锂离子储能电站运行更安全更高效

当前，我国锂离子储能电站呈现规模化、集群化的发展趋势。为实现规模化锂离子储能电站安全高效利用，湖南电科院提出了锂离子储能电站安全预警方法，研发了储能集群调度控制系统，实现——锂离子储能电站运行更安全更高效。

7月16日，湖南电网负荷创新高。全省锂离子储能电站在储能集群调度控制系统的统一调度下，充分发挥调节能力，助力电网平稳度过用电高峰。

湖南电网作为全国峰谷差最大的省级电网之一，对于调节资源的需求较大。锂离子储能具有能量密度高、成本较低等优势，目前在新型储能技术中占主导地位。湖南省锂离子储能电站装机容量在全国位居前列。为及时掌控锂离子储能电站的状态、高效调度储能电站集群、充分发挥储能电站的调节作用，国网湖南省电力有限公司电力科学研究院储能调度控制研究团队开展攻关，在安全预警、就地控制、集群调度3个方面实现突破，提升了锂离子储能电站安全运行水平和利用率。

基于特征数据信息熵的安全预警技术处于国际领先水平

虽然人们会监测锂离子电池的运行数据，但相关监测数据不直接体现电池的老化状态，导致电池及锂离子储能电站整体运行状态难以被准确评价。

随着锂离子电池逐渐老化，电池内部会出现活性锂损失及析锂现象，造成电池内特性参数的改变。根据这一特性，研究团队提出了实时数据片段最优拟合与带遗忘因子随机梯度双层框架算法，通过就地处理原始监测数据，辨识电池内特性参数数据。

电池内特性参数数据有了，如何在此基础上评价锂离子储能电站的运行状态？研究团队根据热力学能量不确定性分布程度，提出了基于特征数据信息熵的锂离子储能电站健康状态实时评价方法，构建多数据、多片段的储能电站熵模型，以内/外特性数据的变化来分析电池老化特性，开发了融合电池安全预警方法的管理终端，实现锂离子电池健康状态评价准确性超90%，提升了储能电站安全运行水平。

不同的应用场景有不同的控制策略

长期以来，行业内人士对于锂离子储能电站参与多场景应用的安全性存在担忧。“早期，锂离子储能电站主要参与电网调峰，大部分情况下以相对固定的时段、功率充放电。传统的储能电站控制技术主要根据电池容量进行调用，对于电池的实时状态考虑不充分。”研究团队主要成员吴晋波介绍，“当储能电站不再以固定时段、固定功率充放电，而是根据电网的需求参与调频或调压时，相关人员沿用传统控制技术可能会造成站内各储能单元协调控制不当的情况，使得部分电池频繁充放电或大倍率充放电，导致电池加速老化，可能产生安全隐患。”

2018年，湖南电网第一座锂离子储能电站并网。从那时起，研究团队就开始关注锂离子储能电站参与电网调峰、调频、调压的安全风险，并通过并网测试等方式收集了大量数据。在此基础上，他们攻关锂离子储能电站多场景安全控制技术，提出新的控制策略，并依托国网湖南电力“源网荷储”一体化真型实证平台模拟多种调节场景，开展控制策略验证。

通过长期探索和反复测试，研究团队提出了锂离子储能电站多场景安全控制方法，结合安全预警方面的研究成果，将内特性数据作为控制依据，针对调峰、调频、调压等不同场景，提出了相应的控制策略，并研发了含协调控制器、变流器的锂离子储能电站协调控制系统，减少了电池频繁快速充放电切换，实现了储能电站安全可靠的大倍率充放电。该系统已在湖南33座锂离子储能电站应用。根据现场测试结果和长期运行数据，这些储能电站的电池使用寿命延长了19.8%。

分时复用和多能互补提升锂离子储能电站利用率

如何在保证安全的前提下最大限度发挥锂离子储能电站的调节能力？这是研究团队要解决的另一项问题。

“在湖南，从单座储能电站调度控制层面看，传统的调度控制策略仅支持其参与单一应用场景调度。储能电站平均每天利用小时数不超过2小时，利用率较低。”吴晋波说。对此，研究团队提出了适应分时复用的储能电站调度控制方法，根据电网需求和储能电站的电量情况，动态分配储能电站用于不同场景的功率和电量，在确保储能电站运行安全的前提下，实现同一储能电站参与电网调峰、调频、调压的分时复用，大幅提升了储能电站的利用率。

而在锂离子储能电站集群调度控制层面，由于储能电站容量有限，研究团队提出了多能互补的广域协同调度控制方法：储能电站在安全域内优先响应电网快速功率支撑需求，水电、火电等其他资源随后响应，置换储能电站的响应功率，并补偿储能电站荷电能量，为储能电站下一次提供快速功率支撑作准备。这一方法既保证了有限的储能资源可以持续为电网提供快速的功率支撑，又减少了水电、火电等其他资源的频繁快速调节。

研究团队联合国电南瑞科技股份有限公司共同研发了储能集群调度控制系统。2021年10月，该系统完成初步部署，此后实现了湖南省所有锂离子储能电站的统一调度。

2023年、2024年迎峰度夏和迎峰度冬期间，湖南省锂离子储能电站集群在储能集群调度控制系统的统一调度下参与电网峰谷差调节，使净负荷峰谷差率最大减少15.3个百分点、平均减少4个百分点。该系统还通过协调优化锂离子储能电站集群充电时间段，促进了新能源电量的消纳。2024年与2020年相比，湖南省锂离子储能电站日均利用小时数增加89.2%。