电化学储能系统配置及协调技术研究与应用分析报告

1、第十二届中国国际储能大会目录页Main Contents研究的目的和意义主要研究内容 技术创新点获得知识产权工程示范推广与研究拓展国网湖南经济技术研究院研究的目的和意义国网湖南经济技术研究院研究背景和基础国网湖南经研院拥有新型储能全场景参与电力系统全过程全电磁仿真平台储能电站及直流系统运行特性研究试验室具备引导产学研用的经验具备储能发展应用的全过程、全环节研究和管理能力电力新型储能系统研究领域高端智库规模化电池储能应用技 术湖南省工程研究中心能源互联网供需运营湖 南省重点实验室湖南省能源电力发展研 究中心四核模式 省级平台碳中和湖南省电力市场 研究中心研究的目的和意义国网湖南经济技术研究院研究

2、背景系统安全稳定 存在隐患可再生能源消纳 问题突出电力供需形势 日益严峻湖 南 电 网 峰 谷 差 率 长期55%储能系统配置 及协调控制 技术亟待研究储能接入电网稳定 控制仿真手段不足储能系统容量 配置依据欠缺储能电站电池管理 系统构架待优化电池安全特性评估 与监测方法落后储能应用场景单一， 调度模式固化研究的目的和意义国网湖南经济技术研究院目的和意义引导省内储能产业 和技术发展促进可再生能源 消纳提升电网安全稳定 运行水平目录页Main Contents研究的目的和意义主要研究内容 技术创新点 获得知识产权工程示范推广与研究拓展国网湖南经济技术研究院主要研究内容国网湖南经济技术研究院总体技

3、术路线以电化学储能系统配置与协 同控制技术为中心，聚焦配置 策略和控制技术。从省网级储能规划布局电站 级容量优化配置设备级状态 监测与传输配置，最终实现适 应储能电站协调优化调度。技术路线储能电站 协同控制设备级状态监测与传输配置电站级容量优化配置省网级储能规划布局主导场景：削峰填谷从属场景：调频调压 紧急功率控制系统辨识感知研判场景准确识别 策略快速切换适应多变需求 协同优化调度全寿命周期衰减的材料 电化学本质研究基于大数据的锂电池SOC和SOH智能评估基于网菊花链拓扑结构 的电池管理系统优化基本效益模型考虑市场机制效益模型全社会效益模型电网安全、设备负载率和新 能源利用率机电暂态及中长期动

4、态统一 仿真模型储能设备实测与对比储能协同的安全稳定综合控 制框架仿真 分析布局 定位经济 约束技术 约束电池 监测管理 协同国网湖南经济技术研究院主要研究内容具体研究内容电化学储能系统 配置与协同技术 研究及应用基于大电网仿真的储能建模及对电网 安全稳定影响分析储能机电暂态模型的开发储能改善电网过负荷问题研究储能对电网暂态电压稳定提供支撑研究储能对电网功角稳定提供支撑研究储能参与电网调频控制策略研究储能参与的多类型资源协同的安全稳定 综合控制框架多元化效益条件下的储能容量 配置模型与策略研究储能寿命及成本分析电网侧储能系统收益模型研究储能配置双层优化模型与算法电网侧储能电站运行模拟储能电站电

5、池协同监测与管理 研究电力储能用磷酸铁锂电池特性分析锂电池建模及模型参数辨识锂离子电池健康状态指标SOH研究储能电站控制系统二次部分通讯架构的 优化设计研究适应多需求和变需求的电池储能 协调优化调度及应用技术研究规模化电池储能参与不同应用场景控制策略规模化电池储能参与电网多场景应用综合控 制策略规模化电池储能对接调度平台研究国网湖南经济技术研究院主要研究内容研究框架1、基于大电网仿真的储能实效评估及储能对电网稳定影响分析储能仿真模型开发储能对电网功角稳 定提供支撑研究储能对电网暂态电压 稳定提供支撑研究多类型资源协同的安 全稳定综合控制框架储能参与电网调 频研究储能改善电网过负 荷问题研究研究

6、内容建立了电池储能系统机电暂态仿真模型和中长 期仿真模型，开展潮流和稳定仿真计算分析， 从潮流控制、调频、电压稳定、功角稳定多角 度研究了储能应用场景、配置方案及控制策略。以湖南交直流混联电网为研究对象，结合已投 运的电化学储能电站工程实际，建立储能系统 的机电暂态及中长期动态统一仿真模型，制定 在电网安全稳定控制的应用策略。包括改善电网过负荷、对电网暂态电压稳定提 供支撑、对电网功角稳定提供支撑、参与电网 调频控制等。研究成果国网湖南经济技术研究院主要研究内容研究框架2、多元化效益条件下的储能容量配置模型与策略研究研究内容基于电网侧储能负荷高峰期削峰填谷、缓解电网供电压力这一核 心应用，技术

7、上建立以削峰量、峰谷差为优化目标的运行模型。结合储能系统规划与运行技术约束，建立约束条件下多目标优化 模型，求解最优储能配置。通过搭建运行模拟模型，结合实际数据搭建储能应用场景，模拟 电网侧储能运行，验证配置策略优化结果的有效性，并提炼电网 侧储能电站推荐配置方案。研究成果提出了电网侧储能电站的运行模拟及容量配置优化策略电网侧储能电站的运行模拟及容量配置优化策略研究框架图国网湖南经济技术研究院3、储能电站电池协同监测与管理研究状态评估主要研究内容研究框架提升储能电站电池组SOC和SOH 的估计精度降低因SOC估计不准造成电池组过充过放等 风险安全性研究提高电池SOC估计精度，避免定期进行电池组

8、SOC初始值误差的修复，节约时间和维护成本通过辨识算法得到电池的SOH，准确预测电池 的剩余寿命，及时退役寿命衰减较快的电池串 和电池组，改善电池堆短板效应，一定程度上 延长电池使用寿命，降低电池使用成本。经济性研究研究内容2基于材料本质的磷 酸铁锂电池全寿命 周期衰减和安全特 性分析研究内容1全寿命周期衰 减的材料电化 学本质研究研究内容3基于大数据磷酸铁 锂电池全寿命周期 衰减及安全特性智 能评估实时SOH和SOC估计策略构建能准确反映电池 状态的数学模型，实 现模型数的在线辨识 和自更新学习构建电力储能用锂离子电 池模型，进行SOC 自适 应在线估计采用递推最小二乘法-无 迹卡尔曼滤波算

9、法的估算 方法等效电路模型各参数辨识 值及SOC估计曲线国网湖南经济技术研究院3、储能电站电池协同监测与管理研究系统优化主要研究内容研究框架储能电站控制系统二次部分通讯架构优化研究内容制定了储能电站并网调试流程与储能系统测试方法研究成果储能电站参与电 力系统调峰调频 响应时间研究储能电站 通信介质研究电池管理 系统层优化储能电站通信 规约研究与优 化方案控制链路与采集 链路分离带来的 通信性能提升国网湖南经济技术研究院4、适应多需求和变需求的电池储能协调优化调度及应用技术研究主要研究内容研究框架研究内容研究储能电站在不同应用场景下的控制策略研究多需求和变需求条件下的储能电站协同优化调度技术对接

10、电网调度平台，研发模块并实现交互和协调优化调度应用研究储能系统不同应用场景的控制需求，提出满足不同应用需 求的调度控制策略。提出和形成以运行状态感知、发展态势研判、运行场景识别为 基础，以主导场景调度需求为目标兼顾其他应用场景的电池储 能电站协同优化调度方法和技术。研究步骤不同场景状态感知 与研判统一/分层调度 模式不同场景调度 策略集中/分散配置 模式对接调度平台协调 优化 调度 策略优化调度 决策模型运行特征控制要求运行特征历史数据挖掘态势要素提取场景自动 识别策略快速 切换多场景快速 组合响应目录页Main Contents研究的目的和意义主要研究内容 技术创新点 获得知识产权工程示范推

11、广与研究拓展国网湖南经济技术研究院国网湖南经济技术研究院技术创新点创新点一1.储能系统配置原创开发了储能系统仿真模型建立了适用于秒级-分钟级时间尺度的中长期电池储能 系统仿真模型，该模型建立方法步骤具体如右图所示。PSD-BPA中的储能模块功能卡片S1建立储能系统的机电暂态模型实现了电池（计及 SOC）、换流器以及 低电压/高电压穿越、 一次调频等典型控 制功能。S2精细化模拟储能电池变化特性和自动发 电控制（AGC）功率命令的执行环节建立了适用于秒级-分钟级时间尺度的中 长期电池储能系统仿真模型国网湖南经济技术研究院技术创新点创新点一1.储能系统配置构建了储能协同的安全稳定控制框架储能参与的

12、多类型资源协同的安全稳定综合控制框架图提出了一种新型虚拟惯性支撑控制方法。该方法步骤具 体如下图所示。S1提出了在交直流混联受端电网中支撑同 步稳定性的与切负荷措施协同的电网侧 储能紧急控制方法。S2提出了在交直流混联受端电网中支撑同 步稳定性的与切负荷措施协同的电网侧 储能紧急控制方法。S3提出了储能参与的多类型资源协同的安 全稳定综合控制框架，包括潮流控制、 电压控制、频率控制、功角稳定控制等。国网湖南经济技术研究院技术创新点创新点一1.储能系统配置建立了多元化效益条件下的储能容量配置模型与策略创新成果充分挖掘电网侧储能功能，建立了兼顾不同功能和效益组合的多元化 电网侧储能系统效益模型，为

13、电网侧储能项目的系统配置提供了可靠 的经济分析基础提出了一种考虑新能源消纳、电网安全和设备负载率等约束条件下的 电网侧储能系统配置双层规划模型，实现了储能容量的优化配置，提 高了电网侧储能配置方案的经济技术合理性多元化电网侧储能系统效益模型操作界面储能系统配置双层规划模型国网湖南经济技术研究院技术创新点创新点一1.储能系统配置与国内外同类技术比较创新成果技术创新成果比较项本项目技术国内外主流技术对比结果构建了储能协同 的安全稳定控制 框架秒级-分钟级时间尺度 的电池储能接入后系 统级仿真模型建立主站侧电厂(集控)侧机组侧三层 架构，支持自定义各电网区域性控制策 略，准确模拟跨层级多区域AGC系

14、统的 动作特性及控制效果问题现有仿真软件无法准确模拟 跨层级多区域AGC系统的动 作特性及控制效果多时间尺度仿真方法大 幅提升实际大电网准确 仿真能力储能惯性支撑控制方 法基于多输入量的新型储能惯性支撑控制 方法，在调频期根据频率变化方向调整 储能惯性控制出力方向，加速频率恢复传统定惯性常数控制方法存 在负调频段、未考虑储能电 池SOC状态的缺点提升频率支撑能力，连 续负荷扰动时频率偏差 减小18%分布式储能紧急功率 支撑控制方法基于储能站的控制灵敏度和故障扰动冲 击特性确定各储能站支撑控制的优先级 和功率支撑量分配方案未见报道有效提升应对故障冲击 的安全防御能力建立了多元化效 益条件下的储能

15、 容量配置模型与 策略储能系统多元效益有效实现功能组合，效益叠加基本功能提升了效益种类，实现 其100%利用模型的运行收敛性和 收敛速度二阶递阶结构的储能系统配置双层规划 模型传统优化模型，求解时间长， 存在不收敛问题提升了收敛速度，20次 以内收敛并达最优值国网湖南经济技术研究院技术创新点创新点二2.电池协同监测与管理优化了磷酸铁锂电池状态评估与监测技术实时SOC和SOH估计策略最小二乘法参数辨识结构框图采用扩展卡尔曼滤波算法（EKF)进行锂离子电池参数 辨识，平滑可变结构滤波算法（SVSF)用于（SOC)估 计，并采用改进的粒子群优化算法（PSO)对混合滤 波算法迭代过程中的噪声协方差矩阵

16、进行修正，同时 结合电化学模型和等效电路模型，推导了模型的离散 化状态空间方程和观测方程采用递推最小二乘法进行模型的参数辨识基于锂离子电池二阶电路模型，对实际的锂离子电池 电压测量值和建立的锂离子电池模型计算值之间进行 实时比较，结合PI控制器提供了更精确的 SOC和 SOH 估计值国网湖南经济技术研究院技术创新点创新点二2.电池协同监测与管理两层级电池系统通信管理架构BMU2主 控BMU1BMUn通过对控制通讯系统框架的进行合理优化实现了数据采集通信网络与控制指令网络分离；提高了重要数据的采集速度和系统传输速率与 可靠性。创新成果提出了基于网菊花链拓扑结构的两层级架构 电池管理系统构架国网湖

17、南经济技术研究院技术创新点创新点二2.电池协同监测与管理与国内外同类技术比较创新成果技术创新成果比较项本项目技术国内外主流技术对比结果电力储能用磷酸铁锂电池 安全特性评估与状态监测 技术SOC和SOH估计精 度采用递推最小二乘法-无迹卡尔 曼滤波算法的估算方法基于瞬时放电电压和单位 时间压降的回归算法SOC和SOH估计准确度 提升超过30%网菊花链的BMS两 层管理架构通信速率两层级菊花链拓扑三层级星型拓扑减少数据包丢失与 传输卡顿可靠性效果菊花链环形拓扑，单点开断通 信无中断星形拓扑，单点开断后丢 失单簇或单模组数据提升50%国网湖南经济技术研究院技术创新点创新点三3.储能协同调度形成了适应

18、多需求和变需求的协调调度应用体系储能电站多场景识别及切换策略基于不同应用场景相互作用及转化机理，提出适应多需 求和变需求的规模化电池储能协调优化调度策略。参与电网 紧急控制参与自动 发电控制参与调峰 调度参与调压 调度多场景协同控制策略调峰-调频场景耦合调频-调压优先级确立基于优先级的有/无功出力修正多场景切换控制策略基于数据分析的需求场景规划基于指标和判据的场景识别及 切换国网湖南经济技术研究院技术创新点创新点三3.储能协同调度与国内外同类技术比较创新成果技术创新成果比较项本项目技术国内外主流技术对比结果适应多需求/变需求的规 模化电池储能协调优化 调度场景识别及切换 准确率不同场景的自适应

19、识别和不同 场景调度控制策略的优化切换单一固定场景应用超过95%调峰效果改进的变功率充放电控制策略一充一放定功率控制策略提升13.18%电网稳态调压储能电站与电容/电抗器协调参 与电网稳态调压传统调压方法提升了26%SOC维持效果基于优先级的储能调频传统调频方法提升了2.7倍目录页Main Contents研究的目的和意义主要研究内容 技术创新点 获得知识产权工程示范推广与研究拓展国网湖南经济技术研究院获得知识产权国网湖南经济技术研究院专利7电池储能电站接入控制方法专利1电网侧储能 系统容量配置 优化方法专利2储能调节方法专利3基于混合滤波的 锂离子电池状态 计算方法专利4配电网储能 容量配置

20、方法专利5高比例不确定电 源场景下的配电 网混合储能配置 方法专利8基于超短期负荷 预测的储能电站 调峰控制方法授权发明专利（一）专利6多功能移动储能 应急电源电路专利15一种储能电站的 有功-无功协同控制方法专利9用于储能电站的电 网调压与动态无功 支撑控制方法专利10基于自适应识别 的储能电站多场 景协同控制方法专利11用户侧储能装置 的接入控制方法专利12基于特征提取的 储能电站工作场 景识别方法专利13一种适于负荷建 模的电池储能系统动态模型专利14一种基于电池储 能电源的电网一 次调频控制方法 及其系统专利16一种储能参与电 网调峰应用的容 量优化配置方法获得知识产权国网湖南经济技术

21、研究院授权软著（一）软著1电力系统储能电 站机电暂态仿真 软件软著2电力系统储能电 站中长期动态仿 真软件软著3大规模风电接入 对湖南电网调峰 影响计算软件 V1.0软著4基于D5000调度 平台的电池储能 电站智能管控软 件V1.0软著5SES储能调度监控 软件V1.0软著9电池储能电站智 能运营管控软件 V1.0软著6配电网兆瓦级储 能电池多场景调 度控制仿真软件 V1.0软著7兆瓦级全钒液流 电池储能系统仿 真建模软件 V1.0软著8电池储能电站有 功-无功协同调度 软件V1.0获得知识产权国网湖南经济技术研究院发表论文和出版专著序号论文名称类别期刊名称序号论文名称类别期刊名称1基于EK

22、F_SVSF的锂离子电池SOC和SOH准确估计核心期刊电源技术14储能参与电网调压与动态无功支撑的协调控制策略核心期刊电器与能效管理技术2基于RLS和UKF算法的锂离子电池荷电状态估计核心期刊电源技术15储能电站参与电网稳态调压的控制策略核心期刊供用电3基于实时电路模型的储能系统锂离子电池状态估算EI中南大学学报16Voltage Quality Evaluation of Distribution Network and CountermeasureEI检索Advances in Intelligent Systems and Computing4电池储能参与电网一次调频的自适应综合控制策略

23、 研究EI电网技术17Primary frequency control with BESS considering adaptive SoC recoverySCI检索International Journal of Electrical Power & Energy Systems5Instability risk and control strategy of receiving-end power grid integrated with UHVDC and HVAC linesEIICHVE 202018面向电网的电池储能系统直流侧统一等效模型EI检索电器与能效管理技术6基于二次系统

24、优化的储能变流器惯性提升方法EI电力系统保护与控制19电池储能系统参与配电网调峰的选址定容方法EI检索电器与能效管理技术7基于双层规划的电网侧储能配置算法研究核心期刊电器与能效管理技术20考虑储能电池参与一次调频技术经济模型的容量配置 方法EI电工技术学报8determine frequency adjustment reserve based on AGC regulation capacity demands random fuzzy modelEI检索EITCE 201821基于灵敏度分析的储能电池参与二次调频控制策略EI电工技术学报9research on economics of m

25、ixed energy storage for smoothing wind power fluctuation with consideration of confidence levelEI检索EITCE 201822大规模储能电源参与电网调频研究综述EI电力系统保护与控制10the effects of wind turbine and energy storage participating in frequency regulation on system frequency responseEIIAEAC202123基于扩展短期预测和动态优化的储能调峰策略EI太阳能学报11the

26、scheme of wind-storage combined system capacity configuration based on random fuzzy constrained bi-level programmingEI检索EITCE 201824Source-load-storage Control Strategy and Optimization Configuration of Energy Storage based on Time-of-use ElectricityEI检索IEEE ITOEC 202212储能提升含高比例风电电力系统可靠性分析核心期刊电网与清洁能

27、源25考虑源-荷不确定性的储能电站优化规划EI太阳能学报13风电群输电规划的评价指标体系和方法核心期刊中国电力26电池储能系统调频技术专著机械工业出版社获得知识产权国网湖南经济技术研究院编制与申报标准参与新能源配储能三站 合一智能监控系统牵头电力储能用锂离子 电池检测技术标准牵头电化学储能电站危 险源辨识技术导则牵头储能电站技标术 监督导则参与电力储能用锂离 子电池监造导则牵头电化学储能电站技 术监督导则参与电力储能用锂离子 电池监造导则参与电化学储能规划 技术导则Q/GDW目录页Main Contents研究的目的和意义主要研究内容 技术创新点 获得知识产权工程示范推广与研究拓展国网湖南经济

28、技术研究院国网湖南经济技术研究院工程示范推广与研究拓展引领湖南储能发展国网湖南经研院引领湖南储能示范建设、技术研究、发展规划及设计评审引领湖南储能工程示范建设负责湖南一期储能示范工程前期策划、设计、 建设管理负责湖南第一批电源侧储能项目（大灵山、登云山等风储）EPC负责湖南第一批社会资本投资的电网侧百兆瓦 集中式储能设计（儒林）和EPC（通道等）引领湖南储能领域技术研究支撑牵头承接湖南省科技厅第一个储能领域 科技重大专项大规模储能系统支撑电网安 全高效运行关键技术研究及示范支撑获批湖南第一个储能领域工程研究中心支撑搭建湖南第一个含多类型储能的微电网 研究实验平台引领湖南储能发展及规划分析引领湖

29、南“新能源+储能”发展模式，支撑省 能源局、省电力公司出台相关政策引领湖南储能发展规划，出台首份湖南储能“ 十四五”发展规划，提出中长期发展策略引领湖南储能仿真研究，搭建首套含规模化储 能的全电磁暂态仿真、中长期动态仿真平台引领湖南储能电站设计评审标准发布湖南公司储能电站接入系统设计报告 模板和储能电站接入系统评审意见模板发布湖南公司储能电站典型设计方案编制湖南公司储能建设与运行管理规范工程示范推广与研究拓展国网湖南经济技术研究院工程示范长沙储能一期示范工程芙蓉储能电站（26MW/52MWh）湖南经研院承担了湖南首批电网出资的长沙储能一期示范工 程建设。一期芙蓉、榔梨和延农三座储能规划选址与总

30、承包 电站（总规模60MW/120MWh）对磷酸铁锂电池不同储能 技术路线开展了示范应用，运行效果突出：电网侧提升调峰精度15 %新增售电收益1466 万元客户侧提升供电可靠性和电能质量水平每年减少电量供应损失7 . 9 万千瓦时挽回客户经济损失311 . 7 万元电源侧建立储能与发电联动机制多消纳了清洁能源7128 万千瓦时新增售电收益3706 万元工程示范推广与研究拓展国网湖南经济技术研究院工程推广湖南经研院借助储能示范项目中积累的丰富经验，还有力推进了湖南首个风储项目和首个社会资本 出资的电网侧储能项目，并分别负责总承包建设与规划设计。湖南首个社会资本出资项目邵阳城步儒林（集中/共享式）储能电站（100MW/200MWh）湖南首个风电场储能项目大灵山风电场配套储能电站（10MW/20MWh）国网湖南经济技术研究院工程示范推广与研究拓展研究拓展（已开展和拟开展）规模化电池储能系统