分布式风储系统与配电网间的协同运行控制研究

分布式风储系统与配电网间的协同运行控制研究随着能源资源的持续减少和全球温室气体排放量的急剧增加，新能源技术的发展越来越受到人们的关注。风能是一种十分重要的新能源，在全球范围内得到广泛应用。然而，由于风能的不可控性，风电场的电力输出存在波动，这给电力系统的稳定运行带来了不小的挑战。为了解决这一问题，分布式风储系统被提出并得到了广泛关注。本文将从分布式风储系统与配电网间的协同运行控制这一方面入手，介绍分布式风储系统的工作原理、协同运行控制研究的现状和未来发展方向。

一、分布式风储系统的工作原理

分布式风储系统是一种集风能发电和能量储存于一体的综合性系统。该系统由风能发电机组、储能装置以及能量控制与管理系统三部分组成。风能发电机组通过叶片旋转捕捉风能转换成机械能，并通过电机转换成电能输出。储能装置分为化学储能、机械储能和电场储能等多种形式，用于储存风能发电过程中的过剩能量。能量控制与管理系统则负责监测储能系统的状态，根据电力网络的需求调节发电、储能并互相协调运行。该系统的工作原理如下图所示。

（图片来源：ref1）

二、协同运行控制研究的现状

为了实现分布式风储系统和配电网间的协同运行控制，需要解决多种技术问题，如能量管理和协调运行等。当前研究主要集中在以下几个方面。

1.系统优化控制

分布式风储系统和配电网采用多种能源资源，如风能、光能、电池存储等，其复杂度较高。为了实现系统最优化调度，需要建立合适的系统模型和控制算法。目前，改进光伏-风电-电池电能系统的协同控制方法得到了较好的应用。同时，将协调控制和拓扑结构优化相结合的方法被广泛关注，通过合理的拓扑结构和控制策略，可以有效提高系统的效率和稳定性。

2.能量管理与储能控制

在分布式风储系统中，储能装置是非常重要的组成部分。通过对电池的管理和充放电控制等，可以提高其储能效率和寿命。目前，通过控制充电、放电速度、控制充放电时间等方法，可以有效提高电池的使用效率，延长电池寿命。同时，运用机器学习和深度学习方法优化储能策略，提高能量利用效率，是当前的研究热点。

3.市场优化与协同调度

随着能源互联网的逐步形成，分布式风储系统和配电网之间采用去中心化的市场交易方式已成为研究热点。当前，采用基于合约的分布式投标策略，通过市场定价等方式实现系统协同调度。同时，针对智能化需求响应和场景控制等问题，也需要进一步完善市场机制，加强对市场协同调度的理解和研究。

三、未来发展方向

1.提高储能效率

在分布式风储系统中，储能装置是能量存储与调节的关键环节。在未来的研究中，可以通过全面优化储能系统的构建和管理，提高储能效率和寿命，推动分布式风储系统的可持续发展。

2.完善市场机制

分布式风储系统和配电网之间的市场交易方式正在逐步清晰，但随着市场变化和真实需求的发生变化，市场机制也需要进一步完善和调整。未来的研究应注重市场机制的理解与建设，考虑对市场的政策扶持，促进市场合理竞争的发展，从而实现系统的合理运行。

3.探索协同控制

未来的分布式风储系统和配电网需要提升其互联互通能力，实现系统间协同控制。当前的研究主要注重对单个系统的管理与控制，未来需要发展针对多个系统的协同控制方法，并探寻其应用前景。

四、结论

风能作为一种重要的新能源，其发电不稳定性给系统稳定运行带来挑战。分布式风储系统的出现，有效解决了风能储能和稳定输出等问题。分布式风储系统和配电网之间协同运行控制的研究成果丰硕，未来的研究应注重提高储能系统效率、完善市场机制以及探索协同控制，实现分布式风储系统的高效运行和可持续发展。随着环境保护意识的不断提高和能源资源的持续减少，新能源技术的发展越来越受到人们的关注。风能作为一种十分重要的新能源，在全球范围内得到广泛应用。根据国际能源署发布的《2020年风能展望》报告，预计到2030年，全球风电装机容量将达到2040年的四倍以上，达到了1700GW（吉瓦）。风力发电的产量将从2019年的11340亿千瓦时增加到2040年的46500亿千瓦时。

然而，由于风速和方向的不可控性，风电场的电力输出存在波动，这给电力系统的稳定运行带来了不小的挑战。为了解决这一问题，分布式风储系统被提出并得到了广泛关注。分布式风储系统可以有效地应对风电场电力波动，使其成为可靠的电力供应，同时也可以提高风电场的运行效率。本文将从全球范围内分布式风储系统的装机容量、市场规模以及技术进展等方面入手，进行详细的数据分析和总结。

一、全球范围内分布式风储系统的装机容量

据国际能源署的统计数据，全球装有风力发电机组的总装机容量已经从2004年的47GW增长至2020年的733GW。随着新能源技术的不断成熟和市场需求的增长，分布式风储系统的装机容量也在不断增加。以下是全球主要国家和地区分布式风储系统的装机容量统计数据（截至2020年）。

|国家/地区|装机容量（MW）|

|------------------|----------------|

|德国|38,158|

|美国|28,662|

|日本|11,400|

|意大利|8,018|

|中国|7,677|

|西班牙|7,202|

|法国|5,237|

|英国|5,164|

|南韩|2,549|

|全球（总装机容量）|380,000|

由以上数据可知，德国、美国和日本是全球分布式风储系统装机容量排名前三的国家和地区，其余国家和地区装机容量总体相对较低。发达国家和地区的分布式风储系统装机容量较多，但新兴经济体和发展中国家的分布式风储系统装机容量也在不断增加。

二、全球范围内分布式风储市场规模

随着分布式风储系统的普及和市场需求的增长，其市场规模也在不断扩大。分布式风储系统的市场规模主要包括分布式风储设备市场和分布式风储服务市场。以下是全球范围内分布式风储市场规模的数据统计（截至2020年）。

1.分布式风储设备市场

分布式风储设备市场是指生产和销售分布式风储系统和组件的市场。随着分布式风储技术的不断成熟和普及，市场规模也不断扩大。下表为全球分布式风储设备市场的数据统计（截至2020年）。

|类别|市场规模（亿美元）|

|------------|------------------|

|风力发电机|6.93|

|储能设备|8.09|

|其他|3.26|

|合计|18.28|

由以上数据可知，分布式风储设备市场规模较大，约为18.28亿美元。其中，储能设备市场规模最大，约为8.09亿美元。未来，随着风力发电和储能技术的不断发展，分布式风储设备市场的规模还有望进一步扩大和壮大。

2.分布式风储服务市场

分布式风储服务市场是指提供分布式风储系统服务和解决方案的市场，包括调度控制、设备维护和保养、在线监测等服务。随着分布式风储技术的应用和普及，分布式风储服务市场也在逐渐扩大。以下是全球分布式风储服务市场的数据统计（截至2020年）。

|类别|市场规模（亿美元）|

|----------------|------------------|

|系统整合和建设|17.60|

|运营与维护|14.52|

|咨询|1.86|

|其他|1.28|

|合计|35.26|

从以上数据可以看出，分布式风储服务市场规模相对较大，约为35.26亿美元。其中，系统整合和建设市场规模最大，约占总市场规模的50%以上。未来，随着分布式风储系统应用的广泛和越来越多企业的进入，分布式风储服务市场的规模还有望进一步扩大和增长。

三、全球范围内分布式风储技术进展

随着新能源技术不断发展，分布式风储技术也不断得到改善和升级。以下是全球范围内分布式风储技术进展的数据统计（截至2020年）。

1.储能技术

储能技术是分布式风储系统中的核心技术之一，其发展趋势日趋成熟。随着新能源技术的进一步推进，分布式风储系统的储能技术也不断升级。以下是全球主要的储能技术及其占比情况。

|储能技术|占比情况|

|-------------|----------|

|锂离子电池|35.3%|

|钠硫电池|15.3%|

|压缩空气储能|13.1%|

|铅酸电池|10.8%|

|液态流电池|8.7%|

|超级电容器|6.8%|

|其他|10%|

由以上数据可知，锂离子电池是全球分布式风储系统中使用最为广泛的储能技术，占比超过35%。此外，钠硫电池、压缩空气储能和铅酸电池也有较大的市场占有率。

2.转换效率

分布式风储系统的转换效率是其运行效率和成本效益的重要指标。随着分布式风储技术的不断升级和改进，其转换效率也在不断提高。以下是全球分布式风储系统的转换效率统计数据（截至2020年）。

|转换效率|统计数据|

|----------------|------------|

|风力发电机转换效率|>98%|

|储能装置转换效率|85%-95%|

|逆变器转换效率|95%-98.