据能源圈了解到，

本文亮点：考虑了光伏发电的波动性和随机性增加所带来的不确定性，通过计算储能系统的无功损耗并设置功率约束条件，能够快速响应光伏发电的波动性，从而确保电力系统的稳定性。通过设置最优性目标，能够根据实际情况调整高比例光伏接入处的功率可调节范围，从而实现分布式储能容量的自适应协调控制。这使得所提方法在保证光伏高效出力和优化分布式储能配置方面表现出较好的效果。

摘 要 光伏发电具有一定的波动性和不确定性，天气、季节等因素会导致光伏功率的变化，需要储能系统实时跟踪、预测和调整以保持供需平衡，但波动性和不确定性增加了控制的复杂性。为此，提出一种新的分布式储能容量自适应协调控制方法。计算接入高比例光伏电能后储能无功损耗，设置功率约束条件，确保功率的稳定性。基于此，以电压条件最优、接入负荷和净功率最低、高比例光伏接入处的功率可调节范围最优为调控目标，实现高比例光伏接入的分布式储能容量自适应协调控制。实验数据证明，所提方法在控制效果方面具有显著优势，能够实现高效的分布式储能控制，并确保光伏的高效出力。

关键词 高比例光伏接入；分布式储能容量；有功功率；最优潮流控制模型；网损

在电力系统中，分布式储能系统被广泛应用于平衡电网供需、提高电网稳定性和可靠性，以及促进可再生能源的有效利用。然而，当前分布式储能系统的容量可能难以满足复杂电网需求的变化，导致储能容量不足或过剩，从而影响了储能系统的性能和经济性。因此，研究人员提出了分布式储能容量自适应协调控制的概念，旨在通过智能控制和优化算法实现实时调整和协调分布式储能容量，以满足电力系统的需求，并提高电网的稳定性、灵活性和可靠性。这一研究背景推动了对分布式储能容量自适应协调控制方法的深入研究和探索，为构建可持续、智能、高效的电力系统提供了重要的理论和应用基础。

针对光伏接入后储能的控制问题展开研究，文献[1]给出一种光伏与储能联合的电网电压稳定性控制方法。建立有关分布式电能接入和储存容量的电网稳定性模型，根据电网在该模型中的表达特性建立光伏与储能之间的协调性模型，计算在不同的电压波动环境下储能充放电的最小目标函数，以该函数值为约束条件完成自适应控制。该方法在处理电网环境中的不确定性因素时的适应能力较差。由于光伏发电的波动性和随机性增加，对于电网环境中存在的各种不确定性因素，如天气、负荷变化等，该方法的控制效果可能受到较大影响。文献[2]则通过一种群间协调方法来实现控制，采用模块度指标方法对配电网实现集群划分，在分布式储能系统荷电平衡状态下计算储能参数，根据该参数实现分配控制。该方法忽略了配电网的网损和时序动作功率对控制结果的影响。这些因素通常会对能量传输和供应造成一定的影响，导致储能系统的分配和调节控制不够精确和准确。

为此，提出一种高比例光伏接入的分布式储能容量自适应协调控制方法。考虑了光伏发电的波动性和随机性增加所带来的不确定性，通过计算储能系统的无功损耗并设置功率约束条件，能够快速响应光伏发电的波动性，从而确保电力系统的稳定性。通过设置最优性目标，能够根据实际情况调整高比例光伏接入处的功率可调节范围，从而实现分布式储能容量的自适应协调控制。这使得所提方法在保证光伏高效出力和优化分布式储能配置方面表现出较好的效果。

1 接入高比例光伏电能后储能无功损耗计算

无功损耗是指电力系统中由于无功功率的流动而产生的能量损耗。对于储能系统而言，无功损耗是衡量其效率和性能的重要指标。通过准确计算无功损耗，可以了解储能系统在处理无功功率时的能力，进而评估其对电网稳定性的影响。此外，无功损耗的计算还为优化储能系统的控制策略提供了重要依据。

有功损耗是由电流通过电阻导体时产生的热能损耗。根据电路理论，有功损耗可以通过测量流过支路的有功功率、无功功率和电阻值来计算。对于一个含有图片条支路的配电网络来说，其有功损耗图片为：

2 功率约束条件

根据上节分析可知，高比例光伏接入会引入较大的无功功率注入电网中，可能导致电网电压不稳定或电网频率波动。因此，为优化储能容量控制的精度，先以不同类型高比例光伏接入的实际情况为依据，设计功率约束条件。功率约束条件是对分布式储能功率输出的一种限制，旨在确保电网的稳定性和安全性。通过设定合理的功率约束条件，可以避免电网因无功功率的大量注入而出现过电压或欠电压的情况，从而保护电网设备免受损坏。

在设计功率约束条件时，需要考虑不同类型的高比例光伏接入情况。根据光伏接入的规模和容量，可以将光伏接入类型分为小型、中型和大型。针对不同类型的光伏接入，需要设定不同的功率约束条件。表1展示了不同类型高比例光伏接入的并网功率限制要求。

表1 高比例光伏接入并网功率限制要求

若分布式储能电站为中小型电站，针对1 min和10 min时间尺度功率限制的计算公式为：

3 分布式储能容量自适应协调控制

在高比例太阳能接入下，意味着更多的太阳能发电资源可以被利用。通过分布式储能容量的自适应协调控制，可以更好地平衡太阳能发电的波动性和负荷需求之间的差异，确保光伏发电功率的最大化利用。储能系统可以将多余的太阳能存储起来，供晚上或天气不好时使用，减少能源浪费，提高系统的能源利用效率。

为了实现分布式储能系统的有效协调控制，设定了以下调控目标：

（1）电压条件最优：通过调整储能容量，保持电网电压在合理范围内，确保电力系统的稳定性和设备的正常运行。

（2）接入负荷和净功率最低：通过匹配光伏发电的波动性与负荷需求，减少不必要的能源浪费，提高系统整体效率。

（3）功率可调节范围最优：利用储能系统的灵活性，最大限度地利用光伏发电资源，提供灵活的功率调节能力，实现供需平衡和频率稳定。

设计高比例光伏接入的分布式储能结构进行分析如图1所示。

图1 高比例光伏接入的分布式储能结构示意图

（1）电压条件最优控制

根据电压条件函数，通过优化储能容量，控制光伏发电的功率注入，保持电网电压在合理范围内。具体控制方法如公式(8)~式(12)所示。

根据以上内容，绘制分布式储能协调控制流程如图2所示。

图2 分布式储能协调控制流程

为了确保分布式储能系统能够有效地应对不断变化的电网条件和负载需求，提供稳定的电力输出，并最大程度地利用清洁能源(如光伏发电)，通过优化节点电压、负荷和功率数值，以及限制有功、无功功率的可调节范围，可以更好地协调各个环节，保持系统在不同运行状态下的稳定性，防止出现过电压或欠电压等问题。利用电压条件最优、接入负荷和净功率最低、功率可调节范围最优条件，根据系统运行状态和环境变化，实时调整限制有功、无功功率的可调节范围，以确保系统在各种情况下都能够保持稳定运行。

4 性能测试

4.1　测试环境

为验证文中提出高比例光伏接入的分布式储能容量自适应协调控制方法实际应用性能，算例采用220 V的配电网进行分析。实验持续时间为24 h，数据采集频率为每分钟一次，以获取对电力系统性能的全面了解。为保证反馈数据的实时性和精准性，通过一台配电变压器将分布式储能电网电压馈线相互连接，并在不同区域都放置传感器用于采集实时的电力数据便于实验分析与理解。线路中一共包含6组光伏传感接入设备，线路型号为LJ-60，分布式储能配电网的拓扑结构如图3所示。具体的传感器布置如下：在分布式储能配电网中的6个关键位置，放置了传感器设备来采集实时的电力数据。这些传感器分别位于A区域的变电站、B区域的太阳能光伏发电站、C区域的储能系统集中点、D区域的电力负荷中心、E区域的光伏发电接入点和F区域的联络线路处。每个传感器与其相应位置的设备之间的距离大约为50 m，确保数据采集覆盖到了关键位置。相关的电力参数如表2所示。

图3 分布式储能配电网

表2 电路相关详细参数示意

4.2　分布式储能容量自适应协调控制效果

为进一步验证协同控制方法实际应用的有效性，未应用方法对储能控制的不同节点光伏出力和负荷出力结果如图4所示。文献[1]方法、文献[2]方法以及研究方法分别控制下分布式储能SOC的结果如图5~7所示。

图4 未控制前节点光伏和电负荷出力曲线

图5 文献[1]方法应用下的分布式储能SOC

图6 文献[2]方法应用下的分布式储能SOC

图7 所提方法应用下的分布式储能SOC

从图4中可以看出，在早上5：00的到下午17：00阶段，此时光伏出力大，峰值在10~12 kW之间，而用户负荷相对较小，整体保持在2.2 kW左右。这个时段内，储能系统存在过电压现象。而从傍晚17：00到第二天5：00，此时光伏不再出力，数值为0，储能系统出现欠电压现象。针对该现象进行协同控制测试控制结果。

从图5~7中可以看出，所提方法应用下的分布式储能SOC最大值为90%，有效解决了原始电网出现的电压越限问题，在5：00—11：00将多余的光伏能源储存到系统中，分布式电网储能系统容量充能到80%，用于改善过电压问题；在17：00—第二天5：00的过电压期间，通过释放分布式储能容量来弥补欠电压问题；反观文献[1]方法应用下的分布式储能SOC最大值为68%，文献[2]方法应用下的分布式储能SOC最大值为45%，两种方法在补偿区间的控制释放容量不足，没有合理改善欠电压和过电压问题。其中，光伏与储能联合方法的爬坡时间过长，不能实现快速充放电，实际应用性能较差。综合对比发现，所提方法针对电网的所有时间段都能实现高效的分布式储能控制。这主要是因为研究方法通过设定电压条件的最优目标，分布式储能系统可以根据电网的实际情况来调节储能容量。当高比例光伏电能接入时，会引入更多的无功功率注入电网中，可能导致电压超过范围。但通过自适应协调控制，分布式储能系统可以控制自身的无功功率吸收或注入，以维持电压在合理范围内。

以图3中给出的电力拓扑图进行电压稳定测试，电压的稳定性也是验证控制效果的重要指标之一，结果如图8所示。

图8 研究方法应用下电压稳定性效果

从图8中可以看出，在中午和晚上的过电压和欠电压时段，经过所提方法控制后都得到了有效改善，在12：00左右只存在较小的过电压，整体分布式储能容量协调控制应用效果较好，针对因光伏和用户负荷出现的电力问题都能通过协调控制来实现高效改善。这是因为在中午，光照强度较高，光伏发电容量大，可能会引起电网的过电压问题。根据所提方法，分布式储能系统会根据实时情况计算出储能无功损耗，设定功率约束条件，将多余的光伏电能储存起来，降低注入电网的光伏功率，从而有效减缓电压上升的速度，避免过电压的发生。在晚上情况下，光伏发电会减少，可能导致电网出现欠电压问题。根据所提方法，分布式储能系统会根据实时计算的储能无功损耗，通过释放储能来补充电网的无功需求，提供额外的无功功率支持，以提高电网电压并避免欠电压问题的发生。

5 结 论

由于高比例光伏接入的分布式储能电网受接入电能、功率波动以及其他环境因素的影响，具有很大的波动性。为提高自适应协调控制的实用性，分析可能发生功率损耗并给出控制约束条件，功率损耗分析作为协调控制的首要步骤，其为后续控制提供了参照条件，得到储能容量与功率损耗之间的变化关系。而约束条件作为协调控制的必要步骤，控制方法需以条件函数为基础，保证协调结果符合实际情况提高精准度。最终的控制方法以求得了不同储能功率、状态下内部参数的关联变化，计算得到每一次光伏接入的最佳条件，并求得决定参数，通过调节决定参数来实现有效自适应协调控制。控制结果准确，方法效率高、鲁棒性强。