基金项目：中国南方电网有限责任公司科技项目（GDKJXM 20172886）
宋安琪
李
新
（广东电网有限责任公司佛山供电局，广东佛山528000）
摘
要：分布式储能的应用正日益改变着电力供需体系，从全球来看，分布式储能如何参与电力市场交易还处于摸索阶段。现梳理
了美国CAISO 为促进分布式储能市场化交易而设定的政策及市场规则，通过分析其参与市场的障碍，总结出了我国分布式储能参与电力市场可以借鉴的经验。
关键词：分布式储能；美国；电力市场；聚合
0引言
截至2018年底，全球分布式电化学储能投运规模达到
5.4GWh ，占全球电化学储能投运总规模的50.6%，是各个应用领域中累计装机规模最大、应用场景最丰富的领域。从区域上来看，分布式储能在美国、欧洲、澳大利亚、日本等国家和地区的应用较为活跃，这些国家具有较高的终端用户电价、合理的峰谷电价差等比较有利于储能应用的电价制度。根据中关村储能产业技术联盟全球储能数据库的不完全统计，截至2019年11月，美国已投运的电化学储能项目总规模达1.26GW 。从区域上看，PJM 、CAISO 、ERCOT 、MISO 、ISO -NE 合计占到美国储能总规模的90%以上。CAISO （California Independent System Operator ，Inc ）是加州电力市场的运营主体和加州电网的调度中心，是美国储能能量规模最大的地区，占到已投运项目44%的能量规模和18%的功率规模。加州储能以提供能量服务为主，应用领域比PJM 更为多样。本文将详细介绍CAISO 区域为促进分布式储能的应用而设定的政策及市场规则关键点。
1储能资源模型与准入标准
为了方便储能装置参与电力市场交易，CAISO 先后定义
了3种资源模型：代理需求响应资源（PDR ）、分布式能源（DER ）以及非发电资源（NGR ），这3种不同的资源模型有着不同的性能要求，如表1所示，也代表了参与电力市场交易的不同身份。
代理需求响应资源（PDR ）：电力市场的参与者根据价格信号减负荷，并参与能量市场以及辅助服务市场的竞标，同类中的还包括RDR 模型以及CAISO 为储能装置能更容易在市场中获利而重新定义的PDR -LSR 模型。
分布式能源（DER ）：CAISO 允许不同的分布式能源包含储能装置以“聚合”（aggregation ）的形式加入到电力市场交易中。
非发电资源模型（NGR ）：为了储能可以更广泛参与电力市场，尤其是调频市场，发挥储能装置在灵活性发面的优势，CAISO 定义了NGR 模型，并制定了专门的调频能量管理方案（REM ）。NGR 中分为3种细分模型，即LESR 、一般性NGR 、DDR 。储能可以根据情况用以上3种不同身份中的一种参与到电力市场交易中，并依据身份的不同要求，提供不同的服务形式
（容量、能量以及各种不同类型的辅助服务）。需要注意的是，同一个储能单元，既可以选择PDR 形式，也可以选择NGR 形式参与到电力市场交易中，但如果选择PDR ，将不能参与REM 方案，而在REM 方案中，储能单元可以获得更大的收益。
以一套20MW /5MWh 的储能系统为例，在PDR 形式中，辅助服务市场要求储能单元必须具备持续放电1h 的能力。为满足此需求，储能系统只能选择申报5MW 容量以保证被调用时具备持续放电1h 的能力，中标后容量费按照5MW 进行结算，能量费按照绿柱状图进行结算，如图1所示。
而在NGR 形式中，选择参加REM 方案，储能单元可持续放电的时间要求从60min 缩短到15min ，即可以申报20MW ，能量费如黄柱状图。从图1可知，两种形式能量费相同，但在REM 方案中，储能可获得更多的容量费，这将更有利于储能发挥其灵活性高的优势，也可以实现实时充放电管理。
加州辅助服务市场购买的辅助服务是一种容量储备，任何资源只要在辅助服务市场被选中，不管实际上在实时市场/实时调度是否被利用到，被选中的容量都会按该产品的市场价得到支付。如果被利用到，被调度到的能量还按实时市场的能量价格再次得到结算。因此，辅助服务资源可获得容量费和调用的能量费，从收益构成上来看，容量费较能量费占更大比例。
2分布式能源资源聚合（DER Aggregation ）
由于分布式储能具有规模小、分布散的特点，多点聚合成
为分布式储能发展的趋势之一。DER 形式可以聚合包括任意形式的分布式资源，如发电、储能和/或需求侧资源，成为研究热点。2.1
参与批发市场的机制
针对分布式能源资源聚合，对其可以聚合的单个资源的数量没有限制，可以包括一种或多种资源类型。一个聚合中的资源可以跨多个定价节点，但必须在单个子负荷聚合点内，即在CAISO 明确的一条输电阻
塞的同一侧，其他要求如表1所示。
分布式能源聚合的所有者或运营商被称为分布式资源供应商（DERP ），可以参与CAISO 的能量和辅助服务市场。要成为市场参与者，DERP 必须：（1）与CAISO 签署协议，表明其接受并将遵守协议；（2）向CAISO 提供一份组成其一个聚合或多个聚合的分布式资源的清单；（3）通知分布式资源所在的服务区域的公用事业配电公司或计量子系统；（4）获取公用事业配电公司或计量子系统的同意信；（5）完成CAISO 的新资源开展流程，包括10天的试运行期。
与其他市场参与者一样，DERP 只能通过调度协调员在批发能量市场和辅助服务市场进行竞标。关键的例外是，当
陈信维
Yanjiu
（下转第169页）
图1
储能系统参与REM 与不参与REM 的应用对比
表1
PDR 、DER 、NGR 参与电力市场交易的性能要求对比
参与市场的资源模型
代理需求响应资源（PDR ）
分布式能源（DER ）
非发电资源（NGR ）
关于资源模型的描述
PDR ：根据价格信号自主降低负荷，并在电力批发和辅助服务市场参与竞标；PDR -LSR ：代理需求响应-符合转移
模型，这是基于PDR 新定义的一种模
型，允许在电价为负时消费电能以赚
取利润，将在2019年下半年实施；
RDR ：稳定性需求响应，与PDR 类似，RDR 也根据价格信号自主减负荷，但只能在电力系统的紧急情况下响应
DER ：多个分布式能源以聚
合的形式作为一个单独的
“虚拟”单元参与电力市场
交易
NGR ：输出容量范围可以从负到正进
行连续不间断调节的模型；
LESR ：作为NGR 中的细分模型，在最高和最低充放电功率之间可连续调节，并受剩余容量（SOC ）的限制，电池、飞轮储能、抽水蓄能都属于LESR 模型；一般性NGR （Generic NGR ）：在最高和最低充放电功率之间可连续调节，但没有剩余容量（SOC ）的限制；
DDR ：可直接调度的需求响应资源，只能充电，不能放电可参与的市场
日前和实时能量市场；
日前和实时旋转/非旋转备用市场
日前和实时能量市场；
日前和实时旋转/非旋转备用市场
LSER 和DDR ：日前和实时能量市场；
日前和实时旋转备用/非旋转备用市
场以及上调频
（Regulation up ）和下调频（regulation down ）一般性NGR ：
日前和实时上调频和下调频
容量聚合要求
能量市场：要求具有最低100kW 的容
量，并能够在竞标时段内一直持续输出
辅助服务市场：要求具有最低500kW
容量，在日前能量市场能够持续输出
60min ，在实时能量和旋转备用/非
旋转备用市场能够持续输出30min ；
小于最低容量要求的负载可以用聚合
的形式来达到容量要求，参加聚合的
容量可以不从属于一个运营商最低聚合容量不小于0.5MW ；
在为网络中多个节点提供
旋转备用时，最低聚合容量
不小于20MW ；
对于参加聚合的每个单独
分布式资源，其容量不超过
1MW ，且分布在同一个负
荷聚合点
最低容量要求为500kW ；
参加REM 方案：持续15min 的能量输出；
不参加REM 方案：持续60min 的能量输出
计量与遥测要求
能量市场：
1.10MW 以下无需遥测；
2.每4s 提供状态信息；
3.每5min 更新状态辅助服务市场（旋转和非旋转备用）：1.无论任何容量都需要遥测；
2.每4s 提供状态信息；
3.每1min 更新状态
能量市场：
10MW 以下无需遥测
辅助服务市场（旋转和非旋
转备用）：
1.无论任何容量都需要遥测；
2.每4s 提供状态信息
能量市场：
1.10MW 以下无需遥测；
2.每4s 提供状态信息；
3.每5min 更新状态
辅助服务市场（旋转和非旋转备用，
调频）：
1.无论任何容量
都需要遥测；
2.每4
s 提供状态信息；
3.每4s 更新状态
DERP 的聚合资源跨越多个定价节点时，调度协调员提交的投标必须包含发电分布因子（generation distribution factors ），其反映了聚合资源中每个节点的资源份额。在响应代表DERP 的投标时，CAISO 将把聚合资源视为单个资源，而不考虑单个DERs 的位置。CAISO 针对聚合层面发布调度指令，然后由DERP 将这些指令分解到DERs 。DERs 必须在定价节点级别提供一个与CAISO 的调度指令和投标中的发电分布因子（如果
有的话）一致的净响应。2.2
DERP 参与批发市场的障碍按照DER 理论，如果规则和商业模式允许，那么DER 可以提供CAISO 能源和辅助服务市场中的多种有价服务。但目前DER 的参与比较有限，预计在短、中期内这种情况仍将如此，主要是因为DER 面临着来自政策监管、经济效益、技术等方面的障碍。
政策监管方面，主要来自CAISO 试图将分布式资源聚合与传统的发电设施放在同一基础上对待。最大的监管障碍是24/7结算制度，该制度要求7天24小时结算，电池所有者必须支付通过表计充电时的零售电价，另外还需为这部分充电支付批发市场的LMP 价格，从而导致计量表后的电池支付两次充电费用。此
外，对跨越在零售/批发界限的DERs 进行支付导致了不同主体之间的协调问题，包括CAISO 与公用事业配电公司。
经济效益方面，主要是DER 净收入低，预测设备、监控设备等设备的大量投入又提高了成本。另外，加州的零售侧的净计量计划或CAISO 的PDR 、RDR 模型，由于其收益较高，均对DER 构成竞争。很多分布式储能项目可能选择参与前者，而不是通过
DER 模式去聚合参与批发市场。
技术障碍方面，每个DER 都要配备表计或相关设备，而提供辅助服务时，必须安装能够每隔1min 传送数据的遥测系统。此外，还要解决电网末端双向流动带来的电力供需平衡问题。
3DER 参与市场交易机制的经验总结
由于每个电力市场的特定规则和环境是不同的，CAISO
迄今为止在DER 项目上的经验对其他地方的适应程度不同，以下经验可作为其他区域的借鉴。
（1）应该全面审查法律监管层面的需求。监管机构应将设
计DERs 通过聚合参与批发市场的过程视为一个机会，可以重新审视现有设计和实施要求的逻辑的机会。（2）必须仔细考虑与现有需求响应程序的交互性。DER programs 的结构应该尽可能与现有的需求响应程序互补，而不是竞争。（3）管辖权问题将持续存在，只有通过监管机构之间持续的合作才能有效管理。由于DERs 跨越了零售/配电和批发/大宗采购的传统边界，因此它们无论更多地参与哪一类，都将继续挑战实际操作环境与法律环境。（4）谨慎处理与公共事业
（上接第167页）
所有的配电公司的合作。（5）提炼出可以通过研究和试点项目需要解决的问题。
4结语
从国际储能市场来看，分布式储能的崛起与发展离不开
政策的鼓励与机制的支持，在政策激励带来的快速发展之际，部分国家开始从简化分布式储能参与电力市场的流程，降低市场准入门槛，允许分布式储能参与更多市场等方面推进电力市场规则的修改，一方面挖掘分布式储能在维持电力系统稳定性、安全性以及帮助接入更多可再生能源等方面的潜力与价值，另一方面为分布式储能所有者提供更多收益来源，促进分布式储能的蓬勃发展。
［参考文献］
[1]李岱昕.从CAISO 和PJM 区域电力市场，看储能的能量型和功
率型应用状况[J].电器工业，2018（7）：41.
[2]陈中飞，荆朝霞，陈达鹏，等.美国调频辅助服务市场的定价
机制分析[J].电力系统自动化，2018，42（12）：1-10.[3]周树鹏，尤培培.美国加州用户侧储能激励政策及对我国的
启示[J].科技风，2019（10）：240.
[4]陈大宇，张粒子，王澍，等.储能在美国调频市场中的发展及
启示[J].电力系统自动化，2013，37（1）：9-13.
收稿日期：2019-11-21
作者简介：宋安琪（1988—），女，河南永城人，工学硕士，工程师，从事综合能源服务技术研究工作。
图3
电动汽车电池均衡技术国内历年专利申请量分布
发展阶段时，国内申请量为0，在此阶段中国在此领域发展落后于其他国家。
在第二阶段，电动汽车电池均衡技术国内申请量在2007年以后逐步上升，在2011年达到顶峰，这一方面是由于国内电动汽车电池均衡技术的发展，另一方面是国外相关领域的专利巨头开始重视中国市场，加大了在国内的专利申请力度。2016年国内专利申请量出现反弹，而世界范围内的申请量出现下降，主要原因是在于国内电动汽车电池均衡技术的发展以及申请量的上升，而DWPI 数据库的数据不完整也占据一定因素。
3电动汽车电池均衡技术发展方向
目前电动汽车电池均衡技术的专利主要集中在电池均衡
电路拓扑结构方面。而电动汽车电池均衡技术的研究主要集中在两个方面：均衡策略研究与均衡电路拓扑结构研究。均衡策略研究着眼于寻合适的均衡变量，针对该均衡变量结合一定的统计学方法建立不一致性评价指标，并根据某种均衡电路寻合适的均衡路径，确立最佳均衡闭值等。均衡电路拓扑结构则着重于研究实现均衡的最佳电路结构，在保证均衡效率的情况下尽量简化结构，降低成本。电动汽车电池均衡技术研究方向申请分布如图5所示。
4结语
本文结合电动汽车发展历史，对电动汽车电池均衡技术
领域的相关专利进行了分析，同时对电动汽车电池均衡技术的发展路线做了整理及展望。在电动汽车电池均衡技术领域，目前的专利申请主要集中在电路拓扑结构的研究和申请，而对于均衡策略方向的研究较为单一，还有一定的发展空间。
［参考文献］
[1]赵卫波.电动汽车锂动力电池均衡充电的研究[D].郑州：郑
州大学，2012.
[2]陈志.电动汽车电池均衡技术的研究[D].南京：南京航空航
天大学，2014.
收稿日期：2019-11-18
作者简介：于盈盈（1987—），女，河北保定人，硕士研究生，审查员，研究方向：供配电、电池充电。
图4
世界历年申请量与国内历年申请量
对比
图5
电动汽车电池均衡技术研究方向申请分
布
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