中國儲能網(wǎng)訊：摘 要 可再生能源規(guī)?；⒕W(wǎng)發(fā)電量將不斷提高，因其出力間歇性導(dǎo)致的電網(wǎng)波動大、電能質(zhì)量差以及電網(wǎng)靈活性調(diào)節(jié)能力差等問題是電力系統(tǒng)需要應(yīng)對的重要挑戰(zhàn)。移動式儲能技術(shù)因具備靈活性強、響應(yīng)速度快且覆蓋范圍廣等優(yōu)勢而備受關(guān)注。為推動移動式儲能技術(shù)的示范應(yīng)用，本文首先對雙碳目標下移動式儲能技術(shù)的相關(guān)政策及示范工程進行梳理分析。然后對其應(yīng)急應(yīng)用、容量配置及網(wǎng)儲協(xié)調(diào)等關(guān)鍵技術(shù)進行研究，深入分析了目前其研究現(xiàn)狀以及應(yīng)用的技術(shù)難點，以期為后續(xù)移動式儲能技術(shù)的多場景應(yīng)用提供借鑒；更進一步基于應(yīng)用場景特點和需求分析建立移動式儲能技術(shù)指標體系，并遵循移動儲能協(xié)同平臺建設(shè)原則，構(gòu)建基于事件和電力區(qū)域特色的移動儲能系統(tǒng)集群動態(tài)博弈調(diào)整方法。最后，結(jié)合雙碳目標以及新型電力系統(tǒng)需求對移動式儲能系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用進行總結(jié)和展望。
關(guān)鍵詞：移動式儲能系統(tǒng)；示范工程；技術(shù)指標；智能分派調(diào)度技術(shù)；場景應(yīng)用
2020年，我國電力行業(yè)碳排放量占全社會排放總量的50%以上，因此在能源、交通、工業(yè)全面低碳化的過程中，電力行業(yè)將建設(shè)以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)作為推動我國雙碳戰(zhàn)略的重點舉措。但新能源大規(guī)模發(fā)電并網(wǎng)所帶來的強波動性、隨機性與間歇性，造成電能實時平衡難度進一步增大。為了滿足調(diào)峰、調(diào)頻等不同電力場景需求以及應(yīng)對電力服務(wù)時空約束的新挑戰(zhàn)，兼具電源和負荷雙重特性，擁有高靈活度、強適應(yīng)性、低成本等優(yōu)點的移動式儲能設(shè)備，將是突破傳統(tǒng)電網(wǎng)規(guī)劃、構(gòu)建新型運營方式、實現(xiàn)電力保障的重要途徑，也將成為未來新型電力系統(tǒng)中電力服務(wù)和保障的重要一環(huán)。
近期，針對新冠疫情與自然災(zāi)害防控過程中出現(xiàn)的大量應(yīng)急電力需求，建設(shè)機動能力強、響應(yīng)速度快、供電可靠性高的移動儲能系統(tǒng)，形成高度數(shù)字化、智能化的源網(wǎng)荷儲協(xié)同管控，將是保障用電安全可靠的關(guān)鍵。移動儲能系統(tǒng)硬件設(shè)備包含若干電池管理系統(tǒng)(battery management system，BMS)、網(wǎng)絡(luò)交換機、信息接收/傳送模塊和信息采集模塊等，軟件方面涵蓋數(shù)據(jù)采樣算法、數(shù)據(jù)挖掘算法、移動儲能規(guī)劃配置方案和調(diào)度控制策略等。移動儲能系統(tǒng)所具備的數(shù)據(jù)分析能力強、調(diào)度控制時間短、覆蓋區(qū)域范圍廣等特點，推動了移動儲能車的快速應(yīng)用，目前，制約移動式儲能系統(tǒng)的兩大關(guān)鍵問題分別是“優(yōu)化配置方案”和“調(diào)度控制策略”，國內(nèi)專家學(xué)者針對這兩項關(guān)鍵技術(shù)進行了大量的研究。文獻[7]將移動儲能車應(yīng)用于平抑用電側(cè)負載波動的場景下，提出基于遺傳算法的移動儲能車調(diào)度優(yōu)化方案，方案以經(jīng)濟效益最大化為目標，驗證了移動儲能設(shè)備在減載方面的突出能力。文獻[8]基于研究移動儲能系統(tǒng)的優(yōu)化配置，旨在提升彈性配電網(wǎng)災(zāi)后供電的快速恢復(fù)能力，同時提高移動儲能系統(tǒng)利用效率。文獻[9]綜合考慮移動儲能周期套利和電網(wǎng)輔助服務(wù)等各項經(jīng)濟性指標，計及配電網(wǎng)調(diào)壓、接入節(jié)點選擇等約束條件，構(gòu)建配電網(wǎng)移動儲能優(yōu)化模型，對移動式儲能車的分配調(diào)度策略進行優(yōu)化，驗證了移動儲能設(shè)備對配電網(wǎng)的支撐能力，同時證明了移動儲能設(shè)備具備一定的經(jīng)濟性。
目前，在國家政策和相關(guān)部門的部署推動下，面向電力服務(wù)保障場景的移動式儲能系統(tǒng)已經(jīng)取得了階段性成果。江蘇、貴州等省份相繼探索移動式儲能系統(tǒng)參與電力服務(wù)多場景的實踐應(yīng)用。但是，面對電力服務(wù)場景需求多元化、移動式儲能裝置單機容量有限、應(yīng)急服務(wù)范圍廣泛等發(fā)展現(xiàn)狀，分布式移動儲能集群難以發(fā)揮出群體匯聚優(yōu)勢。因此，如何分析不同應(yīng)急場景對多種類型儲能性能指標的要求、計算移動儲能電氣性能對于應(yīng)急保障程度的邊界的問題對移動式儲能技術(shù)的發(fā)展至關(guān)重要。本文整體研究流程見圖1，首先建立移動儲能技術(shù)及其所應(yīng)用多元場景的指標邊界體系，基于不同動態(tài)分區(qū)方法對移動儲能集群進行動態(tài)調(diào)整，最終對其調(diào)度策略進行優(yōu)化控制。針對如何實現(xiàn)移動式儲能系統(tǒng)集群智能分派調(diào)度的問題，主要體現(xiàn)在設(shè)計層、控制層、優(yōu)化層三個方面，本文將從這三個方面展開研究，具體技術(shù)研究路線圖如圖2所示。
圖1 整體研究流程圖
圖2 移動式儲能技術(shù)研究路線圖
本文以雙碳戰(zhàn)略為背景，以新型電力系統(tǒng)建設(shè)方向為指引，首先對雙碳目標下移動式儲能技術(shù)的相關(guān)政策及示范工程進行梳理分析。然后對其應(yīng)急應(yīng)用、容量配置、網(wǎng)儲協(xié)調(diào)等關(guān)鍵技術(shù)進行研究，深入分析了研究現(xiàn)狀以及應(yīng)用的技術(shù)難點，以期為后續(xù)移動式儲能技術(shù)的多場景應(yīng)用提供借鑒；更進一步基于應(yīng)用場景特點和需求分析建立移動式儲能技術(shù)指標體系，并遵循移動儲能協(xié)同平臺建設(shè)原則，構(gòu)建基于事件和電力區(qū)域特色的移動儲能系統(tǒng)集群動態(tài)博弈調(diào)整方法。最后結(jié)合雙碳目標以及新型電力系統(tǒng)需求對移動式儲能系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用進行總結(jié)和展望。
1 移動式儲能技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀
1.1 雙碳目標下的儲能技術(shù)相關(guān)政策
當前，我國儲能技術(shù)商業(yè)化應(yīng)用尚處于起步階段，制定合適的相關(guān)政策對儲能產(chǎn)業(yè)今后的發(fā)展至關(guān)重要。因此，儲能相關(guān)政策的制定工作受到國家發(fā)改委、能源局、工信部等部門的普遍重視。2021年3月，國家發(fā)改委、國家能源局聯(lián)合發(fā)布《關(guān)于推進電力源網(wǎng)荷儲一體化和多能互補發(fā)展的指導(dǎo)意見》，強調(diào)統(tǒng)籌各類電源開發(fā)利用、適度配備儲能設(shè)施、充分發(fā)揮負荷側(cè)調(diào)節(jié)能力。同月，十三屆全國人大四次會議通過并發(fā)布《中華人民共和國國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十四個五年規(guī)劃和2035年遠景目標綱要》，明確規(guī)劃指出了我國未來5～15年電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)型發(fā)展路徑，特別強調(diào)在大力發(fā)展可再生能源的同時，要加強源網(wǎng)荷儲協(xié)同能力，持續(xù)提升清潔能源消納和存儲能力，加快推進新型儲能技術(shù)的規(guī)?；瘧?yīng)用。由此可見，新型儲能技術(shù)對電能的時序調(diào)節(jié)服務(wù)以及提升電力系統(tǒng)的消納能力等方面具有重要作用，儲能技術(shù)因此成為連接可再生能源發(fā)電和電力系統(tǒng)的重要媒介，也是新能源持續(xù)發(fā)展的核心支撐。
2021年7月，國家發(fā)改委、能源局聯(lián)合發(fā)布《關(guān)于加快推動新型儲能發(fā)展的指導(dǎo)意見》(以下簡稱《意見》)，明確了我國儲能技術(shù)發(fā)展的目標，即：至2025年，完成新型儲能技術(shù)從商業(yè)化初期向規(guī)?；l(fā)展的轉(zhuǎn)變；至2030年，實現(xiàn)新型儲能技術(shù)全面市場化發(fā)展?！兑庖姟饭膭钔七M電源側(cè)儲能項目建設(shè)，充分發(fā)揮大規(guī)模新型儲能的作用，同時支持儲能用戶側(cè)多元化發(fā)展，提升大規(guī)模新能源及大容量直流介入電力系統(tǒng)后的靈活性調(diào)節(jié)能力和安全穩(wěn)定運行水平?！兑庖姟穼涌齑龠M新型儲能技術(shù)發(fā)展應(yīng)用、推動構(gòu)建新型電力系統(tǒng)具有重要意義。
通過梳理儲能領(lǐng)域相關(guān)政策可知，國家重視儲能技術(shù)發(fā)展與產(chǎn)業(yè)延伸，而移動式儲能系統(tǒng)契合新型電力系統(tǒng)發(fā)展需求，且具有靈活性高、靈敏性好、可靠性強、適用范圍廣等特點而備受關(guān)注，這有利于今后移動式儲能技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用。
1.2 移動式儲能應(yīng)用典型示范工程
近年來，相關(guān)企業(yè)紛紛響應(yīng)國家政策號召，對移動式儲能技術(shù)進行了積極部署和有益嘗試，并建設(shè)投運了一批移動式儲能示范工程。例如山西龍源風(fēng)力發(fā)電有限公司、陜西欣旺達能源互聯(lián)網(wǎng)研究院等多家單位合作開展的10 MW級鋰電池集裝箱式儲能系統(tǒng)示范工程，該示范工程儲能系統(tǒng)總?cè)萘繛?0 MW/9 MWh，運用大倍率鋰電池成組集成技術(shù)，開展鋰電池集裝箱式儲能系統(tǒng)提高大規(guī)模間歇式能源接入電網(wǎng)的示范應(yīng)用，該示范工程不僅推動了儲能技術(shù)在陜西省的產(chǎn)業(yè)化運用，而且協(xié)調(diào)了右玉當?shù)仫L(fēng)電場參與電網(wǎng)調(diào)度，對移動式儲能在風(fēng)電場的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用具有重要意義。此外，中國電力科學(xué)研究院、欣旺達電子股份有限公司以及各地方電力公司相繼在吉林白城、福建安溪、欣旺達居民園區(qū)等地部署了適當容量的移動式儲能系統(tǒng)，為當?shù)仉娏ο到y(tǒng)的穩(wěn)定運行提供了保障。各示范工程詳細信息如表1所示。
表1 國內(nèi)移動式儲能典型示范工程
目前，移動式儲能電源因供電容量較小以及供電時間較短等因素影響，接入電網(wǎng)后，整體協(xié)調(diào)控制能力有限。因此，針對移動式儲能整體數(shù)量多、分散性強、單一容量小、接入電網(wǎng)位置靈活性高等特點，綜合研究其保障電力系統(tǒng)運行以及經(jīng)濟性的調(diào)度方法至關(guān)重要。同時，移動式儲能技術(shù)作為應(yīng)急電源，可以大幅提高配電網(wǎng)供電彈性，研究優(yōu)化災(zāi)后移動式儲能與配電網(wǎng)的恢復(fù)策略也是儲能技術(shù)發(fā)展的重要一步。從國內(nèi)這些成功的案例可以看出，移動儲能技術(shù)目前還處于示范性應(yīng)用階段，但移動式儲能技術(shù)在諸如平抑電網(wǎng)波動、提供應(yīng)急服務(wù)等領(lǐng)域已凸顯出一定的應(yīng)用潛力。因此，急需建立不同場景下的移動儲能系統(tǒng)服務(wù)需求與協(xié)同控制策略[19]，高效利用配電網(wǎng)中閑置的儲能資源，提升電力系統(tǒng)的靈活性與可靠性。
2 移動式儲能技術(shù)體系
2.1 基于多元電力事件需求的移動儲能技術(shù)指標設(shè)計
移動式儲能技術(shù)應(yīng)用場景多元、分散廣泛化，不同場景下對移動式儲能技術(shù)的服務(wù)需求差異較大，因此，要分別從源—網(wǎng)—荷角度出發(fā)，分析保電—應(yīng)急—備用—移動救援—調(diào)峰—調(diào)頻等不同電力事件需求的特點，挖掘不同電力事件對移動式儲能裝置需求，然后利用層次分析法和熵權(quán)法對移動儲能裝置技術(shù)指標的主客觀賦權(quán)，明確移動儲能建設(shè)的關(guān)鍵指標參數(shù)，建立移動式儲能技術(shù)指標。
首先，在應(yīng)急場景下，如電網(wǎng)不堪高負荷引起的大幅波動，移動式儲能可以作為靈活性電源保障部分負荷的安全用電，緩解電力系統(tǒng)供電壓力。同時，移動式儲能電源可作為應(yīng)急電源向諸如臨時醫(yī)院等特殊電力用戶提供可靠的電能供應(yīng)，緩解用電危機并大幅減少電網(wǎng)建造維護成本。并且信息社會下人們對大數(shù)據(jù)中心、機場、商業(yè)區(qū)等敏感地區(qū)的供電安全提出更高的要求，移動式儲能電源可作為備用電源以提高電力保障的可靠性。
其次，非應(yīng)急需求是指在保證應(yīng)急場景下移動式儲能系統(tǒng)應(yīng)用需求的基礎(chǔ)上，提高可再生能源接入電網(wǎng)能力，進一步解決波動性負荷問題，完成日常調(diào)峰調(diào)壓，保障電力系統(tǒng)穩(wěn)定，并追求作為應(yīng)急電源之外的經(jīng)濟效益。
熵權(quán)法的基本思路是根據(jù)指標變異性的大小來確定客觀權(quán)重，其流程圖如圖3所示，先由熵權(quán)法完成對各項技術(shù)指標的客觀權(quán)重賦值，再通過層次分析法確定不同類型的儲能方案。從技術(shù)水準、經(jīng)濟成本、環(huán)境要求和技術(shù)成熟度四個方面出發(fā)，匯總儲能選型決策指標，形成儲能選型的決策指標集。決策指標集中包含目標層A、決策層B和方案層C三層，其中目標層是儲能選型的追求目標——儲能系統(tǒng)的工況適用性；決策層B匯總了儲能選型過程中涉及的所有決策指標，其中包含兩方面，第一層為決策指標大類，第二層為各大類指標下的決策子指標；方案層c為儲能系統(tǒng)待選方案，具體決策指標內(nèi)容如圖3所示。
圖3 熵權(quán)法客觀賦權(quán)及儲能選型
2.2 基于移動儲能及聯(lián)合移動儲能供給的技術(shù)指標體系和支撐邊界
目前，新型儲能技術(shù)種類繁多，不同儲能技術(shù)之間的運行特性相差較大，若要進行聯(lián)合網(wǎng)儲供能，首先要梳理不同類型儲能系統(tǒng)的技術(shù)指標以及聯(lián)合運行機理，并綜合考慮不同類型儲能技術(shù)的能量密度、響應(yīng)時間等技術(shù)指標以及儲能互補運行機理兩方面因素，基于不同電力事件構(gòu)建仿真模型，最終利用擾動分析方法和蒙特卡洛模擬方法計算技術(shù)指標對電力事件的靈敏度和支撐邊界。
本文基于不同電力事件需求分析各類型儲能系統(tǒng)的技術(shù)運行特性，結(jié)合不同電源經(jīng)濟成本、技術(shù)發(fā)展趨勢、環(huán)境評估等指標，建立了考慮不同利益主體的移動式儲能電源綜合效益模型，其中，表2為多種儲能系統(tǒng)詳細技術(shù)指標對比。目前，電化學(xué)儲能與電磁儲能相比具有規(guī)模容量大、單位成本低等優(yōu)勢，可以顯著增強輸配電網(wǎng)支撐和負荷轉(zhuǎn)移能力，提升儲能電站運行經(jīng)濟性；與物理儲能相比具有功率規(guī)模大、充放電效率高等優(yōu)勢。此外，電化學(xué)儲能設(shè)備選址定容靈活性高等特點，因此受到廣泛關(guān)注，裝機容量也已經(jīng)向100 MWh級別發(fā)展。本文所提出的技術(shù)指標體系和支撐邊界綜合考慮了移動式儲能系統(tǒng)對配電網(wǎng)內(nèi)電力事件的響應(yīng)度以及參與電網(wǎng)輔助服務(wù)的經(jīng)濟性等因素，基于各類儲能技術(shù)的能量傳遞流程，對比分析各類儲能技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀，收集各類儲能技術(shù)的主要技術(shù)參數(shù)如能源轉(zhuǎn)換效率、充放能速率、充放能持續(xù)時長等，分析各類儲能技術(shù)對于不同時間尺度的城市電力管理場景的適應(yīng)性，明確不同類型儲能技術(shù)的運行特性，各類儲能技術(shù)的特性參數(shù)以及電能支撐圖見圖4。
表2 不同類型儲能系統(tǒng)的技術(shù)指標對比
圖4 綜合數(shù)據(jù)分析的移動儲能支撐能力
由圖4可知，鉛酸電池儲能對于輸配電電網(wǎng)支撐與負荷轉(zhuǎn)移能力具有較大的優(yōu)勢，同時能夠有效改善電能質(zhì)量；鋰離子電池的響應(yīng)時間具有較大的靈活性，可以根據(jù)使用場景的需求選擇合適的響應(yīng)時間，降低儲能應(yīng)用成本。此外，超導(dǎo)磁儲能系統(tǒng)和大功率超級電容器的響應(yīng)時間極短，能夠快速響應(yīng)電網(wǎng)需求。結(jié)合表2數(shù)據(jù)可以得出，目前電化學(xué)儲能技術(shù)經(jīng)濟、效率等綜合優(yōu)勢較高，將廣泛應(yīng)用于各類場景，以提升電力系統(tǒng)靈活性調(diào)節(jié)能力。
2.3 基于不同電力事件需求的移動儲能裝置級—平臺級—系統(tǒng)級設(shè)計原則與建設(shè)標準
移動儲能裝置級作為獨立的儲能單元具備調(diào)度靈活性高、響應(yīng)能力快等優(yōu)勢，可以迅速抵達電網(wǎng)故障地點，具備在故障情況下保障部分社區(qū)及工商業(yè)應(yīng)急用電的能力；更進一步地將各個獨立運行的裝置級儲能單元電能及位置數(shù)據(jù)上傳至公共平臺，通過調(diào)度平臺統(tǒng)一指揮，可以有效提高移動儲能設(shè)備利用率，增強電網(wǎng)靈活性調(diào)節(jié)能力。最終移動儲能平臺基于電力事件需求特點，利用智能調(diào)度控制策略，搭建移動儲能系統(tǒng)級調(diào)度中心，推動移動儲能參與電網(wǎng)調(diào)峰、調(diào)頻等輔助服務(wù)，增強對新型電力系統(tǒng)的支撐能力。因此，本文提出歷史數(shù)據(jù)驅(qū)動下不同電力事件影響等級的先驗信息估計方法，根據(jù)城市供電重要性等級與不同電力事件供電需求，通過蒙特卡洛方法仿真模擬儲能系統(tǒng)在裝置級—平臺級—系統(tǒng)級不同指標下的后驗信息；然后，基于先/后驗信息的差異度，綜合構(gòu)建不同電力事件需求的“系統(tǒng)—平臺—裝置”三位一體的移動儲能體系設(shè)計原則和建設(shè)標準，并以此構(gòu)建針對移動式儲能系統(tǒng)的“可調(diào)度”移動儲能管控平臺。
根據(jù)先驗信息，采用貝葉斯理論可以客觀分析事件發(fā)生概率，即在有限信息驅(qū)動下，做出最好的預(yù)測，并根據(jù)實際信息的變化不斷進行修正，整體理論邏輯如圖5所示。電力系統(tǒng)采用貝葉斯理論，在地區(qū)供電重要性等級以及歷史數(shù)據(jù)驅(qū)動下，先對不同電力事件影響等級進行先驗估計，然后根據(jù)已有數(shù)據(jù)分析展示出不同電力事件電力供應(yīng)的需求，可以顯著提升電網(wǎng)調(diào)度可靠性和靈敏性。
圖5 先驗信息估計方法邏輯圖
3 移動式儲能系統(tǒng)智能調(diào)度技術(shù)
3.1 基于移動儲能系統(tǒng)集群響應(yīng)多元場景需求能力的動態(tài)分區(qū)方法
移動儲能裝置因其單體容量有限、群體分布范圍廣等因素難以支撐電網(wǎng)的輔助服務(wù)。因此，可以利用移動儲能集群匯聚效應(yīng)來平抑電網(wǎng)波動等影響，即基于不同的電力事件，利用相應(yīng)的調(diào)度策略將有限容量的移動儲能設(shè)備形成規(guī)?；?，然后采用合適的控制策略將其匯聚集合，選擇最優(yōu)節(jié)點將匯聚的移動儲能裝置投入運行，能夠顯著增強電網(wǎng)靈活性調(diào)節(jié)能力。近年來，國內(nèi)專家對移動式儲能和電網(wǎng)聯(lián)合運行調(diào)度進行了大量的研究。文獻[28]提出了基于移動儲能共享模式的網(wǎng)儲協(xié)同經(jīng)濟策略，并建立了車-儲動態(tài)時空轉(zhuǎn)移模型。文獻[29]提出了配電網(wǎng)動態(tài)重構(gòu)與移動儲能協(xié)同優(yōu)化的方法，采用模糊C均值算法重構(gòu)時段，并建立了電網(wǎng)重構(gòu)策略與移動儲能經(jīng)濟調(diào)度的兩階段協(xié)同優(yōu)化模型。文獻[30]基于削峰填谷可靠性和經(jīng)濟性建立了雙層調(diào)度優(yōu)化方法。文獻[31]提出了根據(jù)儲能不同模塊的輸入/輸出功率及電池荷電狀態(tài)實現(xiàn)網(wǎng)儲協(xié)調(diào)運行的控制策略。文獻[32]提出一種市場電價驅(qū)動的移動儲能車調(diào)度方案。該方案利用主從博弈模型，通過電價進行協(xié)調(diào)博弈，提高電網(wǎng)運行靈活性。
以上文獻均未考慮移動式儲能的集群匯聚效應(yīng)。因此，本文提出的動態(tài)分區(qū)策略基于配電網(wǎng)區(qū)域內(nèi)的源—網(wǎng)—荷—儲信息，應(yīng)用全景理論分析分布式移動儲能系統(tǒng)集群在應(yīng)急和輔助服務(wù)等多場景應(yīng)用中的匯聚效應(yīng)，建立分布式移動儲能系統(tǒng)集群匯聚效用量化指標，結(jié)合各移動儲能系統(tǒng)當前工作狀態(tài)、位置信息等參數(shù)形成移動儲能系統(tǒng)相似度分區(qū)指標，最終提出改進型社團分區(qū)理論對各移動儲能(mobile energy storage，MES)進行動態(tài)分區(qū)。
本文對比分析各類儲能技術(shù)應(yīng)用場景及傳統(tǒng)儲能的技術(shù)經(jīng)濟性，通過研究MES匯聚的計費辦法，綜合考慮匯聚容量、設(shè)備成本、合理收益率等因素，最終建立儲能報價策略模型，通過經(jīng)濟導(dǎo)向引導(dǎo)電能消費行為，評估可匯聚移動儲能的最大潛力。面對突發(fā)緊急事件防控，通過政策約束，最大程度利用分布式儲能設(shè)備，保障重要用電設(shè)備的供電。此外，定義包含容量支撐能力、動態(tài)響應(yīng)能力、經(jīng)濟性等匯聚性能考核準則的儲能系統(tǒng)匯聚潛力指數(shù)，建立包含功率支撐能力、有效匯聚時間比、系統(tǒng)穩(wěn)定性、系統(tǒng)可靠性等的考核指標集，建立主客觀相結(jié)合的決策權(quán)重集，采用層次分析法對儲能設(shè)備進行篩選排序，為移動儲能匯聚應(yīng)用提供理論支撐。
將儲能技術(shù)應(yīng)用于面向電網(wǎng)的需求響應(yīng)等支撐性作用方面，是對傳統(tǒng)技術(shù)手段的替代和優(yōu)化，衡量MES的匯聚效應(yīng)可從技術(shù)性方面展開，通過研究在參與電網(wǎng)需求響應(yīng)的應(yīng)用場景下，以功能價值量化MES的匯聚效應(yīng)，通過實現(xiàn)同樣功能的傳統(tǒng)技術(shù)手段規(guī)模度量分布式儲能技術(shù)的匯聚效應(yīng)。
全景理論聚合方法以系統(tǒng)能量函數(shù)減小為基礎(chǔ)，通過不斷地移動換組，預(yù)測資源聚合的最佳情況。對配電網(wǎng)區(qū)域內(nèi)分散布局的移動儲能系統(tǒng)開展分區(qū)理論研究，將含有大量移動式儲能系統(tǒng)的局域電網(wǎng)視為一個復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)。移動式儲能系統(tǒng)分區(qū)一般基于常規(guī)聚類理論基礎(chǔ)且沒有最優(yōu)區(qū)域數(shù)目的先決條件，采用全景理論，建立綜合考慮分散式儲能設(shè)備的運行狀態(tài)、運行策略等因素的匹配度模型，將匹配度高的儲能系統(tǒng)聚合劃分為一個子區(qū)，各分區(qū)可獨立調(diào)度調(diào)節(jié)，顯著提升區(qū)域調(diào)度合理性，其調(diào)度控制框架如圖6所示。
圖6 移動式儲能調(diào)度控制框架
3.2 計及電力保障和參與電網(wǎng)輔助服務(wù)經(jīng)濟性綜合指標的移動儲能系統(tǒng)集群動態(tài)調(diào)整方法
上文根據(jù)區(qū)域電網(wǎng)的電力應(yīng)急事件的特點，建立了面向配電區(qū)域和事件的移動儲能系統(tǒng)應(yīng)急服務(wù)技術(shù)指標，本節(jié)延續(xù)利用模糊理論推理出當前移動儲能應(yīng)急服務(wù)概率與需求容量，基于區(qū)域電網(wǎng)能源的特點，利用場景生成理論建立移動儲能典型應(yīng)用場景及經(jīng)濟收益模型，最終建立移動儲能輔助服務(wù)經(jīng)濟性期望與應(yīng)急、保電、救援等服務(wù)容量期望模型，并利用博弈論理論動態(tài)調(diào)整移動儲能集群中應(yīng)急服務(wù)與電網(wǎng)輔助服務(wù)移動儲能單元分配策略。
MES是一種時空靈活性資源，它是將儲能電池組和儲能雙向變流器集成于集裝箱內(nèi)，配備牽引車輛而形成的移動儲能車，賦予了固定儲能電池在空間上的可平移性。為了提高資源利用率，移動儲能的運營策略包括“常規(guī)運營”和“供電保障”兩個模式?！俺Ｒ?guī)運營”是指配電網(wǎng)無故障發(fā)生正常運行時，移動儲能在“集中站”接收輔助服務(wù)指令隨時接受調(diào)度，通過對儲能充放電功率進行優(yōu)化調(diào)控，從而為系統(tǒng)提供可再生能源消納，峰谷套利、輔助調(diào)頻等服務(wù)；“供電保障”是在線路故障等突發(fā)事件和設(shè)備檢修等預(yù)安排停電事件時，系統(tǒng)則由“常規(guī)運營”轉(zhuǎn)為“供電保障”，移動儲能車實時上傳自身位置及電量等信息，并依據(jù)“控制中心”的調(diào)控指令，行駛到目的地進行應(yīng)急供電。
利用場景生成理論構(gòu)建的隨機場景集綜合考慮了負荷、緊急事件、電網(wǎng)以及熱能供應(yīng)的不確定性，并深入分析每個獨立不確定性因素內(nèi)部的時序自相關(guān)性和不確定性因素之間的互相關(guān)性，且闡明了時序自相關(guān)性和互相關(guān)性的含義，如圖7所示，其中，時序自相關(guān)性描述了同一時間序列不同時刻任意兩元素的關(guān)聯(lián)程度，互相關(guān)性描述了不同時間序列之間的關(guān)聯(lián)程度。
圖7 時序自相關(guān)性與互相關(guān)性的含義
為了使生成的隨機場景集更貼合實際情況，將配電臺區(qū)的負荷、緊急事件發(fā)生概率、電網(wǎng)波動、熱能供應(yīng)等因素分別按照過渡季、夏季和冬季處理。首先基于各個不確定性因素所服從的概率分布，利用蒙特卡洛隨機抽樣得到n個初始隨機場景；然后賦予真實參考場景的時序自相關(guān)性，得到具有時序自相關(guān)性的因素樣本。此外，通過采用慣性權(quán)重線性遞減的粒子群算法達到縮減場景規(guī)模、優(yōu)化場景質(zhì)量的目的，最終獲得綜合考慮時序自相關(guān)性和互相關(guān)性的隨機場景集。
在新興的應(yīng)用場景下，通過采用Nash博弈模型動態(tài)調(diào)整分布式移動儲能集群中應(yīng)急服務(wù)與非應(yīng)急服務(wù)移動儲能單元分配方法。具體步驟如下：
①判斷配電臺區(qū)電力供應(yīng)與用戶電力需求是否匹配；
②基于夸大行為的價格討價還價策略進行應(yīng)急服務(wù)與非應(yīng)急服務(wù)移動儲能之間單元分配的博弈；
③判斷分配之后用于應(yīng)急服務(wù)移動式儲能集群是否能夠滿足應(yīng)急地區(qū)的電力應(yīng)急需求；
④若能，則分配正確，本次應(yīng)急調(diào)度結(jié)束；否則，根據(jù)本次實際情況，動態(tài)調(diào)整儲能單元分配方法。
3.3 具有高響應(yīng)度的移動式儲能集群時域滾動優(yōu)化調(diào)度方法
移動儲能調(diào)度方法基于每個儲能裝置的剩余電量以及供電需求點發(fā)送的供電需求指令，按照所述供電需求指令中的需求電量從大到小將所述供電需求點進行排序，將排序順序確定為所述供電需求點的供電調(diào)度優(yōu)先級，當前最高優(yōu)先級別的供電需求點按照從近到遠的距離對移動儲能設(shè)備進行排序，選取距離所述供電需求點最近的儲能裝置，并按照剩余電量從大到小的順序選取儲能裝置，直至滿足所述供電需求點的能量需求。裝置系統(tǒng)調(diào)度策略流程如圖8所示。
圖8 系統(tǒng)調(diào)度策略流程圖
此外，開展MES的分區(qū)理論研究以優(yōu)化移動式儲能具備的分散性特點，將含有大量MES的“可調(diào)度”電源管控平臺視為一個復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)，采用社團分區(qū)算法，建立考慮MES所在位置、動態(tài)特性、荷電狀態(tài)、控制方式等因素的相似度指標，將相似度高的MES聚合劃分為一個子區(qū)域。分區(qū)后，考慮在不同應(yīng)用場景下的MES適用性，并采用分區(qū)模塊度指標描述分區(qū)的工況適用性，各分區(qū)可獨立、快速接收區(qū)域內(nèi)“可調(diào)度”電源指令，提高移動式儲能集群響應(yīng)度。
集群控制框架及通信方式見圖9。如圖9所示，構(gòu)建“可調(diào)度”電源管控平臺的集群控制調(diào)度框架，框架分3層，決策層、網(wǎng)絡(luò)層和實施層，基于分區(qū)理論得到MES集群，每個集群可以實時上報設(shè)備的運行狀態(tài)、自身荷電狀態(tài)、匯聚潛力和功能報價，“可調(diào)度”電源管控平臺依據(jù)MES的匯聚潛力評估和篩選排序理論、電網(wǎng)的時序儲能需求和經(jīng)濟性優(yōu)化目標制定調(diào)度計劃，下發(fā)調(diào)度計劃給MES，“可調(diào)度”電源通過對最底層MES的調(diào)度形成對上級電網(wǎng)的有效支撐。研究集群控制系統(tǒng)的通訊方案，支持MES與上級調(diào)度系統(tǒng)進行快速通信，各層間通過合作網(wǎng)協(xié)議進行交互，滿足匯聚系統(tǒng)整體及MES的約束和需求，以動態(tài)地響應(yīng)系統(tǒng)需求的變化。
圖9 集群控制框架及通信方式
移動儲能的優(yōu)化調(diào)控是混合整數(shù)的非線性規(guī)劃問題，即在配電網(wǎng)與交通網(wǎng)耦合約束下求解以負荷損失最小為目標的移動儲能車最佳調(diào)控方案，其優(yōu)化調(diào)控指令包括：路徑類指令和功率類指令。
目標函數(shù)為時間集合T內(nèi)負荷削減量最小
式中，圖片、圖片分別為配電網(wǎng)中節(jié)點集合和支路集合；圖片為t時刻節(jié)點i的負荷削減量；圖片、圖片分別為支路i,j的電阻和t時刻電流的平方；Δt為時間間隔；等式右側(cè)前一項表示配電網(wǎng)負荷削減量，后一項用于保證二階錐松弛優(yōu)化后模型求解的準確性，λ為一個較大的正數(shù)。
其中，約束條件包括路徑約束、儲能電池約束、配網(wǎng)潮流約束。
移動儲能的運行調(diào)度具有時空分布廣、耦合約束多、不可預(yù)測性強等特性，例如故障預(yù)期持續(xù)時間等故障信息預(yù)測精度低，道路擁堵、交通事故等路況信息存在偶然性，移動儲能車可能未按計劃到達預(yù)定位置等，而上述電網(wǎng)、交通和移動儲能的不確定性因素均會給調(diào)控運行帶來較大偏差，若僅依靠在故障發(fā)生初決策的調(diào)控計劃，不能保證達到最優(yōu)的調(diào)控效果。針對該問題，構(gòu)建調(diào)控策略的滾動優(yōu)化框架，根據(jù)車路網(wǎng)實時信息，每隔Δt對移動儲能調(diào)控策略進行更新修正，最大限度地消除因各類不確定性因素導(dǎo)致調(diào)控偏差過大的現(xiàn)象，滾動優(yōu)化框架如圖10所示。在調(diào)控過程中，控制中心每隔Δt時間收取配網(wǎng)故障信息、交通路況信息和移動儲能車的位置與電量信息，優(yōu)化求解并下發(fā)圖片時段的路徑類和功率類調(diào)控指令，各輛移動儲能車依指令調(diào)度。
圖10 滾動優(yōu)化策略示意圖
4 結(jié)語
新型儲能技術(shù)契合新型電力系統(tǒng)發(fā)展方向，有助于推動我國碳達峰碳中和目標的加速實現(xiàn)，其中，移動式儲能系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)對電力系統(tǒng)平穩(wěn)運行、應(yīng)急情況下緊急供電等應(yīng)用具有重要意義。本文通過分析移動式儲能系統(tǒng)應(yīng)用場景，梳理特定情況下電力系統(tǒng)需求，最終優(yōu)化移動式儲能系統(tǒng)調(diào)度管理，具體表現(xiàn)如下。
（1）梳理雙碳目標下與新型儲能技術(shù)相關(guān)的政策部署，基于示范工程功能與特點進行分析。然后以典型電力事件為基礎(chǔ)，建立此場景下不同儲能互補運行仿真模型，分析不同類型儲能指標在不同電力事件下的靈敏度，最后綜合歷史先驗信息和仿真模擬的后驗信息，提出從“裝置-平臺-系統(tǒng)”三個方面建設(shè)移動儲能體系的方法。
（2）以電力應(yīng)急與儲能指標的供需關(guān)系分析為切入點，在系統(tǒng)且充分了解面向電力應(yīng)急的移動儲能規(guī)劃建設(shè)體系的基礎(chǔ)上，從移動儲能單體設(shè)計至移動儲能系統(tǒng)集群，自下而上地論證各層級硬件裝置設(shè)計方案、軟件算法實現(xiàn)方式，形成了移動儲能系統(tǒng)服務(wù)電力應(yīng)急場景的全套方案，為實際工程中移動儲能技術(shù)應(yīng)用提供決策依據(jù)。
（3）針對不同電力事件對移動儲能裝置的需求，不同類型儲能的技術(shù)指標以及聯(lián)合運行機理，分別采用層次分析法、熵權(quán)法、擾動分析方法和蒙特卡洛模擬方法進行計算，具有速度快、精度高、適用性強等諸多優(yōu)點，可以精準辨識移動式儲能狀態(tài)及關(guān)鍵指標，為今后技術(shù)指標量化評價奠定了基礎(chǔ)。
（4）基于移動儲能系統(tǒng)多場景應(yīng)用能力的辨識和動態(tài)群組分割，解析分布式移動儲能系統(tǒng)在多元電力事件中的匯聚效應(yīng)，并以提高電力保障可靠性和經(jīng)濟性為目的，建立基于事件和電力區(qū)域特色的移動儲能系統(tǒng)集群動態(tài)博弈調(diào)整方法，兼顧移動儲能系統(tǒng)的應(yīng)急響應(yīng)和電網(wǎng)輔助服務(wù)等多元場景下的經(jīng)濟性，使移動式儲能滿足配電區(qū)域內(nèi)不同應(yīng)用場景需求。最后，定義移動儲能集群的電力事件需求響應(yīng)度，并建立基于交通與電網(wǎng)信息的移動儲能集群高電力服務(wù)響應(yīng)度優(yōu)化調(diào)度模型和求解方法。
（5）目前，在電價驅(qū)動下，采用雙層優(yōu)化模型，可以仿真得出移動式儲能車在不同的時機進入電網(wǎng)，根據(jù)電價的變化情況，凈收益率最高達136.55%，具有較高的經(jīng)濟性。
（6）當前，儲能系統(tǒng)容量小、供電時間有限等因素制約移動式儲能技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用，若將電網(wǎng)中的閑置儲能裝備通過匯聚技術(shù)接入到移動儲能平臺，能夠顯著增強其對電力系統(tǒng)的保障能力。本文通過對移動式儲能系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)的分析探索，為今后移動式儲能技術(shù)的多元化應(yīng)用及高效率運行提供借鑒參考。
