當(dāng)前，我國(guó)鋰離子儲(chǔ)能電站呈現(xiàn)規(guī)?；?、集群化的發(fā)展趨勢(shì)。為實(shí)現(xiàn)規(guī)模化鋰離子儲(chǔ)能電站安全高效利用，湖南電科院提出了鋰離子儲(chǔ)能電站安全預(yù)警方法，研發(fā)了儲(chǔ)能集群調(diào)度控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)——鋰離子儲(chǔ)能電站運(yùn)行更安全更高效。

7月16日，湖南電網(wǎng)負(fù)荷創(chuàng)新高。全省鋰離子儲(chǔ)能電站在儲(chǔ)能集群調(diào)度控制系統(tǒng)的統(tǒng)一調(diào)度下，充分發(fā)揮調(diào)節(jié)能力，助力電網(wǎng)平穩(wěn)度過(guò)用電高峰。

湖南電網(wǎng)作為全國(guó)峰谷差最大的省級(jí)電網(wǎng)之一，對(duì)于調(diào)節(jié)資源的需求較大。鋰離子儲(chǔ)能具有能量密度高、成本較低等優(yōu)勢(shì)，目前在新型儲(chǔ)能技術(shù)中占主導(dǎo)地位。湖南省鋰離子儲(chǔ)能電站裝機(jī)容量在全國(guó)位居前列。為及時(shí)掌控鋰離子儲(chǔ)能電站的狀態(tài)、高效調(diào)度儲(chǔ)能電站集群、充分發(fā)揮儲(chǔ)能電站的調(diào)節(jié)作用，國(guó)網(wǎng)湖南省電力有限公司電力科學(xué)研究院儲(chǔ)能調(diào)度控制研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)展攻關(guān)，在安全預(yù)警、就地控制、集群調(diào)度3個(gè)方面實(shí)現(xiàn)突破，提升了鋰離子儲(chǔ)能電站安全運(yùn)行水平和利用率。

基于特征數(shù)據(jù)信息熵的安全預(yù)警技術(shù)處于國(guó)際領(lǐng)先水平

雖然人們會(huì)監(jiān)測(cè)鋰離子電池的運(yùn)行數(shù)據(jù)，但相關(guān)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)不直接體現(xiàn)電池的老化狀態(tài)，導(dǎo)致電池及鋰離子儲(chǔ)能電站整體運(yùn)行狀態(tài)難以被準(zhǔn)確評(píng)價(jià)。

隨著鋰離子電池逐漸老化，電池內(nèi)部會(huì)出現(xiàn)活性鋰損失及析鋰現(xiàn)象，造成電池內(nèi)特性參數(shù)的改變。根據(jù)這一特性，研究團(tuán)隊(duì)提出了實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)片段最優(yōu)擬合與帶遺忘因子隨機(jī)梯度雙層框架算法，通過(guò)就地處理原始監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，辨識(shí)電池內(nèi)特性參數(shù)數(shù)據(jù)。

電池內(nèi)特性參數(shù)數(shù)據(jù)有了，如何在此基礎(chǔ)上評(píng)價(jià)鋰離子儲(chǔ)能電站的運(yùn)行狀態(tài)？研究團(tuán)隊(duì)根據(jù)熱力學(xué)能量不確定性分布程度，提出了基于特征數(shù)據(jù)信息熵的鋰離子儲(chǔ)能電站健康狀態(tài)實(shí)時(shí)評(píng)價(jià)方法，構(gòu)建多數(shù)據(jù)、多片段的儲(chǔ)能電站熵模型，以內(nèi)/外特性數(shù)據(jù)的變化來(lái)分析電池老化特性，開(kāi)發(fā)了融合電池安全預(yù)警方法的管理終端，實(shí)現(xiàn)鋰離子電池健康狀態(tài)評(píng)價(jià)準(zhǔn)確性超90%，提升了儲(chǔ)能電站安全運(yùn)行水平。

不同的應(yīng)用場(chǎng)景有不同的控制策略

長(zhǎng)期以來(lái)，行業(yè)內(nèi)人士對(duì)于鋰離子儲(chǔ)能電站參與多場(chǎng)景應(yīng)用的安全性存在擔(dān)憂?！霸缙?，鋰離子儲(chǔ)能電站主要參與電網(wǎng)調(diào)峰，大部分情況下以相對(duì)固定的時(shí)段、功率充放電。傳統(tǒng)的儲(chǔ)能電站控制技術(shù)主要根據(jù)電池容量進(jìn)行調(diào)用，對(duì)于電池的實(shí)時(shí)狀態(tài)考慮不充分。”研究團(tuán)隊(duì)主要成員吳晉波介紹，“當(dāng)儲(chǔ)能電站不再以固定時(shí)段、固定功率充放電，而是根據(jù)電網(wǎng)的需求參與調(diào)頻或調(diào)壓時(shí)，相關(guān)人員沿用傳統(tǒng)控制技術(shù)可能會(huì)造成站內(nèi)各儲(chǔ)能單元協(xié)調(diào)控制不當(dāng)?shù)那闆r，使得部分電池頻繁充放電或大倍率充放電，導(dǎo)致電池加速老化，可能產(chǎn)生安全隱患?！?/p>

2018年，湖南電網(wǎng)第一座鋰離子儲(chǔ)能電站并網(wǎng)。從那時(shí)起，研究團(tuán)隊(duì)就開(kāi)始關(guān)注鋰離子儲(chǔ)能電站參與電網(wǎng)調(diào)峰、調(diào)頻、調(diào)壓的安全風(fēng)險(xiǎn)，并通過(guò)并網(wǎng)測(cè)試等方式收集了大量數(shù)據(jù)。在此基礎(chǔ)上，他們攻關(guān)鋰離子儲(chǔ)能電站多場(chǎng)景安全控制技術(shù)，提出新的控制策略，并依托國(guó)網(wǎng)湖南電力“源網(wǎng)荷儲(chǔ)”一體化真型實(shí)證平臺(tái)模擬多種調(diào)節(jié)場(chǎng)景，開(kāi)展控制策略驗(yàn)證。

通過(guò)長(zhǎng)期探索和反復(fù)測(cè)試，研究團(tuán)隊(duì)提出了鋰離子儲(chǔ)能電站多場(chǎng)景安全控制方法，結(jié)合安全預(yù)警方面的研究成果，將內(nèi)特性數(shù)據(jù)作為控制依據(jù)，針對(duì)調(diào)峰、調(diào)頻、調(diào)壓等不同場(chǎng)景，提出了相應(yīng)的控制策略，并研發(fā)了含協(xié)調(diào)控制器、變流器的鋰離子儲(chǔ)能電站協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，減少了電池頻繁快速充放電切換，實(shí)現(xiàn)了儲(chǔ)能電站安全可靠的大倍率充放電。該系統(tǒng)已在湖南33座鋰離子儲(chǔ)能電站應(yīng)用。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果和長(zhǎng)期運(yùn)行數(shù)據(jù)，這些儲(chǔ)能電站的電池使用壽命延長(zhǎng)了19.8%。

分時(shí)復(fù)用和多能互補(bǔ)提升鋰離子儲(chǔ)能電站利用率

如何在保證安全的前提下最大限度發(fā)揮鋰離子儲(chǔ)能電站的調(diào)節(jié)能力？這是研究團(tuán)隊(duì)要解決的另一項(xiàng)問(wèn)題。

“在湖南，從單座儲(chǔ)能電站調(diào)度控制層面看，傳統(tǒng)的調(diào)度控制策略僅支持其參與單一應(yīng)用場(chǎng)景調(diào)度。儲(chǔ)能電站平均每天利用小時(shí)數(shù)不超過(guò)2小時(shí)，利用率較低?！眳菚x波說(shuō)。對(duì)此，研究團(tuán)隊(duì)提出了適應(yīng)分時(shí)復(fù)用的儲(chǔ)能電站調(diào)度控制方法，根據(jù)電網(wǎng)需求和儲(chǔ)能電站的電量情況，動(dòng)態(tài)分配儲(chǔ)能電站用于不同場(chǎng)景的功率和電量，在確保儲(chǔ)能電站運(yùn)行安全的前提下，實(shí)現(xiàn)同一儲(chǔ)能電站參與電網(wǎng)調(diào)峰、調(diào)頻、調(diào)壓的分時(shí)復(fù)用，大幅提升了儲(chǔ)能電站的利用率。

而在鋰離子儲(chǔ)能電站集群調(diào)度控制層面，由于儲(chǔ)能電站容量有限，研究團(tuán)隊(duì)提出了多能互補(bǔ)的廣域協(xié)同調(diào)度控制方法：儲(chǔ)能電站在安全域內(nèi)優(yōu)先響應(yīng)電網(wǎng)快速功率支撐需求，水電、火電等其他資源隨后響應(yīng)，置換儲(chǔ)能電站的響應(yīng)功率，并補(bǔ)償儲(chǔ)能電站荷電能量，為儲(chǔ)能電站下一次提供快速功率支撐作準(zhǔn)備。這一方法既保證了有限的儲(chǔ)能資源可以持續(xù)為電網(wǎng)提供快速的功率支撐，又減少了水電、火電等其他資源的頻繁快速調(diào)節(jié)。

研究團(tuán)隊(duì)聯(lián)合國(guó)電南瑞科技股份有限公司共同研發(fā)了儲(chǔ)能集群調(diào)度控制系統(tǒng)。2021年10月，該系統(tǒng)完成初步部署，此后實(shí)現(xiàn)了湖南省所有鋰離子儲(chǔ)能電站的統(tǒng)一調(diào)度。

2023年、2024年迎峰度夏和迎峰度冬期間，湖南省鋰離子儲(chǔ)能電站集群在儲(chǔ)能集群調(diào)度控制系統(tǒng)的統(tǒng)一調(diào)度下參與電網(wǎng)峰谷差調(diào)節(jié)，使凈負(fù)荷峰谷差率最大減少15.3個(gè)百分點(diǎn)、平均減少4個(gè)百分點(diǎn)。該系統(tǒng)還通過(guò)協(xié)調(diào)優(yōu)化鋰離子儲(chǔ)能電站集群充電時(shí)間段，促進(jìn)了新能源電量的消納。2024年與2020年相比，湖南省鋰離子儲(chǔ)能電站日均利用小時(shí)數(shù)增加89.2%。