廣州市電力工程設計院有限公司的研究人員畢偉，在2018年第4期《電氣技術》雜志上撰文，為引導需求側(cè)優(yōu)化用能管理水平、參與電網(wǎng)高峰負荷削減，實現(xiàn)能源利用效率的整體提升，本文簡述了分布式儲能技術在電力需求側(cè)管理中應用建設的背景、意義。

從技術應用條件、建設模式上分析了在電力需求側(cè)管理中應用分布式儲能技術的可行性。探索基于能量云管理平臺的分布式儲能系統(tǒng)，提出了系統(tǒng)的層次結構并描述了各層之間的關系。詳細設計了系統(tǒng)的物理架構、功能架構，并分析了系統(tǒng)關鍵技術。

本設計方案已應用于廣州市通信基站閑散儲能示范項目的研發(fā)建設，為廣州電力需求側(cè)管理工作提供了技術支撐。未來，將對為能效管理與需求響應業(yè)務在南網(wǎng)范圍內(nèi)的推廣實施奠定技術基礎。

在大力推行供給側(cè)結構性改革和新電改的行業(yè)背景下，電力作為特殊商品，開展有效、合理、規(guī)范用能工作，提高需求側(cè)用電能效管理水平，以輔助實現(xiàn)節(jié)能的目的。通過用電能效管理和監(jiān)控的信息化、可視化，提高資源配置效率，以互聯(lián)網(wǎng)、云計算管理手段，盤活需求側(cè)閑置電力資源，開展科學規(guī)范的需求側(cè)管理工作，對于深入挖掘用戶側(cè)資產(chǎn)利用效率以及用電節(jié)能潛力是非常有必要的。

基于能量云管理平臺的分布式儲能系統(tǒng)，即融合了當前互聯(lián)網(wǎng)信息化技術、云計算技術和分布式儲能技術，通過采用電池能量交換系統(tǒng)和電池能量管控云平臺等能源互聯(lián)網(wǎng)的核心裝備，將海量的碎片化閑置電池儲能資源盤活為電網(wǎng)可以調(diào)度利用的大規(guī)模分布式儲能系統(tǒng)，實現(xiàn)基于“虛擬電廠”的配電網(wǎng)儲能系統(tǒng)。

1 分布式儲能應用于需求側(cè)管理意義

在電能產(chǎn)生和消耗的過程中，由于新能源發(fā)電（太陽能、風能）的間隙性和負荷的隨機性等原因，造成電能供求之間在時間和空間上不平衡，特別是以太陽能發(fā)電為主的分布式電源在需求側(cè)大量的接入，將加劇配電網(wǎng)中電壓的波動，給配電網(wǎng)用戶的電能質(zhì)量、安全運行以及供電可靠性帶來較大影響。

電網(wǎng)企業(yè)為最大限度滿足電網(wǎng)的遠期適應性，在電網(wǎng)的規(guī)劃、設計、運行和調(diào)度時，按照滿足年最高峰負荷時的安全需求原則考慮。研究表明，高峰負荷持續(xù)的時間相對整個電網(wǎng)運行周期而言并不長，據(jù)統(tǒng)計我國95%以上的高峰負荷年累計持續(xù)運行時間僅占幾十個小時，然而年最大負荷利用小時數(shù)卻有幾千小時，顯然為滿足高峰時段負荷而擴建增容乃至投入巨資改造電網(wǎng)是很不經(jīng)濟的。

分布式儲能靠近用戶側(cè)，有電池儲能、相變儲能、蓄冷蓄熱儲能、飛輪儲能、抽水儲能、超級電容儲能及壓縮空氣儲能等眾多方式，其中，電池儲能方式在千瓦時級至兆瓦時級儲能有著其他儲能方式不可比擬的優(yōu)勢。

目前用戶側(cè)存在數(shù)億kWh的分散閑置電池儲能資源，如通信基站電池、各種不間斷電源（UPS）電池、梯次利用電池等，海量分布式儲能設備的廣域協(xié)調(diào)，利用其可調(diào)度儲能容量產(chǎn)生聚集效應實現(xiàn)電網(wǎng)與用戶之間電力交換和互動響應，能夠提供遠距離、大容量的能量調(diào)度能力，可為電力需求側(cè)管理工作提供巨大的潛力支撐。由于儲能設備具備電源和負荷的雙重特性，設想在用戶側(cè)負荷附近都裝設儲能設備，根據(jù)峰平谷電價機制，在高峰時段的用戶用電成本升高。

因此，為節(jié)省電費成本，用戶會選擇主動放棄使用電網(wǎng)電能，改用儲能電能，利用儲能電源特性促使電網(wǎng)負荷下降。反之在低谷期時段，電價隨之降低，用戶側(cè)的儲能裝置轉(zhuǎn)為從電網(wǎng)側(cè)吸收電能，利用儲能負荷特性促使電網(wǎng)負荷上升。

綜上所述，在需求側(cè)建設儲能系統(tǒng)，可有效減少電力負荷的峰谷差，平抑分布式電力隨機性和間隙性帶來的電力波動，提高電力系統(tǒng)資產(chǎn)利用率水平，優(yōu)化電網(wǎng)資源配置。由此可見，利用分布式儲能裝置實現(xiàn)需求側(cè)管理的做法十分必要。

2 基于能量云管理平臺的分布式儲能的技術應用可行性分析

2.1 應用條件

1）信息資源保障

電網(wǎng)企業(yè)作為能量云管理平臺的運營主體有著先天優(yōu)勢，其線上已具備完善的的運營業(yè)務系統(tǒng)，包括計量自動化系統(tǒng)、營銷管理信息系統(tǒng)、配網(wǎng)生產(chǎn)管理系統(tǒng)、GIS系統(tǒng)、調(diào)度自動化系統(tǒng)、配網(wǎng)自動化系統(tǒng)以及充電樁管理平臺，能夠覆蓋各種運營業(yè)務的全量數(shù)據(jù)，為分布式儲能云管理平臺的運營提供全信息資源保障和數(shù)據(jù)支撐。

2）設備技術支撐

目前市面上已經(jīng)出現(xiàn)針對鉛酸蓄電池的BMS產(chǎn)品及類似產(chǎn)品，部分產(chǎn)品已充分考慮了電池組中各單體充放電過程中的不可避免差異性，在均衡一致性管理功能中得到改善并開發(fā)應用實踐示范項目，不僅支持全新電池，還可適用于退役電池組，應用領域更為廣泛。其中有種基于電池網(wǎng)絡拓撲動態(tài)重構技術的鉛酸電池能量交換機代表了世界鉛酸電池管控技術的最前沿。

該款產(chǎn)品也已在圣陽電源的CNAS電池測試中心完成測試，電池管控能力比傳統(tǒng)技術有顯著提升，運行穩(wěn)定可靠，具備了規(guī)模部署的條件。

3）儲能市場廣闊

鉛碳產(chǎn)品+儲能應用+再生鉛的模式，以及動力電池梯次利用的模式，均可作為儲能行業(yè)循環(huán)經(jīng)濟利用的典范，尤其是電池梯次利用技術開發(fā)將為分布式儲能提供巨大的電池市場。目前，電動汽車退役動力電池暫未形成市場規(guī)模效應和完善的價格機制。

調(diào)研發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有價格已經(jīng)與鉛酸蓄電池市場價非常接近，隨著國家的大力支持電動汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展，未來梯次利用動力電池市場將十分廣闊，成本有望進一步下降。

2.2 建設條件

現(xiàn)階段城市化高速發(fā)展時期，電網(wǎng)建設的土地征地難題，已經(jīng)是阻礙電網(wǎng)工程建設的普遍問題，分布式儲能位于用戶端，或利用用戶自身現(xiàn)有的儲能資源進行技術改造，有效回避了征地環(huán)節(jié)。另外，分布式儲能具有容量小型分散化的特點，現(xiàn)有國家或行業(yè)儲能標準對小型的儲能系統(tǒng)并未有嚴苛的安裝條件限制，隨著電池技術的不斷革新，未來即插即用可以實現(xiàn)雙向互動的分布式儲能，將會被應用在社會中的各個角落。

3 系統(tǒng)架構設計

3.1 系統(tǒng)物理架構

基于能量云管理平臺的分布式儲能系統(tǒng)架構圖如圖1所示。

基于能量云管理平臺的分布式儲能系統(tǒng)由以下幾部分組成：需求側(cè)端儲能設備監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集層、網(wǎng)絡傳輸鏈路層、能量云管理服務層和用戶服務層。

需求側(cè)端儲能設備監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集層由電池管理系統(tǒng)或能量交換機中的測控及保護裝置、數(shù)據(jù)采集裝置、通信裝置（具備規(guī)約轉(zhuǎn)化及集線功能）等構成，是將電池信息及能量采集數(shù)據(jù)傳輸至后臺云端的發(fā)起層。

圖1 基于能量云管理平臺的分布式儲能系統(tǒng)架構圖

網(wǎng)絡傳輸鏈路層是作為提供用戶設備信息通向云端的鏈路，可采用有線傳輸和無線傳輸方案，推薦采用4G/3G無線傳輸方案，運維方式通用，投資較小，利于降低成本。

能量云管理服務層由傳輸層、數(shù)據(jù)存儲層、應用層組成。傳輸層設置二次安防，保證遠程通信數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩院涂煽啃裕粩?shù)據(jù)存儲層基于關系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)應用軟件完成海量分布式數(shù)據(jù)存儲，提供對分布式儲能設備大規(guī)模數(shù)據(jù)的存儲預處理；應用層包括監(jiān)控中心、控制策略、通知中心等核心業(yè)務實現(xiàn)。

用戶服務層為各種分布式儲能用戶群提供服務和訪問接口，支持Web客戶端、智能手機及平板電腦客戶端應用，但需要對用戶服務和用戶權限進行管理。

3.2 系統(tǒng)物理架構

能量云平臺控制系統(tǒng)主要功能為監(jiān)控用戶側(cè)儲能設備或系統(tǒng)運行狀態(tài)、執(zhí)行需求響應業(yè)務，同時管理用戶側(cè)檔案信息數(shù)據(jù)和業(yè)務數(shù)據(jù)，以及利用門戶系統(tǒng)提供信息訪問服務。系統(tǒng)設計時需要利用平臺化、模塊化思想，保證系統(tǒng)的兼容性與可擴展性。基于能量云管理平臺的分布式儲能系統(tǒng)功能架構圖如圖2所示。

能量云平臺控制系統(tǒng)具備實現(xiàn)分布式儲能集群管理及其接入過程中能量交換的多目標優(yōu)化控制、保護與監(jiān)視、通信、數(shù)據(jù)測量采集、歷史數(shù)據(jù)存儲分析、經(jīng)濟性計算等功能。

圖2 能量云平臺控制系統(tǒng)功能架構圖

1）控制功能

潮流控制、有功功率控制、電壓/無功調(diào)節(jié)、并離網(wǎng)切換、儲能系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制功能。用戶可以通過云平臺控制電池系統(tǒng)充放電，設置充電電流，無需運維人員到現(xiàn)場操作。

2）保護與監(jiān)視

讀取設備各種信息，實時監(jiān)視系統(tǒng)運行情況，進行綜合判斷，協(xié)調(diào)系統(tǒng)運行。可獲取的信息包括整個電池系統(tǒng)的狀態(tài)、電壓、電流、功率和單體電池的狀態(tài)、電壓、SOC等數(shù)據(jù)。

3）歷史數(shù)據(jù)獲取

云平臺能存儲采集到的電池系統(tǒng)以及單體電池的各種狀態(tài)和數(shù)據(jù)。用戶可以指定目標和時間區(qū)間以原始數(shù)據(jù)、直方圖、曲線等方式獲取這些歷史數(shù)據(jù)，可以在客戶端中通過圖形界面獲得直觀的數(shù)據(jù)。用戶也可以對數(shù)據(jù)進行再處理，進行數(shù)據(jù)分析、模式提取，為各項評估和科學決策提供數(shù)據(jù)支持。

4）其他功能

（1）經(jīng)濟和環(huán)境效益報告功能。能夠根據(jù)存儲的數(shù)據(jù)計算出削峰填谷等帶來的經(jīng)濟效益，讓用戶了解到投資的經(jīng)濟和環(huán)境回報，隨時掌握系統(tǒng)的經(jīng)濟性情況。

（2）設備使用環(huán)境報告。實時地報告設備工作環(huán)境，如市電是否正常，儲能設備續(xù)航時間等信息，讓用戶隨時隨地掌握設備的環(huán)境狀況。

（3）日志功能。可以將系統(tǒng)主要信息和操作信息保存。

除具備以上功能外，能量云平臺控制系統(tǒng)為用戶提供虛擬機全生命周期管理，提供基于手持設備APP的遠程應用，提供自動化運維及自動報警，提供多種云存儲方式，讓用戶簡化能量存儲設備的維護及擴展，專注于核心業(yè)務。

4 案例應用

近日，廣州供電局攜手鐵塔公司聯(lián)手打造國內(nèi)第一個通信基站閑散電池盤活利用的配電網(wǎng)儲能示范項目，項目選擇56個直供電移動基站，其中8個基站作為能量雙向交互試點，利用每座基站閑置的備用儲能資源，組成大規(guī)模的分布式電池系統(tǒng)。

儲能系統(tǒng)建設規(guī)模為268.8kW/2.11MWh，在能源互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)及云平臺的基礎上，通過現(xiàn)代化通信手段，實現(xiàn)對每座分布式基站儲能系統(tǒng)的監(jiān)控和管理，通過對每個分散點的儲能資源統(tǒng)籌計算，實現(xiàn)需求側(cè)負荷與儲能系統(tǒng)的之間快速互動響應，優(yōu)化能源在需求側(cè)得到合理配置。能量雙向交互試點基站系統(tǒng)構成示意圖如圖3所示。

本項目是在共享經(jīng)濟模式下對分布式儲能項目建設新模式和新方法的探索和嘗試。項目由鐵塔公司提供儲能系統(tǒng)建設場地以及儲能電池，由供電企業(yè)提供電池管理系統(tǒng)、功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)以及能量云平臺控制系統(tǒng)建設，共同構造成分布式儲能系統(tǒng)。電網(wǎng)企業(yè)負責儲能系統(tǒng)的日常調(diào)度和管理工作，負責向鐵塔公司的基站電池工作狀態(tài)提供監(jiān)控和預警服務，鐵塔公司則負責電池系統(tǒng)的日常運維工作。

圖3 能量雙向交互試點基站系統(tǒng)構成示意圖

對供電企業(yè)而言：①降低儲能項目建設成本，以本項目為例，56個基站的儲能電池盤活后的電量資源約為2MWh，單位建設成本折算為1.5元/Wh，僅為鋰電儲能新建站的單位建設成本的60%；②解決了城市配電網(wǎng)中儲能建設征地問題，節(jié)省土地資源，社會效益顯著；③盤活社會上閑置儲能資源，掌控社會儲能容量的調(diào)度能力，能夠緩解電網(wǎng)企業(yè)高峰供電壓力，開展需求側(cè)管理，間接減少電網(wǎng)基建投資。

對鐵塔公司而言：①有儲能電池的在線監(jiān)測系統(tǒng)，能夠?qū)崟r精準的掌握應急電源的工作狀況，提升應急系統(tǒng)供電可靠性；②降低人力成本，通過能量云平臺控制系統(tǒng)，使得基站電池做到真正的免維護，估算運維成本單站每年節(jié)約6200元，本項目56個站每年可節(jié)約27.9萬元；③還可享受電網(wǎng)企業(yè)根據(jù)削峰填谷的需求側(cè)響應即得收益所讓渡的電費電價優(yōu)惠。

5 結論

本文提出了基于能量云管理平臺的分布式儲能系統(tǒng)在電力需求側(cè)管理中的應用模式，即通過搭建能量云平臺控制系統(tǒng)，利用信息化互聯(lián)網(wǎng)等手段，實現(xiàn)對某一區(qū)域內(nèi)分布式儲能進行廣域調(diào)度和集群管理。

通過前文介紹和應用案例，該技術應用可以實現(xiàn)電網(wǎng)企業(yè)和用戶之間能量雙向交互，使傳統(tǒng)的剛性電網(wǎng)轉(zhuǎn)變成柔性電網(wǎng)，以低成本高效率地方式完成電網(wǎng)中能源的優(yōu)化配置工作，不但帶給電網(wǎng)企業(yè)有效實現(xiàn)需求側(cè)管理的社會效益，也帶給用戶節(jié)電節(jié)費的經(jīng)濟效益。

然而，如何引導社會中閑散的儲能資源完成規(guī)模化應用和實現(xiàn)集群化管理，在建設、運營和盈利模式上需要進一步探索和研究工作。