配电网分布式光伏-退役锂电池储能的协同规划与运行控制研究

Every year, ten thousand tons of second life batteries (SL BESS) with 70%-80% remaining capacities and life cycles retired from electrical vehicles. In order to reduce investment cost and eliminate environmental impact, the SL BESS are utilized for grid support applications of distributed PV-ESS. SL BESS are considered to be the main stream of future energy society. Currently, the research on SL BESS is still in its early stage. There is a lack of theoretical work which considering the consistency issues and the coordination of PV and SLBESS. Therefore, this project will conduct systematic research on the collaboration planning and operation of distributed PV and Li-ion SL BESS. The key problems that will be studied include: 1)Analyze the capacity fading mechanism of Li-ion SL BESS and estimate the capacity to be used of Li-ion SL BESS in each year, then establish the collaborative planning model of distributed PV and SL BESS combined with cloud energy storage. 2) Propose multi-timescale coordination of distributed PV and Li-ion SL BESS for voltage regulation purpose. Optimize charging/discharging cycles of Li-ion SL BESS and ensure the effective utilization of PV inverters. 3) Analyze the reduced power loss based on the coordination of PV and Li-ion SL BESS; propose sharing rules and cooperative game models for multiple prosumers for their contribution for adjusting voltage to reduce power loss. This project aims to provide feasible planning, operation solutions and policy recommendations for PV and Li-ion SL BESS systems.

我国每年有数万吨新能源汽车动力电池退役(仍有70%-80%剩余容量和使用寿命)。将退役电池梯次利用于配电网，构筑“分布式光伏-储能”模式，可降低储能成本，缓解退役电池回收处理的压力，是未来能源产业发展的重点领域。目前，针对退役电池的研究刚起步，缺乏考虑退役电池不一致性、反映退役电池与光伏协调影响的理论技术。为此，项目拟针对配电网分布式光伏和退役锂电池储能协同规划与运行控制开展系统研究：1)探索退役锂电池剩余容量衰减机理，模拟退役锂电池梯次利用容量，建立结合云储能技术的分布式光伏-退役锂电池协同规划模型；2)提出多时间尺度分布式光伏-退役锂电池协调运行控制模型，基于模型预测控制优化锂电池充放电策略，实现光伏逆变器无功的合理分配；3)定量分析光伏、锂电池协调运行降低的网损，提出多主体调压降损收益分配机制和合作运营模型。研究成果有望为分布式光伏-退役锂电池的发展提供规划模型、运行方案和政策建议。

随着电动汽车的普及，未来五年将有大约3亿kWh车载动力电池因达到使用年限而被淘汰(仍有70-80%剩余容量)。如不能妥善处理，将会造成严重的资源浪费以及环境污染。工信部2020年10月发布的《新能源汽车动力蓄电池梯次利用管理办法》等政策已将退役动力电池规模化梯次利用纳入国家战略。围绕退役电池梯次利用主题，本课题开展配电网分布式光伏和退役锂电池储能协同规划与运行控制研究研究。取得的主要研究成果包括：1)分析退役电池容量多阶段衰退机理，对退役锂电池剩余容量衰减机理精细化建模，建立结合云储能技术的分布式光伏-退役锂电池协同规划优化模型；2)考虑电动汽车在电池更换点的换电需求不确定性，构建基于退役电池储能系统的集中充电站两阶段滚动运行优化方法，并采用NSGA-II算法进行求解；3)分析退役电池不一致特性并利用Weibull拟合计算退役电池模块失效率，考虑退役电池故障带来的运行风险，建立了考虑条件风险价值的两阶段优化调度模型，探究不同风险偏好系数对运行成本的影响；4）将退役电池利用于智能社区，以社区用户用能成本最小、退役电池衰退成本最少、用户用电习惯影响最小，以及负荷峰均比最小为目标，提出微网超多目标能量管理策略。研究成果有望提供适合退役电池梯次利用技术应用推广的调度方式和规划方案，为主动配电网下光伏-储能模式的推广发展提供最优规划和运行方案以及相关政策决策支持。