由于新能源發電得到大力發展并大規模應用在電力系統中，特别是光伏發電在電力系統的使用者側快速發展，但其不确定性導緻電力系統的功率在時空分布上嚴重不平衡，嚴重影響了電力系統的平衡性與穩定性。如何有效地平抑光伏的輸出，在一定程度上降低對電力系統平衡性的沖擊，是光伏發電能否在使用者側大規模發展的決定性因素。
西安科技大學電氣與控制學院的商立群和大運汽車股份有限公司的張建濤在2024年第2期《電氣技術》上撰文，利用儲能與光伏發電聯合運作解決新能源發電影響電力系統平衡性與穩定性的方法，并提出了以充放電次數和充放電深度對儲能電池壽命的影響為考量的儲能電池動态損耗模型，同時以使用者側的某居民小區為研究對象，為其提供最優的光儲系統配置參數
研究背景
随着光伏滲透率的不斷提高，對電網穩定運作的沖擊也随之增大，而儲能裝置是消納光伏發電、提高系統穩定性的有效手段，與光伏發電共同組成光儲系統，運作于電源側、負荷側；同時使用者側的光儲系統可以降低使用者用電支出、提高供電的可靠性，是以使用者側光儲系統的研究已經成為世界各國能源轉型的重要研究方向。
論文所解決的問題及意義
本課題研究旨在利用儲能系統降低光伏發電對電力系統的沖擊性，降低了負荷峰谷差、平滑了負荷曲線，降低了使用者側光伏發電的棄光率，在此基礎上研究了針對不同目标下的光儲系統最優的運作場景，能夠更準确、客觀地進行光儲系統優化配置及為投資商提供投資決策；同時本課題研究所提出的儲能動态衰減模型，能夠更精确地預測儲能電池的服務年限，更合理地安排充放電次數和放電深度，使配置的光儲系統擷取最大的經濟收益。
論文方法及創新點
研究人員定義了儲能健康狀态模型和壽命衰減模型，共同構成儲能電池損耗模型其中所提出的儲能電池動态損耗模型考慮了充放電次數和充放電深度對儲能電池壽命的影響，以現有的實驗資料為基礎，通過改進曲線拟合方法及線性分段處理方法，獲得更加準确的曲線拟合函數和與原曲線更加貼合的分段線性函數，建立更貼合實際運作的儲能電池動态損耗模型。
同時在算例中綜合考慮了不同場景下的機關容量光伏出力及負荷需求，使用不同的權重求解方法得到綜合典型日的機關容量光伏出力及負荷需求，以營運商年均收益最大及負荷峰谷差最小為目标，對比分析使用多目标粒子群算法求解不同運作場景下某居民小區的光儲系統配置問題。
1 曲線拟合及線性分段結果
圖1 儲能SOH與壽命損耗程度的關系曲線及線性分段結果
式1
2 光伏出力及負荷需求資料的處理
2.1 光伏出力資料的處理
圖2 不同季節典型日機關容量光伏出力曲線
使用層次分析法（analytic hierarchy process, AHP）對不同季節的機關容量光伏出力取權重值，根據所得權重，對不同季節的機關容量光伏出力權重求和，得到具有綜合特性的典型日機關容量光伏出力。
圖3 典型日機關容量光伏出力曲線
2.2負荷需求資料的處理
圖4 各場景負荷曲線
使用熵值法對不同季節典型日的負荷功率取權重因子，權重後得到綜合典型日的負荷需求，并以此作為居民小區負荷需求的基礎資料。
圖5 綜合典型日的負荷曲線
3 仿真驗證
通過設定三種不同的場景驗證模型的有效性及光儲運作的最佳場景：
場景 1：采用本文所提方法為居民小區配置光 儲系統，對儲能電池SOH與壽命損耗的關系進行簡 單的分段線性化處理，不考慮儲能電池壽命損耗對 儲能系統運作的影響，在滿足限制條件情況下，儲 能系統隻利用光伏出力補充電能，儲存的電能在負 荷高峰時段進行供能。
場景2：配置ESS時考慮儲能電池運作對壽命 損耗和容量衰減的影響，其餘條件與場景1一緻。
場景3：配置ESS時考慮儲能電池運作對壽命 損耗和容量衰減的影響，儲能系統并網運作，使儲 能在“低儲高放”的套利模式下運作，其餘條件與場景1一緻。
結論
通過對比三種場景下的仿真計算結果可得出如下結論：
1）本文通過引入多種氣候條件下的光伏出力和不同季節下的負荷需求，使居民小區光儲系統的配置結果更精确，更具有實際效用。為小區配置儲能不僅能夠獲得經濟效益，還能夠發揮儲能系統“削峰填谷”的作用。從配置結果可知，配置的儲能系統容量不大，能夠滿足居民小區占地面積小的要求。
2）要使儲能系統具有較強的光伏出力消納能力，光儲系統首選運作于場景2下；要使光儲系統的經濟性最優且儲能系統平滑負荷曲線的能力突出，則光儲系統首選運作于場景3下。本文所提模型有助于更準确、客觀地進行光儲系統優化配置及投資決策。
3）采用儲能動态衰減模型，能夠更精确地預測儲能電池的服務年限，更合理地安排充放電次數和放電深度，以擷取更大的經濟收益。
團隊介紹
研究人員隸屬于西安科技大學電氣與控制工程學院，長期緻力于電力系統控制與保護、新能源發電技術等領域的研究，主要涉及配電網單相接地故障選線及區段定位、配電網單相接地故障柔性消弧、電力變壓器故障診斷、光伏發電系統故障診斷、可再生能源發電與并網等研究方向。
- 商立群（1968—），男，河南省濟源市人，博士，教授，主要研究方向為電力系統保護與控制、新能源發電等。
- 張建濤（1996—），男，山西省臨汾市人，碩士研究所學生，主要研究方向為光儲優化運作、新能源汽車耗能優化等。
本工作成果發表在2024年第2期《電氣技術》，論文标題為“計及儲能電池壽命衰減的居民小區光儲優化配置”，作者為商立群、張建濤。本課題得到陝西省自然科學基礎研究計劃資助項目的支援。