特约主编寄语 | “新型电力系统储能关键技术应用”专栏

主编寄语

     新型电力系统是以确保能源电力安全为前提，以新能源为供给主体，以智能电网为枢纽平台，以源网荷储一体化与多能互补为支撑，以清洁低碳、安全可控、灵活高效、智能友好、开放互动为基本特征的电力系统。新型储能作为支撑新型电力系统的重要技术和基础装备，对推动能源绿色转型、保障能源安全具有重要意义。

2022年，国家发展改革委、国家能源局联合先后印发了《“十四五”新型储能发展实施方案》《关于进一步推动新型储能参与电力市场和调度运用的通知》。提出要推动储能技术的多元化和产业化发展，到2025年新型储能由商业化初期步入规模化发展阶段，到2030年新型储能全面市场化发展。积极发展“新能源+储能”、源网荷储一体化和多能互补，支持分布式新能源合理配置储能系统。制定新一轮抽水蓄能电站中长期发展规划，完善促进抽水蓄能发展的政策机制。加快新型储能示范推广应用，到2025年，新型储能装机容量达到3000万kW以上。
在此背景下，为加快突破制约新型储能发展的技术瓶颈，推动新型储能的规模化与产业化发展，《中国电力》策划组织了“新型电力系统储能关键技术应用”专题。经专家审阅，从公开征集的稿件中遴选出5篇于第一期登出，本期共遴选出6篇文章。
在储能经济性配置方面，国网蚌埠供电公司蒋从伟等人提出了共享储能联盟博弈的双阶段多目标优化配置方案，打破了传统储能经济运营模式，显著降低了运行成本，为包含储能在内多微网联盟合作与利益分配提供了新的思路。
储能是现阶段解决新型电力系统下高比例风电功率波动的关键技术和研究热点，南昌大学易锦桂等人提出一种基于改进场景聚类算法的储能优化配置方法。华北电力大学陈崇德等人提出了基于分级滑动平均法的风电混合储能容量配置模型。
储能参与新型电力系统调峰调频也是现在的研究热点之一。国网福建省电力有限公司林日晖等人构建了用户侧储能的集群充放电模型，采用深度Q学习方法提出了含用户侧储能微电网智能监控-控制策略。
国网湖南省电力有限公司电力科学研究院余斌等人提出了一种基于梅尔倒谱系数特征集的储能变流器开路故障诊断方法，构建基于贝叶斯优化算与一维卷积神经网的故障状态诊断模型，该方法具有在复杂噪声环境下的鲁棒性和准确性；长沙理工大学赵斌等人以光储电站日弃电量最小为目标，进行储能容量配置，并结合光储电站运行数据对电站设计方案进行验证分析，验证了光储电站的设计方案在高原高寒地区具有适用性。
本期集成相关领域专家学者的研究成果与经验，期望为新型电力系统储能关键技术应用提供支持与参考，希望对后续研究有所启迪。

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01

摘要：在平滑海上风电出力波动的应用需求下，提出一种储能优化配置方法。利用小波包分解算法对海上风电出力曲线进行分解，得到储能系统全年功率响应曲线。采用基于云模型和模糊C均值聚类算法相结合的改进场景聚类算法，对储能全年功率响应曲线进行聚合，生成储能功率响应典型场景。以储能年综合成本最低为目标，构建储能优化配置模型。采用粒子群算法对海上风电储能优化配置模型进行求解，最后通过算例仿真对所提方法和模型进行分析验证。结果表明：所提模型和方法能综合考虑海上风电场侧储能的实际运行特性，可有效指导海上风电场的储能配置和建设规划。

02

摘要：在“双碳”目标的背景下，亟须充分调度新型电力系统中的灵活资源。同时，共享储能的理念打破了传统储能经济运营模式，对提高储能运行效益具有革命性意义。考虑到储能设备的容量配置和运行优化是耦合的，在能源细胞-组织框架下提出共享储能联盟博弈的双阶段多目标优化配置方案，并采用Shapley法公平分配联盟合作成本。首先，建立考虑设备投资、功率波动和售购电价的多目标总储能配置模型，基于NSGA2算法求得联盟整体储能规划的Pareto前沿面。然后，以细胞间交互功率最低为原则，分别计算各细胞内部的储能容量和功率配置。通过比较联盟合作的收益与参与者群体分割的子合作收益，以判断能源细胞联盟的稳定性，并依据Shapley法对各能源细胞进行成本与利益分配。最后，采用居民、商业和工业3类能源细胞的博弈算例对不同合作方案进行对比分析，验证了所提方法的有效性。

03

摘要：风电场输出功率波动剧烈，直接并网会影响电力系统的安全稳定运行，需要配置储能平滑风电功率使其满足并网要求。为克服滑动平均法追随性差而导致储能配置容量较大的问题，提出分级滑动平均法用于确定风电功率平滑目标；采用Butterworth低通滤波对风电功率偏移量进行分解，将低频分量和高频分量分别作为锂电池储能和飞轮储能的参考功率；考虑储能初始投资及置换等成本以及售电收益、碳交易收益，建立风电场混合储能容量优化配置模型，并采用自适应混沌粒子群优化算法进行求解；利用某48MW风电场的运行数据进行仿真验证。仿真结果表明：分级滑动平均法更适用于确定风电功率平滑目标，锂电池与飞轮混合储能有利于提高风储系统全生命周期的净收益。

04

摘要：电池储能电站功率转换系统（power conversion system，PCS）故障诊断在储能电站智能运维中发挥着重要作用。现有方法在非侵入式识别PCS内部IGBT开路故障时，易出现信号特征提取困难、数据维度爆炸以及阈值判定区间不稳定等问题。提出一种基于梅尔倒谱系数（Mel-scale frequency cepstral coefficients，MFCC）特征集的储能变流器开路故障诊断方法。首先，以交流侧三相电流为输入信号，通过分析不同频率区间的信号频谱能量分布情况和包络特征，构建MFCC故障特征数据集。然后，结合核主成分分析（kernel principal components analysis，KPCA），实现充放电工况下非线性故障特征的降维筛选；其次，以低维故障特征集为输入，构建基于贝叶斯优化算法（bayesian optimization algorithm，BOA）与一维卷积神经网络（1d-convolutional neural network，CNN-1D）的故障状态诊断模型；最后，通过并网储能变流器的故障仿真实验，与现有方法进行比较，结果表明：所提方法在复杂的噪声环境下的鲁棒性和准确性更优。

05

摘要：频率与电压是衡量电能指标的重要标准。针对微电网受到负荷波动而引起的频率/电压调控问题，提出基于深度Q学习(deep Q-learning, DQN)的含用户侧储能微电网智能监控-控制策略。首先，通过考虑用户行为的随机性，增加了用户侧储能输出的随机约束，并引入四象限充放电的模型，构建用户侧储能的集群充放电模型，从而搭建出微电网频率-电压的协同控制模型。其次，设计基于DQN的频率/电压控制器结构与数字化智能控制平台，以系统实时的频率偏差、电压偏差与用户侧储能输出功率的上、下限约束为状态空间，以系统各机组出力为动作空间，并基于频率及电压2个控制目标，完成包含2个本地奖励的全局奖励函数的设计。算例结果表明：与传统PID控制器相比，所提DQN控制器能同时满足频率与电压的控制需求，更有效地应对负荷波动所引起的电能质量问题。

06

摘要：西藏地处高原高寒地区，太阳能资源极其丰富，建设光储电站有利于改善当地电源结构。然而，高原高寒的恶劣环境对光储设备影响较大。通过对西藏电网结构和日喀则市太阳能资源进行分析，评估建设光储电站的可行性；以朗明桑珠孜50 MW并网光储电站为例，提出适用于高原高寒地区的光储电站设计方案；以光储电站日弃电量最小为目标，进行储能容量配置；并结合光储电站运行数据对电站设计方案进行验证分析。研究表明：光储电站的设计方案在高原高寒地区具有适用性，50 MW光伏发电系统配置12.5 MW/100 MW·h电池储能较为合理，单日可减少约60 MW·h弃电量。研究结果可为高原高寒地区并网光储电站的设计提供参考。

特约主编

李建林，博士，二级教授，博导，2020年入选国家百千万人才工程，被授予“有突出贡献中青年专家”荣誉称号。中国可再生能源学会储能专委会副主任委员，中国电工技术学会储能标委会秘书长，IEEE PES 储能技术运行控制委员会副主席，北京先进碳材料产业促进会储能主委会主任委员，国网吉林电科院储能领域首席技术专家，安徽省自动化学会储能专委会主任，华东储能领跑者联盟副理事长；《电力系统自动化》《电网技术》《电工技术学报》《高电压技术》《太阳能学报》等权威杂志编委。受聘大连理工大学，湖南大学、南京工程学院等高校兼职教授。

先后承担储能领域国家级项目多项，其中，国家重点研发计划项目1项，国家863课题4项，国家自然基金项目3项，国家电网公司储能方向重大项目10项，各级网省公司项目10余项。近年来在国内外核心期刊发表文章150余篇，其中100余篇被SCI/EI检索，授权发明专利50余项。负责起草储能领域行业标准10余项，著有《大规模储能技术》《智能电网中的风光储关键技术》《储能系统电网调频技术》等著译作10余部。

韩晓娟，博士，教授，博士生导师。国家自然科学基金通讯评审专家，国家电网有限公司科技项目评审专家，电工技术学会储能标委会委员，《发电技术》《电器与能效管理技术》等杂志编委，国内外多个SCI顶级期刊审稿人，中国电机工程学会厂站自动化委员，北京先进碳材料储能专委会委员，中国电机工程学会会员，可再生能源学会会员，IET会员。先后主持和参与储能领域国家自然科学基金面上项目4项，承担国家电网有限公司及五大发电集团企业项目10余项。在国内外权威期刊发表论文100余篇，其中SCI检索30余篇，授权发明专利20余项，出版学术著译作3部。在储能领域获省部级二、三等奖7项。获IEEE颁发的I2MTC2012国际测量仪器仪表大会最佳论文奖，“电器与能效管理技术”优秀青年专家。培养10名研究生获国家奖学金，1名研究生获得国家第五届“工程硕士实习实践优秀成果获得者”荣誉称号。

许德智，IEEE Senior Member，博士，教授，硕士生导师，江南大学“至善青年学者”，中国自动化学会可信控制专委会、中国自动化学会能源互联网专委会委员，中国可再生能源学会储能专委会委员，中国电工技术学会储能标准委员会专家组成员，北京先进碳材料协会储能专委会副主任委员。研究方向包含智能电网技术、数据驱动控制理论与应用、故障诊断与容错控制理论与应用、特种电机与特种机器人技术等。发表学术论文90余篇，其中在权威SCI 期刊上发表论文40 余篇（以第一/通信作者身份发表SCI 检索论文35篇）。担任多个IEEE汇刊和多个国内外权威期刊的审稿人。参编“国家十三五重点出版物”教材《新能源发电与控制-第三版》。申请/授权中国发明专利8/5项。研究成果获中国商业联合会科技进步一等奖、中国轻工联合会科技进步二等奖各一项。作为项目负责人主持国家自然科学基金(面/青)等各类国家级和企业横向课题10余项。

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 往期回顾 

编辑：于静茹

校对：许晓艳

审核：方彤

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