采用集中式电池储能系统实现最优削峰的并网低压配电系统技术经济分析

本文对并网低压配电网中经过集中式电池储能体系（CBESS）施行的最优削峰技能进行了技能经济剖析。研讨根据CIGRE 11节点住所体系，该体系包括读档、可再生动力以及连接在不同节点的CBESS。经过削峰战略，CBESS可有用下降电网运营本钱并减轻变压器读档压力。选用粒子群优化算法对CBESS充放电计划进行优化求解，以完成电网运营本钱最小化为方针制定最优削峰方案。为确定电网运转本钱，本研讨选用分时电价机制。所提办法包括两个阶段：第一阶段经过前推回代法求得潮流解，第二阶段根据第一阶段取得的松弛节点功率进行最优削峰。模拟研讨结果显现，在可再生动力浸透率别离为0%、50%和100%的场景下，体系功用明显提高。三种可再生动力情形下的电网总运转本钱均完成下降，从9356.91卢比别离降至7738.18卢比、4300.44卢比和1442卢比。87，这标明跟着可再生动力并网份额提高可带来明显经济收益。此外，变压器容量需求也大幅下降：可再生动力浸透率为0%时从200千伏安降至100千伏安，50%时从160千伏安降至63千伏安，100%时从125千伏安降至63千伏安。

Introduction

动力需求增加、可再生动力并网以及分布式动力资源(DERs)浸透率提高，一起推动了电力体系的快速演进[1]。现代电力体系中，动力办理体系(EMS)已成为优化发电与负荷/储能财物装备的要害使能技能，用以保障供电可靠性、完成经济运转并下降碳排放。为削减对高价峰值时段动力的依靠，EMS可施行动态能量调度，尤其在用电顶峰期间发挥重要作用[2]。此外，跟着电动汽车和屋顶光伏体系的日益遍及，配电层面高效动力办理的需求与日俱增。若缺乏和谐操控，这些新式的产消者体系将导致电压失衡、逆功率流及变压器过载等问题。为完成未来低压配电网柔性、稳定与高效的动力运转，需求构建智能化的动力办理体系（EMS）结构。
A. 配电网中的动力办理体系
低压配电网中的动力办理体系（EMS）施行通常涉及网络重构与优化技能[3][4][5][6]。这些战略可以保持运转限值、下降体系损耗并调控分布式动力（DER）的并网。新式分散式与买卖型EMS模型进一步提高了孤岛运转形式与并网运转形式下的体系弹性[6]。
近期技能发展已拓展了动力办理体系(EMS)的功用领域，新增实时需求预测、多方针优化与自适应操控等能力。该体系使运营商可以提高容错性，快速响应电网波动，并平衡公用事业公司与产消者之间的动力交流。此外，经过构建物联网赋能的操控体系及实时通信协议，分布式动力财物与集中式电网操控器之间的数据驱动和谐得以更高效完成，然后推动动力办理体系的实时布置。
B. 削峰填谷的重要性
能量办理体系(EMS)的重要使用之一是削峰填谷，其方针是经过智能读档操控和储能利用来下降电力峰值需求[7]。尽管加州太平洋天然气与电力公司(PG&E)等多家公用事业企业已施行需求响应计划来办理峰值负荷，但安大略省独立电力体系运营商(IESO)选用分时电价(ToU)机制将用电负荷搬运至非要害时段[8][9]。纽约洛克菲勒中心与帝国大厦等标志性建筑中布置的楼宇级EMS，经过和谐照明与暖通空调体系操控完成了明显的负荷下降[10][14]。削峰填谷经过削减对昂贵调峰电厂和网络拥堵的依靠，直接提高运营功率。除下降用户电费支出外，该战略还能推迟变压器与馈线基础设施的升级需求。跟着可再生动力占比的持续提高，削峰填谷技能可进一步平衡发电侧波动性，然后提高电力体系的技能功用与经济效益。
C. 现有办法与全球实践
削峰战略可经过虚拟电厂（VPP）及储能技能完成，例如南加州Ice Energy公司的Ice Bear体系[11][12]。世界监管机构如新加坡动力市场办理局（EMA）已推行读档操控激励方针[13]，而美国巴尔的摩天然气与电力公司（BGE）等公用事业企业则对实时需求办理施行奖赏机制[15]。LED照明与变频驱动器等高能效设备、柴油发电机与微型燃气轮机等现场发电设备，以及负荷搬运机制均是技能性削峰战略的实例[16][17][18][19]。但是依靠发电机所产生的全生命周期燃料费与维护本钱往往更为昂扬[18]。
跟着电池储能体系（BESS）和可再生动力（RES）技能本钱的下降，集中式与分布式储能体系正被日益广泛地使用于动力套利和峰值需求调理。大量研讨佐证了这一趋势。Manojkumar等人[2][20]提出了住所电网中光伏体系与BESS集成的根据规矩与优化驱动的操控战略，完成了动态削峰与需求调控。其他研讨如[21][22][23]则涉及放电量化计算办法和在线调度算法以下降峰值功率。部分学者还引进与荷电状况（SOC）相关的约束条件及并网功率限制以完成BESS最优运转[24][25]。鲜有研讨讨论在保持电压合规前提下，经过和谐分布式动力运转、混合整数优化及概率建模来推迟电网升级的方案[25]。
分布式存储体系广受讨论的中心优势在于其提高电压调理能力的特性，这一能力已经过根据分布式储能的拓扑感知电压操控战略得到验证[26]。如文献[27][28]所示，这类体系能有用解决电压不平衡问题，然后明显改进电能质量。
另一方面，集中式或聚合式储能体系更侧重于和谐的动力办理与基础设施优化。针对低压体系中施行集中式或云存储体系的剖析研讨标明，集中和谐的使用可简化调度流程、优化峰值需求办理并提高财物利用率[29]。对比研讨经过剖析证明了集中式与分布式储能体系的具体施行办法。需求强调的是，与分布式存储体系比较，集中式体系对基础设施优化至关重要，这能完成快速体系响应和电压支撑[30][31]。研讨结果标明：储能体系的拓扑结构会明显影响电压调理、峰值需求操控和体系可靠性。尽管分布式储能在本地电压与电能质量办理方面更具优势，但集中式储能能更和谐地完成削峰填谷与基础设施优化。
D. 研讨空白
尽管需求侧办理和削峰填谷已有多种研讨办法，但集中式电池储能体系（CBESS）与低压配电网中可再生动力协同优化的研讨现在仍较匮乏。现有文献大多聚集于读档搬运或分布式存储，对于能一起完成变压器容量缩减、本钱最小化和电网可靠性提高的集中式操控战略研讨非常有限。此外，传统根据规矩的操控办法无法自适应处理波动性可再生动力发电，而需求选用根据优化的先进操控战略。CBESS在简化操控结构、下降基础设施额定容量及提高可扩展性等方面的优势仍有待深化探究。
E. 研讨动机与奉献
电网运营商在可再生动力浸透率不断提高布景下所面对的主要应战包括电压波动、线路拥塞以及顶峰时段运营本钱上升。集中式电池储能体系(CBESS)可作为灵活调理财物，经过在低需求时段存储过剩可再生动力电力，并于用电顶峰期间释放，然后有用平滑读档曲线并缓解电网压力。此外，从运转角度看，经过下降变压器峰值负荷，集中式储能还能最大限度减小变压器容量需求。此外，该动力办理体系（EMS）在结合粒子群优化（PSO）等算法时，能动态确定最具经济性的CBESS调度方案，一起满意电网约束和荷电状况（SoC）限制。与多数聚集于电池调度的EMS-PSO研讨不同，本研讨直接将基准低压馈线中的削峰效果与变压器容量选择相关联。所提出的优化办法仅选用单一操控变量（电网功率限值）来最小化运转本钱，这明显下降了问题复杂度，并完成了适合实时使用的快速收敛。此外，该结构评价了多种可再生动力浸透情形，并将运转改进与基础设施及本钱下降相关联。以下是本研讨奉献的概述。
1. 开发一种集成CBESS的EMS结构，用于完成低压配电网的高效削峰。
2. 根据PSO算法优化CBESS调度计划，经过单一操控变量完成电网运转本钱最小化。
3. 在0%、50%和100%可再生动力浸透率条件下评价体系功用，一起剖析电压稳定性、电网峰值功率、CBESS的SoC以及运转本钱节约状况。
4. 促进可持续峰值读档办理的实际效益证明——以减小变压器尺寸为切入点