配电网中分布式储能系统的容量配置与经济运行优化

引言

随着全球能源转型进程加快，分布式新能源在配电网中的占比持续提升。然而，新能源出力受自然条件影响呈现出显著的波动性和间歇性，给配电网的电压稳定、功率平衡等带来挑战。分布式储能系统通过灵活的充放电调节，能够有效平抑新能源波动、改善电能质量、提高能源利用效率，成为配电网升级改造的重要支撑。

一、分布式储能系统容量配置的影响因素与原则

1.1 容量配置的关键影响因素

分布式储能系统的容量配置需综合考量配电网的复杂特性，主要影响因素包括：

新能源功率特性：不同类型的新能源，其功率特性的差异也很大，例如太阳能光伏发电由日照因素引起的功率特性呈全天时间分割，夜间断输出，而风电因风速变化引起的功率特性则显得更加随机，这些直接决定了储能系统所应具备的功率调控范围和响应速率；负荷特性：配网负荷分布和负荷特性差异决定了储能系统功率需求，峰值与谷值差异越明显的配网区域，所需要的储能功率就越大；负荷中冲击负荷越严重的配网工业厂区，要求储能系统在短时内迅速提高或降低功率；配网线路限制：配网线路载荷容量、电压调节空间等限制了储能系统的接入功率和功率限制。储能系统的充电与放电功率要与配网线路承载负荷匹配，避免过载，还需要与电网的电压调节空间相互配合，不能高于或者降低设定的电压值。

1.2 容量配置的基本原则

安全性原则：确保储能系统接入后不影响配电网的安全稳定运行，满足短路电流控制、继电保护配合等要求，避免因储能接入导致电网故障风险增加。经济性原则：在满足调节需求的基础上，通过优化容量降低全生命周期成本，包括初始投资、运维费用及更换成本等，保障项目具有合理的投资回报水平。适应性原则：容量配置应具备一定灵活性，以适应未来新能源渗透率提升、负荷增长等变化，可采用模块化设计支持容量的分期扩展。协同性原则：储能系统需与配电网中的其他设备协同工作，如新能源逆变器、无功补偿装置等，容量配置需考虑系统整体调节能力，避免功能冗余或能力不足。

二、分布式储能系统容量配置的优化方法

2.1 基于多目标优化的容量配置模型

建立多目标优化模型，兼顾技术经济目标，合理容量配置。以“最小化全生命周期成本”和“最大化的新能源消纳能力”为目标函数，采用优化算法求取容量的最优值。目标函数：全生命周期成本包含设备投资成本、维护成本、替换成本和充放电成本等，通过合理的容量在总的生命周期的成本中尽量减少；新能源消纳能力以新能源实际发电量利用率为衡量指标，通过储能容量的优化，提高新能源的消纳能力。约束条件：主要包含功率平衡约束，储能充电 / 放电功率与新能源出力、负荷需求实时相等；储能自身约束，如保证荷电状态在安全区间，避免储能过充过放以保障储能使用寿命；电网约束，如电压电流在规定范围内；储能寿命约束，如考虑充放电次数对寿命的影响。

2.2 基于场景分析的容量优化方法

建立新能源发电及负荷随机变化的典型运行场景，考虑新能源出力和负荷随机变化，通过场景分析方法生成典型场景，针对性地进行容量优化。典型场景的生成：依据历史运行数据，基于聚类算法将一年内典型运行状况生成若干典型运行场景，如不同天气模式、不同节假日类型、不同工作日等，并且每种典型场景都存在相对应的新能源出力及负荷曲线。典型场景优化：对所有典型场景通过采用多目标优化模型，在某个典型运行场景中求得最优容量；然后考虑所有典型场景发生的概率，加权求平均求取综合最优容量，以覆盖更多运行场景。

2.3 案例应用思路

以上为例，以农村配电网为例，就接入一定的容量的光伏发电以及风力发电机，配电网的负荷呈现季节性、时段性，通过多目标优化模型对容量进行配置，应结合当地新能源的出力情况、配电网负荷曲线和电力系统运行约束条件，来配置既能保证新能源消纳情况平稳，同时保证负荷调节，又能满足成本较低的容量配置最优方案，同经验法的配置结果进行对比分析，从而证明所采取的优化模型对于新能源配置容量的提高新能源利用率和降低利用成本的有效性。

三、分布式储能系统经济运行优化策略

3.1 基于分时电价的峰谷套利策略

储能系统配置在配电网，采用分时电价。储能系统在电价低谷期充电蓄能，在电价高峰期放电，用峰谷电价差套取差价利润。此方法结合电价划分的时段以及负荷变化，设计充电及放电计划，从而使得在满足电网调峰的前提下，储能系统的套利收益最大化，并考虑储能充放电效率等对套利收益的影响，合理设计储能系统的充放电功率及充放电时长。

3.2 结合需求响应的协同运行策略

参与配电网需求响应项目，通过调整储能运行计划响应电网调度指令，获取辅助服务收益。在电网负荷高峰时段，储能系统增加放电功率，减少配电网从主网的购电量，获得需求侧响应补贴；在电网电压偏低时，通过短时放电帮助调节电压，获取电压调节收益。通过建立 “峰谷套利 + 需求响应” 联合收益模型，动态调整充放电计划，实现多重收益叠加，提升运行经济性。

3.3 辅助服务与新能源消纳协同策略

新能源平滑出力（波动）：由于新能源出力的波动过大造成的限电损失降低，获得调峰收益。在新能源出力波动超出阈值时，通过储能对新能源进行快速的平滑、对冲出力波动，保持新能源出力的平稳，增加新能源上网电量，新能源业主对其产生费用进行补偿，并且储能可以在电价高期间将平滑过后的新能源电量上网，获得更高收益。本策略提高新能源消纳水平，增加储能收益。

3.4 运行优化效果分析思路

针对需求响应策略方案评估的问题，考虑到多策略组合运用于峰谷套利及多元策略之间组合的运用于峰谷套利，其各自的收益贡献占比、收益差率的分析，多策略组合运用于系统运行效率的提升、多策略运行方式对储能充放电的管理，对配电网整体电压合格率的影响。评估方式有 5 种：储能运行效率、储能运行寿命周期评估，包括不同储能充放电组合的评价，不同储能容量和电池类型充放电深度、充放电时长影响评估。

结论

分布式储能系统的容量配置需综合考虑新能源出力、负荷特性、电网约束及经济性，多目标优化结合场景分析的方法可实现科学合理的容量确定。经济运行优化通过峰谷套利、需求响应、辅助服务等策略的协同，能显著提升项目收益。未来，随着电力市场改革与储能技术进步，分布式储能系统的容量配置与运行优化将向更智能、协同的方向发展。结合虚拟电厂技术实现多储能单元聚合优化，引入人工智能算法实现运行策略动态调整，探索参与碳交易等新型收益模式，将进一步拓展储能的应用价值，推动配电网向更高效、经济、可靠的方向发展。

参考文献

[1] 罗仁伟 , 刘海旺 , 曾鑫 , 等 . 农村配电网中分布式储能系统与风电协 调 运 行 仿 真 [J]. 能 源 与 节 能 ,2025,(08):9-11.DOI:10.16643/j.cnki.14-1360/td.2025.08.005.

[2] 赵晨旭 , 王安 , 秦晓栋 , 等 . 含分布式光伏混合配电网的储能优化方 法 研 究 [J]. 自 动 化 仪 表 ,2025,46(08):85-89.DOI:10.16086/j.cnki.issn1000-0380.2023080010.