中国科学院电工研究所杨子龙：分布式光伏/储能系统的关键技术研究

“很多人咨询，到底一个光伏电站应该配多少储能，通常有说配置20%、15%的，现在很难做一个定位，首先你要确定不同的功率目标，后边根据你的约束条件选择你的电池和你的放电深度，这样才能得出相应的计算结果，这个计算过程每一个可能要单独出一个方案，要一对一的进行设计。”

——摘自杨子龙在2018中国分布式储能峰会发言

2018年10月26日，北极星电力网、北极星储能网、中关村储能产业技术联盟在北京西国贸大酒店联合举办2018中国分布式储能峰会，中国科学院电工研究所副研究员杨子龙为我们带来“分布式光伏/储能系统的关键技术研究”报告。

中国科学院电工研究所副研究员杨子龙：

首先感谢北极星电力网给我这个机会对我以前做的工作给大家做一个分享。前面两位嘉宾刚才讲了都是做电网侧的这块不管是调频还是调峰的储能，我前几年做的工作主要是结合跟分布式发电、跟用户侧储能做的一些工作，首先我给大家进行一下简要的汇报。

我今天的汇报分为四个部分。

这个应该是去年我总结的，2018年确实是储能爆发的一个时期，有些标准、有些政策可能中国和国外已经有了一个很明显的差异，2017年的时候，国外有一个发展储能很好的天时地利的条件，包括美国做的电网调频电站特别多，当时中国可能还没有，今年整个就反过来了，中国可能现在具有很好的天使和地利。

针对我们用户侧的一个储能做的一个资料搜集，可以发现，我们国家的电费，住宅的电价，全世界主要国家里边是最低的，工商业其实也不高，这当时是大家一直比较困扰的，为什么在用户侧储能一直发展不起来，因为我们的电价确实跟国外比的话比较低，所以好多市场都是在国外。

随着国家政策从2015年开始，陆续在发，直到2017年3月份五部委发的国家文件以后，好像紧接着连续北京、江苏、山西、山东都陆陆续续发布了好多支撑储能发展的文件，我们储能现在已经是处于一个爆发期。

除了刚才讲的电网侧调频调峰的储能，大概现在跟用户侧或者可再生能源发电集成，现在有几种应用模式，首先跟可再生能源发电，最早我们做的是平滑光伏功率波动，后来放到用户侧，肯定要跟分时电价、跟峰谷差电价要结合起来，还有后边的削峰填谷，降低我们基本电量的需求，以及西部地区和可再生能源结合弃风弃光功率的消纳，还有最早的离网和并网运行是储能刚需的场景。

下面就这些场景介绍应用的一些现状以及还有一些发展的趋势。

我认为最早这种大规模比较大的储能，小的就不算了，几十千瓦大规模储能，最早还是用离网、微网的系统，列举三个我曾经看过的案例，第一个，2011年做了一个玉树的水光储的工程，当地玉树是独立的小电网，2010年地震以后，2012连大电网才进去，之前一直是孤网，水电网不能支撑晚高峰的发电，所以当时建了一个光伏+储能的并网电站和水电站进行互补发电。后边也是在玉树，只是针对纯离网的地区解决它们的供电问题。这两个电站后来随着国家的玉树地区支持，已经转化为了并网的一个电站。

可再生能源，随着可再生能源接入电网越来越多，出现了一些电压的问题和弃风弃光的问题，所以储能在可再生能源也有很多案例，最可到是国家电网做的分、光、储、输的示范基地。2016年国家863项目针对风电厂做了液流电池的储能，在格尔木有应用，它的功能主要是平滑光伏的出力。分布式发电现在发展越来越多，储能系统和分布式发电已经做到很多了，如果只是强调跟分布式发电结合，应该有好多运营模式，可能可以去把前边的几个模式平滑功率波动、弃风弃光加在一起，也可能有他自己新的模式。针对这个问题，我们从2012年就开始承担一个国家863课题，整个名字就叫建筑光伏系统并入电网以后跟电网的关系，我们当时最早的去摸索了一个储能系统跟分布式发电， 结合以后，储能应该怎么去设计、怎么去选择、怎么去控制。后边有很多技术，都是来源于课题当时做的一些科研成果。

针对刚才说的几个问题我们这边梳理了五方面的技术，时间关系不可能每个技术都去展开。我梳理了一下主要里边问题是怎么考虑的、怎么解决的。

系统化的模块化设计集成。很多人咨询，到底一个光伏电站应该配多少储能，通常说20%、15%的，现在很难做一个定位，首先你要确定不同的功率目标，后边根据你的约束条件选择你的电池和你的放电深度，这样才能得出相应的计算结果，这个计算过程每一个可能要单独出一个方案，要一对一的进行设计。

第二个，刚才涉及到容量以后，要选择整个结构形式，我们网站上找到的两种模式，我觉得最早集中性的储能大家做的比较多的，后面分散式直流储能这也是最近跟可再生能源光伏发电，直接从直流侧进行耦合，这也是一种比较省地方的，能够很尽快的跟我们常规的并网锂电结在一起的运营模式，这两个运营模式还是存在的。

后边是要介绍我经历的现在储能电站的两种安全方式。最早我们在示范工程的时候也考虑是不是把储能和PCS放到一起，当时是有两种路线的，有人说放在一起，有可能PSC里面的电功能跟电池在一起可能有尾欠，我们当时很保守期间，将电池、PDC进行公开，做了两个系统，现在我们当时考虑的是铅酸到电池，还是比较可靠的，现在再做就是做成PCS还有储能电池，不管是锂电还是触电坐在一起，这样集成度更高，可以在工厂里边进行很多种调试。

第二个关键技术，储能变速器的PCS，PCS现在厂家也很多，现在有很多厂家从网站上群里大家看的比较多的是他的技术参数，我们电流、电压是多少、频率是多少，其实从功能角度，我们也是总结了可以做的目标，前三条是具备的，具备公共发电机，也是针对于现在大规模的缝分布式接入以后，你的储能电站如何跟电网配合，这个现在大家正在研究的一种方向。这是现在可能存在的几种拓补，第一种拓补就是，单极式的DC/DC拓补系，也是BMS装的比较多后来，比如液流电池，他的电压很低可能就必须得使用两级式的还有题词其他的，一个是存在梯次利用的电池，每个电都要电池管理，多植入的DC/AC，以后的发展方向可能都得带到这个控制中来。

第三个，电池如何选择。这里边主要探讨的是铅炭电池和锂电池，我们从2013年开始设计我们第一个电站的时候，当时根本就不敢考虑锂电池，因为当时锂电池价格4块，而铅酸给我们的优化电池是1.8元，过四年锂电池已经降了很多了，达到1.5元以下，如果我们再做电池可能会考虑去电池做用户侧的使用，当然如果涉及到电网侧调频，毋庸置疑你可能不会选择铅酸电池，直接就选择锂电池，如果在用户侧还在对比，包括梯次利用，有人把梯次利用和铅酸电池做技术分析，这也是进入了现存的可供选择的电池种类。

储能电池及其管理技术，电池管理，对他正常的工作状态，如果锂电池还要对他进行各种保护、自己公平，有一点是要做储能电池控制，首先要SOC判断准，后面做各种策略都是以市做依据的。我们当时一套系统是怎么做的呢？大家可以看到左边这幅图，这两个安了常规的普通的电池管理系统，我们放一台我们自己基础的，在功率波动光伏变化的情况下用了这样一种算法，

储能电站功率控制系统，主要考虑如何把电站管理好，功率输出能够控制好。我们当时也是通过实验，在碰到不同问题然后解决问题，总结了三点，第：点分布式的并行通讯，当时我们做的485通讯，PDS用了10台，都是100千瓦的，考虑到485通讯速度必须慢，不停的要改进内部的控制方式，最后控制在50毫秒以内。 刚刚说2018年标准，已经是有2秒调度了，2秒调度跟我们写在这儿的50毫秒的速度，我们当时为什么提50毫秒呢？20毫秒还是有一定差距的。第三，功率控制，考虑到电池比较多的情况下也可能不准，也要通过闭环的控制达到这个精度。

第三个，整个储能电站接到电网以后，他主要是对电网电压的稳定性进行控制，那里面刚开始，如果通过电站的测控系统去检测并网点现在电压的质量，这样一个通讯会带来很大的延时，达不到电压控制的现在集成性。

第五，整个系统的能源管理，储能电站跟负荷、跟光伏协调一起怎么管理的，我们做了两个，一个就是如何并网的波动，另外分布式光伏储能系统，多种运行模式如何去协调，主要是在这里边做了一些研究工作。在并网功率波动的时候，这个策略上我们参考了2012年光伏发电的标准，这个标准是每分钟并网功率波动不要超过10%，根据这个指标我们首先进行了一个数据统计，30天的变化速度我们看到，我们在10分钟光伏变化，如果在储能能达到72%，特别陡的一个变化率。如果采掌柜的，滤波算法，如果采用这种滤波算法的话，滤波去控制我们的储能，可能会导致并网的输出功率和你的光伏功率会有很大的延时，延时直接导致的问题就是，你的储能容量就必须要大，如果建立对储能的需求，我们是引用两种方法，一种是功率预测，还有一种是没有功率预测，还有线性拟合，通过这个方式降低了对储能容量的配置需求。

第二个，多种运行模式的协调。这里边展示的是多种类型电池放在一起以后他们如何响应刚才平滑功率波动的一种算法，这里边也是采用的两种方法，我们当时采用能量型就是铅酸电池，还有功率型，我们用非刘鹤超级电容，这是做了仿真的分析，其实现在这个工作我们一直在坚持往下做。

第四部分，有一些我们以前做过的案例给大家快速的介绍一下，这是2011年玉树的电站，这是玉树电站的背景，在2010年玉树发生了地震，当时我们刚要去青海调研去住这个酒店，结果就发生了。我们可调查的光伏当占和当地的两个小组建，还有柴油机，还有未来的电网，要跟他们一块联合运行，目的要解决的是什么问题呢？这是整个电站的配置，分了20条发电制度，每个制度都是100千瓦的，去找500千万、250千瓦可能比较，技术还不是成熟，4个变压器并到了35千伏的辅电网上，它的裕运行略是这样的，简单来说白天充电、晚上发电。而且还设计几种不同运行的模式。

这是2014年开始我们建成的国家863的示范工程，在浙江海宁，当时集装箱内部电池和PCS都是分开做点种象的方面，我们当时的配置，选了500千瓦的胶体电池、还有500千瓦的铅酸电视，当时APP的限制能否让我起来储能的测控系统还有光伏储能的能量管理系统。我们的一些运行效果，这里边只展示了平抑光伏功率并网和光伏波动的，另外我们还做了平抑光伏波动和跟随峰谷差电价联合的一个运行模式。

后来这个电站，我们在山东省烟台市又分支了一个，这个电站复制到那边，不做平抑光伏波动这种模式了，只是跟当地电动汽车的客运站进行配合，是做峰谷差调峰的模式。

最新完成的是在青海的一个小乡村里边，我们做了一个微网的系统，储能里边也发挥了很大的作用。这个地方位于青海市西宁市到青海湖的路上一个村，这里边涉及到以后的发展，煤又限制烧，电网也不足以支撑电采暖情况，我们还是提高要建可再生能源供电，解决住宅的供电问题，对这些公共事业建筑要建成微网系统。我们建整个系统结构就是这样的，这是整个我们的电网，新建的建筑里边顶上要铺光伏，对公共建筑要做成小威望，不够的可再生能源、采用光伏、储能和小水电。我们实际做的比较完善的系统，我们选择里边24个别墅组成的一个小区，做了一个多能互补的微网系统，下边这个结构是我们整个系统的电气连接图，一最后我们可再生能源实现了供暖和供电，最后达到效果，我们可以通过我们的控制让整个系统对电网的消防功率达到最大化。

对刚才我们建的小区的威望系统做了一个技术经济性评价，评价主要是评价比较我们这个小区如果用电供电和供暖，是加上光伏，或者进一步光伏+储能，再加上我们的能量，这样的模式我们进行综合的测算，有一些边界条件，而且他们的电采用的是峰谷差的商业电，这种情况下其实我们通过我们的合理控制，能够使我们这种光、储+微电网的形式，其实它是可以收回它的经济成本，能够推广应用的。正因为有这个结果，我们可以在20年里边看到，中间绿色的线是我们微电网控制方案的技术经济行，后期我们还在做，像这种模式两个，一个是当地自建园地的微网系统，还有一个文化馆的微网系统，将这种方式继续进行推广和继续进行完善。

我的汇报就到这里。谢谢大家！

（以上根据北极星储能网速记整理，未经嘉宾审阅）