采用区间控制的蓄电池储能电站调峰运行控制策略︱本刊学术

上海交通大学电子信息与电气工程学院、福建省电力试验研究院系统所、中国电力科学研究院电工与新材料研究所的研究人员尚瑨、邰能灵等，在2015年第16期《电工技术学报》上撰文，蓄电池储能电站（BESS）灵活的运行控制可以很好地满足电网调峰填谷的要求，有效降低负荷波动。本文在负荷预测的基础上，从储能电站充放电量均衡的角度，提出以一个边际负荷值来确定电站充放电运行状态的控制方案。考虑储能电站实际容量限制，将定边际负荷控制改进为负荷区间控制；在确定运行状态的基础上，对实际运行控制提出分时分档匹配的方法，计算储能电站全天充放电功率。针对实时负荷与预测负荷存在偏差的问题，提出了结合储能电站电量预测值对电站实时运行控制进行调整的方法。仿真实验表明了该控制方案的有效性和连续性。

随着国民经济的快速发展，用户对电力的需求不断增加，电网的电力负荷峰谷差逐渐加大，运行中必须采取调峰措施，以保证电力系统供用电的平衡[1]。传统的调峰方法一般有火电调峰[2,3]、燃气轮机组调峰[4]和水电调峰[5,6]，这些方法都是从发电侧进行调节，通过调整全网发电机的出力来跟随电网负荷的波动。这对发电机组的调峰容量提出了较高的要求，而且机组的频繁起停也造成了燃料资源的浪费。

从建设成本和能源利用的角度出发，通过增加发输配电设备来满足高峰负荷的需求变得越来越困难。储能电站可以从负荷侧对电网的峰谷负荷进行调节，起到削峰填谷的双向作用，不仅可以减少发电、输电设备的投资，提高设备利用率，还可以减小线路损耗，获得可观的经济效益，是解决电网峰谷差问题的有效途径[7]。

在现有的储能技术中，利用抽水蓄能电站实现电网削峰填谷的技术已经发展成熟并实用化。但由于受建设环境、地理位置的制约，有很大的局限性，难以得到大范围的应用。蓄电池储能电站（Battery Energy Storage System，BESS）具有储能密度大、安装建设灵活、可四象限平滑运行等优点，可以更方便地应用，有效平抑电网负荷的波动。

目前关于蓄电池储能电站在电力系统中应用的研究较多，但大多集中在改善电能质量[8,9]、平抑可再生能源波动[10]、提高新能源渗透率[11,12]等方面，对削峰填谷控制策略的研究较少。

文献[13]建立了用于削峰填谷的电池模型。文献[14]从减少输电、配电损失方面探讨了利用BESS进行削峰填谷的经济意义。文献[15]从用户的角度出发，考虑电价差异安排蓄电池优化运行，减少了用户电费支出。文献[16]利用蓄电池储存光伏电站发出的电能，在负荷高峰时放电，解决光伏发电高峰时段和负荷高峰时段不匹配的问题。

以上研究对蓄电池储能电站用于电网削峰填谷的针对性不强，没有对控制策略进行系统的研究。文献[17]对BESS用于削峰填谷的控制策略进行了探讨，但所做分析同时包含电压稳定和经济效益等多个目标，并未对削峰填谷策略进行深入研究。

本文在短期负荷预测的基础上，提出了一种基于区间控制的蓄电池储能电站削峰填谷控制策略。考虑BESS容量及每周期充放电量的均衡，设定负荷参考区间，并通过该区间来区分波峰、波谷。该策略计算简单，实用性很强，采用变功率控制，可以灵活地适应负荷的变化。在此基础上，针对预测负荷存在误差的问题，初步提出一种简单实用的调整策略，通过仿真分析验证了所提策略的可行性。

结论

针对储能系统对配电网负荷削峰填谷的运行控制问题，本文首先从负荷预测的角度，提出了基于负荷区间的削峰填谷控制策略。以BESS容量以及充放电量均衡为约束，通过迭代计算得出削峰填谷的负荷控制区间，并将负荷曲线与预测值的差值和离散化的BESS运行状态进行分时分档匹配，最终确定BESS的具体运行，使负荷稳定在期望区间内。仿真结果验证了该控制策略的有效性。

在此基础上，本文还对BESS削峰填谷控制周期的选择进行了一定研究。对固定特点的负荷，应保证控制周期内同时存在波峰和波谷。同时，为了保证控制的连续性，连续周期的波峰、波谷应该交叉出现。最后，针对实时负荷与预测负荷存在偏差的问题，本文提出了基于BESS电量预测值的调整运行方案。通过仿真验证了调整方案的有效性。

BESS最大储能量也会直接影响其削峰填谷的效果，根据本文所提出的控制策略，BESS容量越大，削峰填谷的负荷控制区间越窄，负荷越平稳。然而，增大BESS容量会大大增加建设成本。负荷区间越窄，波谷和波峰时对BESS充放电功率的要求越高，技术要求也相应提高。

因此，针对某一特定区域的负荷，为达到预定的削峰填谷控制目标，存在BESS容量的最优值，可以结合区域历史负荷以及未来负荷变化趋势，综合考虑技术和经济因素，寻求最优BESS容量值。