廣州市電力工程設(shè)計(jì)院有限公司的研究人員畢偉，在2018年第4期《電氣技術(shù)》雜志上撰文，為引導(dǎo)需求側(cè)優(yōu)化用能管理水平、參與電網(wǎng)高峰負(fù)荷削減，實(shí)現(xiàn)能源利用效率的整體提升，本文簡(jiǎn)述了分布式儲(chǔ)能技術(shù)在電力需求側(cè)管理中應(yīng)用建設(shè)的背景、意義。

從技術(shù)應(yīng)用條件、建設(shè)模式上分析了在電力需求側(cè)管理中應(yīng)用分布式儲(chǔ)能技術(shù)的可行性。探索基于能量云管理平臺(tái)的分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)，提出了系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)并描述了各層之間的關(guān)系。詳細(xì)設(shè)計(jì)了系統(tǒng)的物理架構(gòu)、功能架構(gòu)，并分析了系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)。

本設(shè)計(jì)方案已應(yīng)用于廣州市通信基站閑散儲(chǔ)能示范項(xiàng)目的研發(fā)建設(shè)，為廣州電力需求側(cè)管理工作提供了技術(shù)支撐。未來(lái)，將對(duì)為能效管理與需求響應(yīng)業(yè)務(wù)在南網(wǎng)范圍內(nèi)的推廣實(shí)施奠定技術(shù)基礎(chǔ)。

在大力推行供給側(cè)結(jié)構(gòu)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(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的。通過(guò)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(jì)算管理手段，盤活需求側(cè)閑置電力資源，開展科學(xué)規(guī)范的需求側(cè)管理工作，對(duì)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(tái)的分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)，即融合了當(dāng)前互聯(lián)網(wǎng)信息化技術(shù)、云計(jì)算技術(shù)和分布式儲(chǔ)能技術(shù)，通過(guò)采用電池能量交換系統(tǒng)和電池能量管控云平臺(tái)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(chǔ)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(chǔ)能系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)基于“虛擬電廠”的配電網(wǎng)儲(chǔ)能系統(tǒng)。

1 分布式儲(chǔ)能應(yīng)用于需求側(cè)管理意義

在電能產(chǎn)生和消耗的過(guò)程中，由于新能源發(fā)電（太陽(yáng)能、風(fēng)能）的間隙性和負(fù)荷的隨機(jī)性等原因，造成電能供求之間在時(shí)間和空間上不平衡，特別是以太陽(yáng)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(dòng)，給配電網(wǎng)用戶的電能質(zhì)量、安全運(yùn)行以及供電可靠性帶來(lái)較大影響。

電網(wǎng)企業(yè)為最大限度滿足電網(wǎng)的遠(yuǎn)期適應(yīng)性，在電網(wǎng)的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、運(yùn)行和調(diào)度時(shí)，按照滿足年最高峰負(fù)荷時(shí)的安全需求原則考慮。研究表明，高峰負(fù)荷持續(xù)的時(shí)間相對(duì)整個(gè)電網(wǎng)運(yùn)行周期而言并不長(zhǎng)，據(jù)統(tǒng)計(jì)我國(guó)95%以上的高峰負(fù)荷年累計(jì)持續(xù)運(yùn)行時(shí)間僅占幾十個(gè)小時(shí)，然而年最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)卻有幾千小時(shí)，顯然為滿足高峰時(shí)段負(fù)荷而擴(kuò)建增容乃至投入巨資改造電網(wǎng)是很不經(jīng)濟(jì)的。

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

目前用戶側(cè)存在數(shù)億kWh的分散閑置電池儲(chǔ)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(chǔ)能設(shè)備的廣域協(xié)調(diào)，利用其可調(diào)度儲(chǔ)能容量產(chǎn)生聚集效應(yīng)實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)與用戶之間電力交換和互動(dòng)響應(yīng)，能夠提供遠(yuǎn)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(chǔ)能設(shè)備具備電源和負(fù)荷的雙重特性，設(shè)想在用戶側(cè)負(fù)荷附近都裝設(shè)儲(chǔ)能設(shè)備，根據(jù)峰平谷電價(jià)機(jī)制，在高峰時(shí)段的用戶用電成本升高。

因此，為節(jié)省電費(fèi)成本，用戶會(huì)選擇主動(dòng)放棄使用電網(wǎng)電能，改用儲(chǔ)能電能，利用儲(chǔ)能電源特性促使電網(wǎng)負(fù)荷下降。反之在低谷期時(shí)段，電價(jià)隨之降低，用戶側(cè)的儲(chǔ)能裝置轉(zhuǎn)為從電網(wǎng)側(cè)吸收電能，利用儲(chǔ)能負(fù)荷特性促使電網(wǎng)負(fù)荷上升。

綜上所述，在需求側(cè)建設(shè)儲(chǔ)能系統(tǒng)，可有效減少電力負(fù)荷的峰谷差，平抑分布式電力隨機(jī)性和間隙性帶來(lái)的電力波動(dòng)，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(chǔ)能裝置實(shí)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(tái)的分布式儲(chǔ)能的技術(shù)應(yīng)用可行性分析

2.1 應(yīng)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(tái)的運(yùn)營(yíng)主體有著先天優(yōu)勢(shì)，其線上已具備完善的的運(yùn)營(yíng)業(yè)務(wù)系統(tǒng)，包括計(jì)量自動(dòng)化系統(tǒng)、營(yíng)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(dòng)化系統(tǒng)、配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)以及充電樁管理平臺(tái)，能夠覆蓋各種運(yùn)營(yíng)業(yè)務(wù)的全量數(shù)據(jù)，為分布式儲(chǔ)能云管理平臺(tái)的運(yùn)營(yíng)提供全信息資源保障和數(shù)據(jù)支撐。

2）設(shè)備技術(shù)支撐

目前市面上已經(jīng)出現(xiàn)針對(duì)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(guò)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(yīng)用實(shí)踐示范項(xiàng)目，不僅支持全新電池，還可適用于退役電池組，應(yīng)用領(lǐng)域更為廣泛。其中有種基于電池網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋭?dòng)態(tài)重構(gòu)技術(shù)的鉛酸電池能量交換機(jī)代表了世界鉛酸電池管控技術(shù)的最前沿。

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

3）儲(chǔ)能市場(chǎng)廣闊

鉛碳產(chǎn)品+儲(chǔ)能應(yīng)用+再生鉛的模式，以及動(dòng)力電池梯次利用的模式，均可作為儲(chǔ)能行業(yè)循環(huán)經(jīng)濟(jì)利用的典范，尤其是電池梯次利用技術(shù)開發(fā)將為分布式儲(chǔ)能提供巨大的電池市場(chǎng)。目前，電動(dòng)汽車退役動(dòng)力電池暫未形成市場(chǎng)規(guī)模效應(yīng)和完善的價(jià)格機(jī)制。

調(diào)研發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有價(jià)格已經(jīng)與鉛酸蓄電池市場(chǎng)價(jià)非常接近，隨著國(guó)家的大力支持電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展，未來(lái)梯次利用動(dòng)力電池市場(chǎng)將十分廣闊，成本有望進(jìn)一步下降。

2.2 建設(shè)條件

現(xiàn)階段城市化高速發(fā)展時(shí)期，電網(wǎng)建設(shè)的土地征地難題，已經(jīng)是阻礙電網(wǎng)工程建設(shè)的普遍問(wèn)題，分布式儲(chǔ)能位于用戶端，或利用用戶自身現(xiàn)有的儲(chǔ)能資源進(jìn)行技術(shù)改造，有效回避了征地環(huán)節(jié)。另外，分布式儲(chǔ)能具有容量小型分散化的特點(diǎn)，現(xiàn)有國(guó)家或行業(yè)儲(chǔ)能標(biāo)準(zhǔn)對(duì)小型的儲(chǔ)能系統(tǒng)并未有嚴(yán)苛的安裝條件限制，隨著電池技術(shù)的不斷革新，未來(lái)即插即用可以實(shí)現(xiàn)雙向互動(dòng)的分布式儲(chǔ)能，將會(huì)被應(yīng)用在社會(huì)中的各個(gè)角落。

3 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)物理架構(gòu)

基于能量云管理平臺(tái)的分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)架構(gòu)圖如圖1所示。

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

需求側(cè)端儲(chǔ)能設(shè)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(jī)中的測(cè)控及保護(hù)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(gòu)成，是將電池信息及能量采集數(shù)據(jù)傳輸至后臺(tái)云端的發(fā)起層。

圖1 基于能量云管理平臺(tái)的分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)架構(gòu)圖

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

能量云管理服務(wù)層由傳輸層、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層、應(yīng)用層組成。傳輸層設(shè)置二次安防，保證遠(yuǎn)程通信數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩院涂煽啃裕粩?shù)據(jù)存儲(chǔ)層基于關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)應(yīng)用軟件完成海量分布式數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，提供對(duì)分布式儲(chǔ)能設(shè)備大規(guī)模數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)預(yù)處理；應(yīng)用層包括監(jiān)控中心、控制策略、通知中心等核心業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)。

用戶服務(wù)層為各種分布式儲(chǔ)能用戶群提供服務(wù)和訪問(wèn)接口，支持Web客戶端、智能手機(jī)及平板電腦客戶端應(yīng)用，但需要對(duì)用戶服務(wù)和用戶權(quán)限進(jìn)行管理。

3.2 系統(tǒng)物理架構(gòu)

能量云平臺(tái)控制系統(tǒng)主要功能為監(jiān)控用戶側(cè)儲(chǔ)能設(shè)備或系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)、執(zhí)行需求響應(yīng)業(yè)務(wù)，同時(shí)管理用戶側(cè)檔案信息數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，以及利用門戶系統(tǒng)提供信息訪問(wèn)服務(wù)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)需要利用平臺(tái)化、模塊化思想，保證系統(tǒng)的兼容性與可擴(kuò)展性。基于能量云管理平臺(tái)的分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)功能架構(gòu)圖如圖2所示。

能量云平臺(tái)控制系統(tǒng)具備實(shí)現(xiàn)分布式儲(chǔ)能集群管理及其接入過(guò)程中能量交換的多目標(biāo)優(yōu)化控制、保護(hù)與監(jiān)視、通信、數(shù)據(jù)測(cè)量采集、歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)分析、經(jīng)濟(jì)性計(jì)算等功能。

圖2 能量云平臺(tái)控制系統(tǒng)功能架構(gòu)圖

1）控制功能

潮流控制、有功功率控制、電壓/無(wú)功調(diào)節(jié)、并離網(wǎng)切換、儲(chǔ)能系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制功能。用戶可以通過(guò)云平臺(tái)控制電池系統(tǒng)充放電，設(shè)置充電電流，無(wú)需運(yùn)維人員到現(xiàn)場(chǎng)操作。

2）保護(hù)與監(jiān)視

讀取設(shè)備各種信息，實(shí)時(shí)監(jiān)視系統(tǒng)運(yùn)行情況，進(jìn)行綜合判斷，協(xié)調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行。可獲取的信息包括整個(gè)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(tái)能存儲(chǔ)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(biāo)和時(shí)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(guò)圖形界面獲得直觀的數(shù)據(jù)。用戶也可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行再處理，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、模式提取，為各項(xiàng)評(píng)估和科學(xué)決策提供數(shù)據(jù)支持。

4）其他功能

（1）經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益報(bào)告功能。能夠根據(jù)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)計(jì)算出削峰填谷等帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益，讓用戶了解到投資的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境回報(bào)，隨時(shí)掌握系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性情況。

（2）設(shè)備使用環(huán)境報(bào)告。實(shí)時(shí)地報(bào)告設(shè)備工作環(huán)境，如市電是否正常，儲(chǔ)能設(shè)備續(xù)航時(shí)間等信息，讓用戶隨時(shí)隨地掌握設(shè)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(tái)控制系統(tǒng)為用戶提供虛擬機(jī)全生命周期管理，提供基于手持設(shè)備APP的遠(yuǎn)程應(yīng)用，提供自動(dòng)化運(yùn)維及自動(dòng)報(bào)警，提供多種云存儲(chǔ)方式，讓用戶簡(jiǎn)化能量存儲(chǔ)設(shè)備的維護(hù)及擴(kuò)展，專注于核心業(yè)務(wù)。

4 案例應(yīng)用

近日，廣州供電局?jǐn)y手鐵塔公司聯(lián)手打造國(guó)內(nèi)第一個(gè)通信基站閑散電池盤活利用的配電網(wǎng)儲(chǔ)能示范項(xiàng)目，項(xiàng)目選擇56個(gè)直供電移動(dòng)基站，其中8個(gè)基站作為能量雙向交互試點(diǎn)，利用每座基站閑置的備用儲(chǔ)能資源，組成大規(guī)模的分布式電池系統(tǒng)。

儲(chǔ)能系統(tǒng)建設(shè)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(tái)的基礎(chǔ)上，通過(guò)現(xiàn)代化通信手段，實(shí)現(xiàn)對(duì)每座分布式基站儲(chǔ)能系統(tǒng)的監(jiān)控和管理，通過(guò)對(duì)每個(gè)分散點(diǎn)的儲(chǔ)能資源統(tǒng)籌計(jì)算，實(shí)現(xiàn)需求側(cè)負(fù)荷與儲(chǔ)能系統(tǒng)的之間快速互動(dòng)響應(yīng)，優(yōu)化能源在需求側(cè)得到合理配置。能量雙向交互試點(diǎn)基站系統(tǒng)構(gòu)成示意圖如圖3所示。

本項(xiàng)目是在共享經(jīng)濟(jì)模式下對(duì)分布式儲(chǔ)能項(xiàng)目建設(shè)新模式和新方法的探索和嘗試。項(xiàng)目由鐵塔公司提供儲(chǔ)能系統(tǒng)建設(shè)場(chǎng)地以及儲(chǔ)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(tái)控制系統(tǒng)建設(shè)，共同構(gòu)造成分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)。電網(wǎng)企業(yè)負(fù)責(zé)儲(chǔ)能系統(tǒng)的日常調(diào)度和管理工作，負(fù)責(zé)向鐵塔公司的基站電池工作狀態(tài)提供監(jiān)控和預(yù)警服務(wù)，鐵塔公司則負(fù)責(zé)電池系統(tǒng)的日常運(yùn)維工作。

圖3 能量雙向交互試點(diǎn)基站系統(tǒng)構(gòu)成示意圖

對(duì)供電企業(yè)而言：①降低儲(chǔ)能項(xiàng)目建設(shè)成本，以本項(xiàng)目為例，56個(gè)基站的儲(chǔ)能電池盤活后的電量資源約為2MWh，單位建設(shè)成本折算為1.5元/Wh，僅為鋰電儲(chǔ)能新建站的單位建設(shè)成本的60%；②解決了城市配電網(wǎng)中儲(chǔ)能建設(shè)征地問(wèn)題，節(jié)省土地資源，社會(huì)效益顯著；③盤活社會(huì)上閑置儲(chǔ)能資源，掌控社會(huì)儲(chǔ)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(duì)鐵塔公司而言：①有儲(chǔ)能電池的在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，能夠?qū)崟r(shí)精準(zhǔn)的掌握應(yīng)急電源的工作狀況，提升應(yīng)急系統(tǒng)供電可靠性；②降低人力成本，通過(guò)能量云平臺(tái)控制系統(tǒng)，使得基站電池做到真正的免維護(hù)，估算運(yùn)維成本單站每年節(jié)約6200元，本項(xiàng)目56個(gè)站每年可節(jié)約27.9萬(wàn)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(yīng)即得收益所讓渡的電費(fèi)電價(jià)優(yōu)惠。

5 結(jié)論

本文提出了基于能量云管理平臺(tái)的分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)在電力需求側(cè)管理中的應(yīng)用模式，即通過(guò)搭建能量云平臺(tái)控制系統(tǒng)，利用信息化互聯(lián)網(wǎng)等手段，實(shí)現(xiàn)對(duì)某一區(qū)域內(nèi)分布式儲(chǔ)能進(jìn)行廣域調(diào)度和集群管理。

通過(guò)前文介紹和應(yīng)用案例，該技術(shù)應(yīng)用可以實(shí)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(shí)現(xiàn)需求側(cè)管理的社會(huì)效益，也帶給用戶節(jié)電節(jié)費(fèi)的經(jīng)濟(jì)效益。

然而，如何引導(dǎo)社會(huì)中閑散的儲(chǔ)能資源完成規(guī)模化應(yīng)用和實(shí)現(xiàn)集群化管理，在建設(shè)、運(yùn)營(yíng)和盈利模式上需要進(jìn)一步探索和研究工作。