場需求位置進(jìn)行快速部署，具有非常好的靈活、機(jī)動(dòng)特性。第三，循環(huán)利用、經(jīng)濟(jì)環(huán)保。我們一臺裝置可以在不同的地方進(jìn)行循環(huán)利用，這也是它的最大優(yōu)勢之一。由于它的機(jī)動(dòng)特性，它與我們之前所談到的配備的增容補(bǔ)點(diǎn)，配網(wǎng)儲(chǔ)能裝置可以根據(jù)實(shí)際用戶以及配電臺數(shù)需求。比如說今年山區(qū)某地存在低電壓重過載現(xiàn)象，但是我們知道很多山區(qū)用戶是在不斷處于搬遷的過程，可能近幾年搬出來了以后，我們的儲(chǔ)能裝置也可以跟著一起移動(dòng)到別的更需要的地方。
未來，當(dāng)我們裝置規(guī)?；瘧?yīng)用以后，可以在一定程度上補(bǔ)充電能缺口，還可以減少主網(wǎng)的投資，緩解線路的重過載問題。此外，儲(chǔ)能裝置還可以作為特殊時(shí)期的應(yīng)急保障電源，支撐局部線路，這是我們思考的一些額外裝置功能。在這里，這是目前儲(chǔ)能裝置涉及到的主要應(yīng)用領(lǐng)域，對于配網(wǎng)儲(chǔ)能裝置來說，非常適合應(yīng)用在季節(jié)性重過載以及遠(yuǎn)端用戶低電壓，還有魚塘制氧機(jī)、加工廠等隨機(jī)性大負(fù)荷所在區(qū)域，同時(shí)對新能源、電動(dòng)汽車等沖擊性負(fù)荷接入的臺區(qū)，也可以迅速響應(yīng)。
剛才我們說到這個(gè)儲(chǔ)能裝置在進(jìn)行規(guī)?；瘧?yīng)用以后，也可以解決上級電網(wǎng)的一些問題，我們之所以考慮到這個(gè)應(yīng)用場景，主要是因?yàn)楹系惹钒l(fā)達(dá)地區(qū)與江浙地區(qū)發(fā)達(dá)省份還是有很大區(qū)別的，我們主網(wǎng)到配網(wǎng)之間的網(wǎng)架建設(shè)，是趕不上我們的負(fù)荷增長水平以及負(fù)荷遷移的速度。有時(shí)候在負(fù)荷高峰期出現(xiàn)限電的情況，并不是因?yàn)橹骶W(wǎng)缺電，而是主網(wǎng)有電，但在電能傳輸過程中，某一級的線路、開關(guān)或配變這些主設(shè)備存在卡脖子現(xiàn)象，使電能沒有辦法有效地輸送到用戶側(cè)。在這種情況下，我們在卡脖子設(shè)備的后端，將儲(chǔ)能裝置規(guī)模化地并聯(lián)到電網(wǎng)中，可以很好地解決負(fù)荷高峰期電能無法從主網(wǎng)傳輸?shù)接脩暨@個(gè)大問題，也緩解了欠發(fā)達(dá)地區(qū)電網(wǎng)投資資金不夠的尷尬處境。
目前，配網(wǎng)用戶側(cè)儲(chǔ)能裝置已經(jīng)在株洲、婁底和岳陽等地區(qū)的不同場景試點(diǎn)運(yùn)行了14臺樣機(jī)，截至目前，這些裝置已經(jīng)持續(xù)運(yùn)行了一年以上的時(shí)間，運(yùn)行效果還是非常好的。像這張圖，它主要解決的就是短時(shí)重過載的現(xiàn)象，以及配電出口低電壓問題。下面這張圖是在婁底的現(xiàn)場，它主要是安裝在臺區(qū)的末端，管住了臺區(qū)末端一個(gè)小的村組，大概有十幾戶人家，他們長期存在低電壓問題，這個(gè)臺區(qū)供電半徑達(dá)到了1.5公里，最末端的用戶電壓已經(jīng)低到140V以下。裝上儲(chǔ)能裝置以后，很好地對后端用戶電壓進(jìn)行了提升。
關(guān)于裝置的研發(fā)和應(yīng)用，也得到了國網(wǎng)公司領(lǐng)導(dǎo)的高度認(rèn)可和國家能源局、省科技廳等有關(guān)部門的關(guān)注。
下一步，我們將主要針對以下三個(gè)方面開展進(jìn)一步研究：
第一，繼續(xù)完善模塊化集成技術(shù)與智能化控制技術(shù)。在保證安全的前提下，將各單元模塊進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化集成，實(shí)現(xiàn)熱插拔。同時(shí)大量收集臺區(qū)運(yùn)行信息，拓展信息渠道，開展訓(xùn)練學(xué)習(xí)，促進(jìn)裝置的就地智能化運(yùn)行與少維護(hù)特征的實(shí)現(xiàn)。
第二，進(jìn)一步挖掘用戶側(cè)儲(chǔ)能裝置應(yīng)用場景。目前，配網(wǎng)用戶側(cè)儲(chǔ)能裝置主要是針對單一臺區(qū)的運(yùn)行特征來進(jìn)行調(diào)節(jié)的，它解決了單一配電臺區(qū)的短時(shí)季節(jié)性的重過載低電壓問題，將來我們可以將儲(chǔ)能裝置作為重要場合的應(yīng)急電源或者關(guān)鍵用戶的保障，以及規(guī)?；瘧?yīng)用以后，進(jìn)行延緩主網(wǎng)投資，解決區(qū)域性的負(fù)荷缺口的問題。
第三，加快推進(jìn)用戶側(cè)源網(wǎng)荷儲(chǔ)協(xié)調(diào)控制技術(shù)研究。依托國網(wǎng)公司配電網(wǎng)聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，深入研究用戶側(cè)儲(chǔ)能與分布式電源、電動(dòng)汽車，研發(fā)具備邊緣智能和區(qū)域自治能力的智能終端設(shè)備。
以上是我的匯報(bào)，感謝各位專家！
