李紅霞，李建林，米 陽

（1上海電力大學(xué)，上海 200090；2儲能技術(shù)工程研究中心（北方工業(yè)大學(xué)），北京 100144）

伴隨“雙碳”目標的提出，要實現(xiàn)2030 年風(fēng)電光伏裝機12 億千瓦的目標，我國亟需加大能源轉(zhuǎn)型力度。具有靈活充放電量的儲能系統(tǒng)成為構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的關(guān)鍵，全國開始大范圍推行“新能源+儲能”新模式[1-2]。但如何對儲能進行合理配置，在滿足不同應(yīng)用場景下相關(guān)需求的同時又能提高經(jīng)濟性，成為亟待解決的難題。不同類型的儲能系統(tǒng)會影響響應(yīng)速度、安全性和成本；不同的接入位置會改變系統(tǒng)潮流分布，影響網(wǎng)絡(luò)損耗和系統(tǒng)電壓水平；超額配容會使得系統(tǒng)不夠經(jīng)濟，過小的容量又不能滿足不同場景下的需求，而且新能源側(cè)能源出力的不確定性將會產(chǎn)生海量場景，增大規(guī)劃模型的復(fù)雜度，如何重構(gòu)以及簡化數(shù)學(xué)模型，快速求解，成為另一亟待解決的難點。

已有儲能相關(guān)綜述主要歸納總結(jié)了各種儲能本體技術(shù)的發(fā)展和儲能在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用場景，對儲能優(yōu)化配置技術(shù)綜述尚少，特別是新能源側(cè)儲能。文獻[3]只綜述了儲能技術(shù)的發(fā)展和在新能源發(fā)電側(cè)的應(yīng)用；文獻[4]著重概述了儲能在發(fā)輸配電各環(huán)節(jié)中的應(yīng)用場景和引入儲能后對規(guī)劃問題建模的影響；文獻[5-6]側(cè)重描述了儲能用于平抑風(fēng)電功率波動控制策略和優(yōu)化配置方法；文獻[7]總結(jié)分析了電力系統(tǒng)各環(huán)節(jié)儲能容量配置和經(jīng)濟性評估研究現(xiàn)狀；文獻[8]針對儲能技術(shù)在電網(wǎng)側(cè)、用戶側(cè)和新能源發(fā)電中3個不同的主要應(yīng)用場合，對其應(yīng)用規(guī)劃和效益評估方法進行研究和歸納；文獻[9]綜述并歸納了目前國內(nèi)外在新能源側(cè)的儲能應(yīng)用場景、配置方法及預(yù)評估方法。以上文獻并未針對不同的應(yīng)用場景需求給出具體的優(yōu)化配置數(shù)學(xué)模型和分析各種模型的優(yōu)缺點。

綜合上述問題，本文先梳理了“十四五”期間部分省份出臺的新能源配置儲能新政策、應(yīng)用場景和國內(nèi)典型的新能源側(cè)儲能示范工程，然后重點從儲能系統(tǒng)選型、儲能系統(tǒng)規(guī)劃模型2個方面對儲能優(yōu)化配置技術(shù)進行綜述和總結(jié)。

1 “新能源+儲能”發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 新能源側(cè)配儲能政策

為積極響應(yīng)“雙碳”號召，在國家層面，2022年3月出臺的《“十四五”新型儲能發(fā)展實施方案》和《“十四五”現(xiàn)代能源體系規(guī)劃》的通知，都要求大力推進電源側(cè)儲能發(fā)展；在地方層面，安徽、江蘇、內(nèi)蒙古、廣西等超20省和自治區(qū)都發(fā)布相關(guān)文件要求新建新能源項目必配儲能，并對配置比例、連續(xù)儲能時間和電池工作壽命(循環(huán)次數(shù))等方面列出了具體的要求。詳細內(nèi)容見表1。

從表1 中列出的6 個省份政策可以看出，各省對儲能配置要求高度相似，但又不完全相同。具體區(qū)別可以從3個方面進行闡釋：①在儲能配置比例上，要求配置的儲能系統(tǒng)功率按占新能源項目裝機容量的占比進行配置，內(nèi)蒙古各地區(qū)風(fēng)光項目的配置比例區(qū)間較大，在15%～30%之間，其余基本在10%～15%之間，其中風(fēng)電項目和光伏項目的儲能配置占比要求也存在細微差別；②在儲能備電時長上，以2 h為主，安徽為1 h；③在工作壽命和容量衰減率上，壽命為10 年，循環(huán)次數(shù)不低于5000次，系統(tǒng)容量10年衰減率不超過20%。

表1 “十四五”部分省份新能源側(cè)配儲能政策Table 1 Configuring energy storage policies on the new energy side of different provinces during the"14th Five-Year Plan"

各省對儲能配置要求的差異性，主要因為各省的峰谷電價差、相應(yīng)的補貼機制和不同區(qū)域電網(wǎng)能源結(jié)構(gòu)都不相同，所以應(yīng)從國家層面進行引導(dǎo)，維護儲能市場秩序，兼顧平衡成本，促進新能源健康發(fā)展。同時對儲能規(guī)劃的研究可以驗證各省份已提出的具體儲能配置要求是否合理和經(jīng)濟。

1.2 新能源側(cè)儲能典型示范工程

2011 年開始建設(shè)的世界上規(guī)模最大的集風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電、儲能系統(tǒng)、智能輸電于一體的國家風(fēng)光儲輸示范工程，標志著我國新能源側(cè)儲能技術(shù)的應(yīng)用開始起步，為后續(xù)新能源側(cè)建設(shè)儲能電站積累了豐富的工程經(jīng)驗。隨著各種儲能技術(shù)的快速提升，儲能成本的不斷下降，國家和地方政策上對新能源側(cè)配置儲能的支持，我國在新能源側(cè)擁有了一批商業(yè)示范項目，見表2。

隨著國家和各省“新能源+儲能”政策的出臺，近4年投入的電源側(cè)示范項目也應(yīng)運而生，見表2。2018 年魯能海西州多能互補集成優(yōu)化示范工程，是國內(nèi)電源側(cè)接入儲能規(guī)模最大的，也是首個接入百MWh 級的集中式電化學(xué)儲能電站。該項目充分利用風(fēng)光互補性，解決了風(fēng)光獨立發(fā)電的問題，對風(fēng)、光、地?zé)?、氫等綜合能源的利用和開發(fā)起到示范作用；2020年投運的浙江省長興縣0.5 MW/2 MWh儲能示范項目，是由中節(jié)能和國網(wǎng)公司聯(lián)合運行的“新能源+儲能項目”，也是浙江省首個電源側(cè)儲能項目。該項目解決了光伏“限電”困境，在光伏出力增加時，將富余的電能充給儲能電站，就地消納，在光伏出力不足且負荷高峰時，啟動儲能放電，提升了電網(wǎng)新能源消納能力；2021 年湖南龍山大靈山風(fēng)電10 MW/20 MWh 儲能項目，是湖南首個“儲能+新能源”項目，在充分利用當(dāng)?shù)仫L(fēng)電資源，提高風(fēng)電消納量的同時，也為后續(xù)湖南省新能源側(cè)儲能項目提供工程示范；2022 年在建的湖北仙桃60 MW/120 MWh 漁光互補光儲一體化項目，采用共享儲能模式，推動了新型儲能電站的發(fā)展，并且提高光伏消納量，“上可發(fā)電，下可養(yǎng)魚”，實現(xiàn)經(jīng)濟效益和社會效益雙豐收。

表2 典型新能源側(cè)儲能示范工程Table 2 Typical new energy side energy storage demonstration project

1.3 “新能源+儲能”典型應(yīng)用場景

相比于電網(wǎng)側(cè)和用戶側(cè)，新能源側(cè)儲能最靠近風(fēng)光等新能源，作用最直接。新能源側(cè)儲能系統(tǒng)主要在平抑新能源輸出功率波動、提升新能源消納量、降低發(fā)電計劃偏差、提升電網(wǎng)安全運行穩(wěn)定性等方面發(fā)揮重大作用，具體分類場景如圖1所示。

圖1 新能源側(cè)儲能應(yīng)用場景Fig.1 Energy storage application scenarios on the renewable energy side

1.3.1 平抑新能源輸出功率波動

通過制定合理的控制策略，優(yōu)化配置儲能，達到功率平滑輸出的同時又能提高經(jīng)濟性。功率分配策略主要有高通濾波法、小波包分解法、一階濾波算法、二階濾波算法、滑?？刂品?、低通-滑動平均值濾波法、基于雙向DC/AC 變換器的混合儲能系統(tǒng)控制策略等。文獻[10]提出的控制策略，能以較小的儲能容量將風(fēng)機輸出最大波動率由61.7%降到9.9%；文獻[11]制定了考慮時序的混合儲能控制策略，采用小波包分解方法分解風(fēng)電輸出功率，平滑風(fēng)電并網(wǎng)功率。

1.3.2 提升新能源消納量

新能源場站可以利用儲能系統(tǒng)的雙向充放電特性，在負荷低谷時，將多余的新能源電量存儲，在負荷高峰時，釋放電量，從而減少棄風(fēng)棄光率，達到提升新能源電量的目的。文獻[12]研究了風(fēng)電場儲能容量配置問題，考慮風(fēng)電不確定性和棄風(fēng)率約束，并通過實際算例驗證了儲能減少棄風(fēng)的有效性；文獻[13]以降低棄光率為目的，研究了棄光率工況下的儲能充放電狀態(tài)和儲能需求。

1.3.3 降低發(fā)電計劃偏差

通過儲能裝置配合新能源功率預(yù)測系統(tǒng)，對給出的短期與超短期發(fā)電計劃偏差部分予以“充放電糾偏”，及時修正出力曲線，有利于新能源電站減免電網(wǎng)“兩個細則”考核罰款。文獻[14]為提高風(fēng)電場與合同計劃出力的吻合度，制定了跟蹤風(fēng)電計劃偏差的風(fēng)儲系統(tǒng)聯(lián)合控制策略，使得考核指標合格率均達到100%；文獻[15]基于機會約束規(guī)劃的儲能系統(tǒng)跟蹤光伏發(fā)電計劃出力控制方法，該策略不僅降低了儲能要求，還可以100%將誤差減小并限制在合格范圍內(nèi)。

1.3.4 提升電網(wǎng)安全運行穩(wěn)定性

隨著大規(guī)模新能源機組不斷接入電網(wǎng)，頻率和電壓等關(guān)鍵運行指標水平大幅降低，嚴重威脅電網(wǎng)安全運行穩(wěn)定性。文獻[16]提出通過定量補償電網(wǎng)的慣性大小和一次調(diào)頻備用容量來有效提升電網(wǎng)頻率的暫態(tài)穩(wěn)定性的儲能配置方法；文獻[17]驗證了當(dāng)含風(fēng)電場的電網(wǎng)發(fā)生切負荷以及風(fēng)電切機的故障時，儲能接入電網(wǎng)薄弱節(jié)點能夠有效抑制電壓的波動，增強電壓的穩(wěn)定性；文獻[18]研究了混合儲能在提高光伏低電壓穿越方面的控制策略，求解最嚴重故障情形下的儲能配置容量。文獻[19-20]通過仿真對比，驗證了風(fēng)電場中，儲能系統(tǒng)能提高機組低電壓穿越能力的性能和經(jīng)濟性；文獻[21]建立了基于混合儲能系統(tǒng)的高電壓穿越控制策略模型，機組高電壓穿越能力明顯增強。

2 儲能系統(tǒng)選型

儲能技術(shù)的分類方式多樣，按能量形式可分為：物理儲能(抽水蓄能、壓縮空氣儲能和飛輪儲能)、電化學(xué)儲能(鋰離子電池、全礬液流電池、鉛酸電池、鈉硫電池)、電磁儲能(超級電容和超導(dǎo)儲能)、熱儲能和氫儲能；按充放電形式可分為功率型儲能和能量型儲能，功率型儲能系統(tǒng)功率密度高、響應(yīng)速度快，且充放電循環(huán)次數(shù)多，主要用來承擔(dān)頻率的高頻分量；能量型儲能系統(tǒng)能量密度高，存儲容量大，主要用來承擔(dān)頻率的低頻分量[22]；按應(yīng)用場景分類可分為：電源側(cè)(傳統(tǒng)火電側(cè)和新能源側(cè))、電網(wǎng)側(cè)和用戶側(cè)儲能；按組合方式可分為單一儲能和混合儲能。各種儲能技術(shù)的特點見表3。

表3 儲能技術(shù)特點Table 3 Energy storage technology characteristics

在選型方面，綜合評估能量密度、功率密度、響應(yīng)時間(ms，s，min)、儲能充放電效率、設(shè)備壽命(或充放電次數(shù)、循環(huán)壽命，年)、技術(shù)成熟度、經(jīng)濟因素(投資成本、運行和維護費用)、安全和環(huán)境方面等，可獲取不同儲能技術(shù)在電網(wǎng)中的優(yōu)化配置方法和在不同應(yīng)用場景下的控制策略。

按時間尺度選型，超短時間尺度應(yīng)用場景適合采用放電時間為秒級到分鐘級的功率型超短時儲能如超級電容和飛輪儲能；短時間尺度應(yīng)用場景適合采用放電時間為小時到天級的能量型短時儲能如抽水蓄能、基于儲罐的壓縮空氣、電化學(xué)儲能；長時間尺度應(yīng)用場景適合采用放電時間為數(shù)日及以上的能量型長時儲能如氫儲能、基于洞穴的壓縮空氣等。

按應(yīng)用場景選型，文獻[23]對比分析了鉛酸電池、鋰離子電池和液流電池3 種儲能技術(shù)在發(fā)電側(cè)、電網(wǎng)側(cè)和用戶側(cè)不同應(yīng)用場景下的適用性，并通過算例分析，得出了看重成本特性的用戶側(cè)更適合用鉛酸電池；看重技術(shù)特性指標的電網(wǎng)側(cè)更適合用鋰電池；發(fā)電側(cè)3類電池差別不大，鋰電池稍具優(yōu)勢的結(jié)論。文獻[24]分析了儲能系統(tǒng)在調(diào)峰調(diào)頻場景下的工況特性，研究表明磷酸鐵鋰電池最佳、鈦酸鋰電池次之，抽水蓄能雖然安全性最高，但是其響應(yīng)速度較慢且經(jīng)濟性較差，氫儲能技術(shù)雖然在技術(shù)性指標方面具有較大優(yōu)勢，但技術(shù)不成熟且在安全性方面存在隱患，鉛炭電池和膠體電池雖然在經(jīng)濟性方面具有一定優(yōu)勢，但是其功率等級低、循環(huán)壽命小、存在鉛污染且技術(shù)成熟度不夠。文獻[25]定量分析了電化學(xué)儲能、超導(dǎo)儲能和飛輪儲能對綜合能源系統(tǒng)優(yōu)化運行效果的影響，算例分析表明電化學(xué)儲能可獲得最低的系統(tǒng)運行成本以及最為顯著的售電交易量，飛輪儲能經(jīng)濟性最差，電化學(xué)儲能和超導(dǎo)儲能充放調(diào)度靈活性高，充放潛力大，因此綜合能源系統(tǒng)更適合用電化學(xué)儲能。在微網(wǎng)和分布式電源中，由于風(fēng)光等新能源發(fā)電的間歇性要求儲能單元具有高能量密度，同時負荷的快速波動要求儲能單元具有高功率密度，對比單一儲能系統(tǒng)，通常選用高能量密度和高功率密度優(yōu)勢互補的混合儲能系統(tǒng)[26-28]。

此外，文獻[29]基于可視化軟件開發(fā)了儲能系統(tǒng)工況適用性對比平臺，該平臺可模擬儲能在不同場景中的適用性，為實際工況中的儲能選型對比分析提供理論支撐。

3 儲能系統(tǒng)規(guī)劃

風(fēng)光資源的隨機性和波動性，對儲能功率和容量支撐能力的影響很大。新能源側(cè)配置儲能需要考慮新能源出力特征及時空互補特性，需要兼顧單個或多個應(yīng)用場景下的指標。依據(jù)是否考慮新能源出力的不確定性和儲能優(yōu)化配置目標的不同，選取新能源出力的不確定性、經(jīng)濟性(成本和收益)、環(huán)保性(碳、氮、硫等污染物排放)、技術(shù)性(電壓和網(wǎng)損)和兼顧多因素綜合評價指標，構(gòu)建儲能優(yōu)化配置數(shù)學(xué)模型，如圖2所示。

圖2 儲能規(guī)劃Fig.2 Schematic diagram of energy storage planning

3.1 考慮新能源出力不確定性的儲能規(guī)劃法

風(fēng)電、光伏等新能源出力的不確定性和功率預(yù)測誤差會影響儲能規(guī)劃結(jié)果，將不確定性規(guī)劃方法應(yīng)用到儲能優(yōu)化配置中，把不確定性優(yōu)化問題轉(zhuǎn)為確定性優(yōu)化問題，將大大簡化儲能規(guī)劃求解過程。有些文獻計及了新能源出力不確定性對儲能優(yōu)化配置的影響。不確定性規(guī)劃法主要包括隨機規(guī)劃、模糊規(guī)劃、魯棒優(yōu)化和場景分析法。

隨機規(guī)劃是應(yīng)對建模不確定性的傳統(tǒng)優(yōu)化方法，建立風(fēng)電和光伏的概率密度函數(shù)，常用威布爾(Weibull)概率分布函數(shù)對風(fēng)電進行建模，用貝塔(Beta)概率分布函數(shù)對光伏進行建模[30-31]；模糊規(guī)劃法通過構(gòu)建模糊隸屬度函數(shù)來描述風(fēng)電功率的不確定性，其中梯形隸屬函數(shù)在高比例風(fēng)電系統(tǒng)優(yōu)化領(lǐng)域經(jīng)常被用來處理風(fēng)電功率的不確定性[32]。

魯棒優(yōu)化是一種解決參數(shù)不確定優(yōu)化問題的方法。魯棒優(yōu)化只需要不確定參數(shù)的波動范圍，而不需要場景或者精確的概率分布。文獻[33]采用分布魯棒優(yōu)化規(guī)劃法，根據(jù)歷史數(shù)據(jù)構(gòu)造風(fēng)電出力的概率分布函數(shù)集合，將棄風(fēng)率要求作為魯棒機會約束，建立以儲能投資成本最小為目標、以棄風(fēng)率為約束的魯棒機會約束規(guī)劃模型；文獻[34]采用概率分布魯棒聯(lián)合機會約束模型描述含風(fēng)場系統(tǒng)儲能最優(yōu)配置問題，將魯棒機會約束模型轉(zhuǎn)化為確定性的線性矩陣不等式問題。

場景分析法是一種將含隨機變量的概率分布模型轉(zhuǎn)化為具體場景，用盡量少的場景模擬原隨機變量的分布，從而將隨機優(yōu)化問題轉(zhuǎn)化為確定性優(yōu)化問題。文獻[35]提取出歷史觀測自然日中的光伏發(fā)電出力分布曲線，共計500個自然日，即500個獨立光伏發(fā)電場景，然后基于K-means 聚類算法進行場景縮減；文獻[36]基于凈空模型，將光伏出力劃分為5種典型天氣，通過擬合分布參數(shù)得到概率密度函數(shù)；文獻[37]為修正光伏出力預(yù)測值，基于k均值聚類和Copula理論建立了不同天氣類型下光伏出力的條件預(yù)測誤差分布模型，仿真算例表明，考慮修正與不考慮修正的情況相比，光伏電站的經(jīng)濟性得到提高，所需儲能的功率和容量減小。

3.2 考慮不同優(yōu)化目標的儲能規(guī)劃法

3.2.1 計及經(jīng)濟性的儲能規(guī)劃法

儲能系統(tǒng)優(yōu)化配置中的經(jīng)濟性通?？紤]總成本最小和總收益最大兩種。其中文獻[38]建立的規(guī)劃模型以系統(tǒng)總成本最小為優(yōu)化目標，統(tǒng)籌優(yōu)化高中低3種成本下的電源和儲能容量，提出新能源配置儲能替代火電的經(jīng)濟性分析；文獻[39]以系統(tǒng)總成本最小為目標，包括電網(wǎng)供電費用，光伏發(fā)電成本和電池充放電折舊成本，研究儲能系統(tǒng)容量對系統(tǒng)全生命周期經(jīng)濟性的影響；文獻[40]針對光儲系統(tǒng)容量優(yōu)化配置問題，構(gòu)建了光儲系統(tǒng)日內(nèi)最大凈收益目標函數(shù)模型。綜上，各經(jīng)濟性指標具體數(shù)學(xué)表達式如下。

（1）總成本最?。盒履茉磦?cè)儲能系統(tǒng)總成本主要包括新能源配置總成本、儲能配置總成本、電網(wǎng)購售電總成本。

式中，Cenergy為新能源(風(fēng)電光伏)配置總成本；Cenergyinv和Cenergyom為新能源系統(tǒng)單位容量年投資成本和年總維護成本；Cbess為儲能配置總成本；Cbess,sinv、Cbess,som、Cbess,einv、Cbess,eom分別為儲能系統(tǒng)單位容量和單位功率年投資成本和年運行成本；Senergyi為新能源系統(tǒng)安裝容量；Sbessj為儲能系統(tǒng)額定容量；Ebessj為儲能系統(tǒng)額定功率；γ為新能源系統(tǒng)與儲能系統(tǒng)的折舊系數(shù)；Cgrid為電網(wǎng)購售電總成本；εbuyt和εsellt分別表示t時刻配網(wǎng)向上級電網(wǎng)的購電及售電電價；Pt為配網(wǎng)根節(jié)點與上級電網(wǎng)的交互功率。

（2）總收益最大：區(qū)別于電網(wǎng)側(cè)和用戶側(cè)，新能源側(cè)儲能系統(tǒng)收益主要包括新能源自我消納收益(減小棄風(fēng)棄光率，新能源出力逼近限電指標)、輔助服務(wù)收益(參與電網(wǎng)調(diào)頻和調(diào)峰輔助服務(wù))、可再生能源平滑出力收益(根據(jù)“兩個細則”考核標準，通過彌補風(fēng)電和光伏功率預(yù)測誤差，減少新能源電站出力考核罰款)、清潔供暖收益(上網(wǎng)富余的新能源電量通過儲能，將電量直接供給電熱鍋爐，以供居民冬天取暖)。

式中，I1為新能源自我消納收益；P1和P2分別為儲能接入前后的實際上網(wǎng)功率；Δt為采樣出力數(shù)據(jù)的時間間隔；e1為新能源上網(wǎng)電價；I2為輔助服務(wù)收益；BCAGC為參與調(diào)頻輔助服務(wù)收益；BCif為電網(wǎng)調(diào)峰收益；I3為可再生能源平滑出力收益；C為每分的考核費用；Fk為加入儲能后降低的扣分；I4為清潔供暖收益；ngn為平均一年供暖天數(shù)；Qqj為日減少棄電量中用來供暖的電量；pgn為供暖電價。

3.2.2 計及環(huán)保性的儲能規(guī)劃法

環(huán)保性指標通常包括CO2和其他污染物的排放。其中文獻[41]將年環(huán)境成本納入儲能優(yōu)化配置模型目標函數(shù)中，年環(huán)境成本越低表明該地區(qū)新能源利用率越高；文獻[42]建立碳排放成本計算模型，能夠充分考慮碳排放的環(huán)境因素實現(xiàn)系統(tǒng)運行成本最小的同時減少棄風(fēng)棄光與削負荷情況。綜上，在儲能規(guī)劃模型中考慮各種污染物排放成本的具體數(shù)學(xué)表達式如式(3)：

式中，M為污染物的種類；Wk為傳統(tǒng)火電廠生成1 MWh電量排放第k種污染物的強度，kg/MWh；Qk為第k種污染物環(huán)境價值折算標準，元/kg；Lk為第k種污染物排放懲罰價格，元/kg。

3.2.3 計及技術(shù)性的儲能規(guī)劃法

在儲能的優(yōu)化配置模型中，技術(shù)性指標主要有：電壓質(zhì)量(電壓穩(wěn)定裕度和靜態(tài)穩(wěn)定電壓)、網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)損(有功網(wǎng)損和功率損耗靈敏度)。其中文獻[43]以電壓穩(wěn)定裕度為指標進行預(yù)選址，考慮儲能設(shè)備充放電狀態(tài)的基礎(chǔ)上，以有功網(wǎng)損為目標函數(shù)，最終選址定容；文獻[44]提出電壓時序靈敏度，從改善電壓角度進行儲能選址定容；文獻[45]將儲能選在功率損耗靈敏度最高的位置；文獻[46]綜合考慮靜態(tài)電壓穩(wěn)定標和有功網(wǎng)損，采用奇異值指標表征電壓。綜上，各種技術(shù)性指標的數(shù)學(xué)表達式如下。

（1）電壓質(zhì)量：

式中，Umargin，i為節(jié)點i電壓穩(wěn)定裕度指標；U0(i)為節(jié)點i當(dāng)前電壓值；Ucr(i)為節(jié)點i的臨界電壓值；i為節(jié)點序號；LGi為節(jié)點強弱指標；δ2n-m為最小奇異值；S2n-m為右奇異向量。

（2）有功網(wǎng)損：

式中，Ploss為系統(tǒng)有功網(wǎng)損；b為總支路數(shù)；Rj為支路j的電阻；Pj、Qj分別為支路j的有功、無功功率；δi為功率損耗靈敏度；Uj為支路j末端電壓幅值；ΔPi是第i個節(jié)點的功率變化量；ΔPloss，i是由ΔPi引起的總網(wǎng)絡(luò)功率損耗的變化量。

3.2.4 兼顧多因素的儲能規(guī)劃法

在實際儲能規(guī)劃問題中，考慮單一的優(yōu)化目標很難達到最佳優(yōu)化配置效果，因此國內(nèi)外學(xué)者在單目標基礎(chǔ)上，開展了大量的兼顧多因素的儲能規(guī)劃方法研究。其中文獻[47]提出分階段容量優(yōu)化配置模型，第一階段以新能源消納量最大為目標，第二階段以滿足新能源利用率的儲能成本最小為優(yōu)化目標；文獻[48]上層模型以年綜合費用最小為目標，下層模型以系統(tǒng)網(wǎng)損最小為目標；文獻[49]上層以電站總?cè)萘孔畲鬄槟繕?，下層以投資費用最小為目標，優(yōu)化風(fēng)儲配比；文獻[50]上層以電壓波動改善效果最佳為目標進行選址，下層目標為投資成本最小進行定容；文獻[51]上層以調(diào)頻發(fā)電機和儲能協(xié)調(diào)調(diào)頻總費用最小為目標，下層模型考慮系統(tǒng)網(wǎng)損和調(diào)壓懲罰成本最小進行儲能選址定容；文獻[52]上層以收益最大為目標，下層計及儲能電池的容量損耗，以新能源就地消納率最大為目標對儲能進行優(yōu)化配置；文獻[53]上層以風(fēng)光儲系統(tǒng)投資建設(shè)總成本最低為目標，下層從安裝節(jié)點傳輸功率波動、電壓偏移以及網(wǎng)絡(luò)損耗3個方面考慮。

以上文獻大多采用雙層規(guī)劃法，能同時兼顧多種優(yōu)化目標，得到儲能最佳配置容量功率和選址。目前隨著高比例新能源的滲透，電網(wǎng)頻率，電壓不穩(wěn)定，運行壓力劇增，因此在多重應(yīng)用場景中，開展兼顧消納和提升新能源側(cè)儲能電站主動支撐電網(wǎng)能力的儲能優(yōu)化配置方法研究尤為重要，同時還需綜合考慮儲能技術(shù)類型的選取和控制策略等因素對優(yōu)化配置結(jié)果的影響。

4 建議與展望

伴隨“雙碳”目標的提出，新能源規(guī)模化速度將持續(xù)加快。越來越大的新能源消納壓力和多種儲能關(guān)鍵技術(shù)的提升雙向推動儲能行業(yè)的發(fā)展。本文圍繞新能源側(cè)儲能優(yōu)化配置關(guān)鍵技術(shù)研究，得到具體結(jié)論如下：

（1）“十四五”期間各省出臺的政策，不可盲目強制配置儲能，應(yīng)在保證投資者的收益前提下按實際需求進行配比。具體的配置比例、時長、工作壽命等要求可借鑒已有的典型示范工程經(jīng)驗，使之更加合理。

（2）儲能的成本、壽命(充放電次數(shù))、安全性能等關(guān)鍵指標對儲能系統(tǒng)選型和優(yōu)化配置結(jié)果影響很大，所以后續(xù)學(xué)者應(yīng)重點關(guān)注儲能本體技術(shù)的研究，從安全、經(jīng)濟、效率、壽命和規(guī)模5個維度重點攻克現(xiàn)階段儲能本體關(guān)鍵技術(shù)缺陷，尤其是清潔環(huán)保的新型儲熱和儲氫技術(shù)，并將其引入儲能優(yōu)化配置模型中。

（3）在儲能選型方面，為滿足新能源場站多重應(yīng)用功能的需求，混合儲能比單一儲能更有發(fā)展前景，因此需要開展混合儲能對復(fù)雜儲能工況的功率分配策略研究和優(yōu)化配置研究。

（4）在儲能規(guī)劃模型中，相比單層模型，雙層規(guī)劃模型將規(guī)劃與運行相結(jié)合，可同時兼顧新能源出力不確定性、經(jīng)濟性、環(huán)保性、技術(shù)性等多因素，考慮問題更加全面，但會使得求解更復(fù)雜，所以應(yīng)重點對雙層規(guī)劃模型開展研究。

（5）已開發(fā)的儲能優(yōu)化配置軟件平臺尚處于起步階段、功能單一、操作復(fù)雜、可視化程度低，后續(xù)可深入研究，開發(fā)出集模擬新能源場站出力場景、儲能系統(tǒng)選型、儲能優(yōu)化配置和儲能系統(tǒng)經(jīng)濟性評估為一體的軟件平臺，為實際工程建設(shè)提供理論基礎(chǔ)。