本文发表于《renewable and sustainable energy reviews》期刊第182卷（2023年），由丹麦技术大学（Technical University of Denmark）风能与能源系统系电力与能源系统部门的Chunyang Zhao、Peter Bach Andersen、Chresten Træholt和Seyedmostafa Hashemi共同撰写。文章题为《Grid-connected battery energy storage system: a review on application and integration》（并网电池储能系统：应用与集成综述）。本文是一篇系统性的综述论文，旨在全面梳理和评述近年来电池储能系统（Battery Energy Storage System， BESS）在电力系统中的应用与集成方面的研究进展、现状与未来挑战。

文章的核心论点是，尽管电池储能技术的基础研究和项目应用都在快速发展，但对BESS在电网服务中的具体使用模式（或称“工况特性”）缺乏深刻洞察和统一描述，这限制了人们对电池实际使用方式的理解，进而影响了技术经济性评估的准确性和电池研究的针对性。因此，本文不仅回顾了BESS的各种电网服务（即“用例”），更着重提出了一种全新的、量化的BESS应用工况特性分析框架，用以桥接系统级的应用研究与电池单体级的性能退化研究。

主要观点一：BESS电网应用研究趋势显著，但存在应用与基础研究之间的鸿沟。 文章通过对IEEE Xplore数据库截至2022年底的文献调研，展示了BESS电网服务研究在过去十年呈显著增长趋势。其中，功率支持、频率调节和电压支持是BESS提供的主要服务。同时，BESS与可再生能源（尤其是风电和光伏）的集成研究日益普遍。然而，作者指出，当前大量研究集中在BESS的先进控制、优化算法以及电池单体测试上，而对这些系统级应用的实际“工况特性”却描述不清。传统的BESS分类方法（如按规模、响应时间、放电时长等硬件规格）不足以描述电池充电/放电的频率、每次循环的能量/功率使用情况、以及活跃使用与待机时间的安排等关键使用特征。这种描述上的模糊性阻碍了对电池相关应用进行可靠的可行性分析，也使得从实际应用中提取的电池使用数据难以有效地反哺和指导基础的电池退化机理研究。

主要观点二：提出用于长期电池使用模式描述的量化新参数——“使用频率”、“使用强度”和“使用倍率”。 为了弥补上述鸿沟，本文的核心贡献之一是提出了三个量化参数，用于系统性地描述BESS在长期运行中的工况特性，超越了仅描述瞬时状态（如荷电状态SOC）或硬件规格的传统方法。 1. 使用频率：定义为电池活跃使用时间（充电或放电）占总应用提供时间的比例。它回答了电池在提供某项服务时“有多频繁”被使用。 2. 使用强度：定义为在活跃使用时间内，通过雨流计数法等标准方法计算得到的循环次数。它表征了电池在使用期间“经历了多少次充放循环”。 3. 使用倍率：定义为在活跃充电时间内，电池充电倍率绝对值的积分与活跃充电时长的比值。它描述了电池在使用期间“以多大的电流/功率进行充电”。

这些参数共同构成了一个定量分析BESS应用“工况循环”的框架。作者通过示意图展示了不同参数变化对电池SOC时间序列曲线的影响，直观地说明了这些参数如何捕捉应用的本质特征。例如，一个高使用频率、低使用强度的应用（如某些频率调节服务）与一个低使用频率、高使用强度的应用（如能量套利），其电池的磨损模式将截然不同。

主要观点三：将BESS应用、使用模式与电池退化效应相连接，为应用导向的电池研究铺平道路。 文章进一步将提出的工况特性框架与电池退化研究联系起来。作者借鉴了现有的电池退化原因-机制-模式-效应分析框架，指出不同的BESS应用（通过其使用频率、强度、倍率等特征）会引发不同的电池退化路径。例如，频率控制服务通常表现为高使用频率、低使用强度和低使用倍率，这可能导致与日历老化或浅循环相关的退化机制占主导；而能量套利服务可能表现为低使用频率、高使用强度，这与深度循环老化关联更紧密；黑启动服务则因长期处于高SOC待机状态，主要面临日历老化和高电压应力。 通过这种方式，文章将系统级的BESS服务类别（如频率控制、功率与容量支持、能量支持与市场、可再生集成、用户侧应用）映射到了电池单体级的退化研究范畴中。这为未来的研究提供了一个清晰的路线图：即通过分析特定电网服务的工况特性，可以更有针对性地设计电池测试方案、开发更精确的寿命预测模型，并最终优化BESS的运行策略以延长其使用寿命。

主要观点四：系统回顾BESS电网应用，并以频率调节服务为重点进行深度剖析。 文章对BESS在电力系统中的各类应用进行了系统性回顾，包括频率控制、电压支持、功率与容量支持（如削峰填谷、负荷调平）、能量支持与市场（如能量时移、套利）、以及用户侧应用等。其中，频率调节服务因其快速响应特性与BESS的天然优势高度匹配，被作为重点进行详细评述。 作者总结了欧洲（ENTSO-E）、英国（National Grid ESO）和美国（FERC）等不同电力系统运营商对频率服务的命名和关键要求（如首次响应时间、完全响应时间、持续供应时间），并以图表形式进行了直观对比。文章还回顾了关于增强频率响应（EFR）、一次频率响应（PFR）等具体服务的大量研究，特别关注了这些服务中BESS的SOC管理策略、与可再生能源的协同控制以及技术经济性分析。这些详尽的回顾为读者提供了该领域技术细节和市场规则的全面图景。

主要观点五：全面阐述BESS在电力系统中的集成方式，强调与不同组件的协同。 除了单独应用，BESS越来越多地与其他组件集成以发挥协同效应。本文提出了一个BESS集成分类框架，并进行了详细阐述： 1. 与储能组件集成：包括独立电池储能系统（SBESS）、集成储能系统（IESS， 如双电池系统DBESS、混合储能系统HESS、多储能系统MESS）、聚合电池储能系统（ABESS）和虚拟储能系统（VESS）。文章回顾了各类集成的特点、应用案例和研究焦点，例如HESS通过结合高功率和高能量密度的储能技术（如超级电容+电池）来优化系统性能、降低成本、延长寿命；ABESS和VESS则通过聚合分散的小型储能资源（如家庭储能、电动汽车）来提供大规模的电网服务。 2. 与能源生产组件集成：重点回顾了BESS与光伏（PV）、风力发电机（WTG）、水力发电等可再生能源的结合。这种集成主要用于平抑可再生能源出力波动、提供频率和电压支撑、参与电力市场以及提高自发自用率。文章通过表格总结了大量此类集成应用的研究案例，展示了其在平滑功率、提升经济性、增强电网稳定性方面的巨大价值。 3. 与能源消费组件集成：探讨了BESS与智能建筑、移动储能系统（MBESS）、电动汽车充电桩（EVCS）、电转X（P2X）设施等消费侧组件的结合。这些集成旨在实现用户侧的负荷管理、降低电费、提高供电可靠性，并为电网提供灵活性资源。

主要观点六：基于详尽的文献调查，评估BESS应用研究的覆盖范围与发展现状。 为了量化评估近年来的研究进展，作者对大量相关文献进行了一项细致的调查，并建立了一套评分体系（0-5分），从四个维度评估每篇论文的研究覆盖深度：SOC管理、SOH（健康状态）管理、技术发展（如效率、控制策略）和经济发展（如成本效益分析）。调查结果以表格形式总结，并按应用类别（频率服务、电压与功率服务、能源服务与服务叠加）呈现。 调查结果显示，大多数研究都涉及SOC管理，但专门针对SOH管理的研究相对较少。这表明将电池退化成本纳入经济性分析的研究尚不充分。此外，技术发展方面的研究数量普遍多于经济发展方面。这一调查为领域内的研究者提供了一个清晰的“研究现状地图”，指出了当前研究的强项和有待加强的领域。

主要观点七：讨论当前BESS电网服务面临的挑战与未来机遇。 在讨论部分，文章重申了提出BESS工况特性分析框架的必要性，指出未来研究应更关注电池的运行特性而非仅仅硬件配置或商业目的。作者强调了SOC管理优化在现有研究中的核心地位，但也指出日益严格的电网服务规则和竞争激烈的市场环境限制了SOC优化的空间。更重要的是，目前适用于实际应用的SOH估计工具尚不成熟，这成为精确评估BESS项目经济性的关键瓶颈。此外，系统级应用中SOC和SOE（能量状态）等术语的定义有时过于简化，造成了理解上的模糊。

文章的意义与价值： 本综述论文具有重要的学术价值和实践指导意义。其学术价值在于，它不仅系统地梳理了BESS电网应用与集成领域的最新进展，更重要的是创造性地提出了一个量化分析BESS应用工况特性的通用框架。这个框架为连接电力系统应用研究与电化学电池基础研究搭建了一座桥梁，有助于推动更精准、更贴近实际应用的电池寿命模型、能量管理系统和技术经济性评估工具的发展。 其实践价值在于，为BESS的项目开发商、系统运营商、政策制定者和研究人员提供了一个全新的视角来理解和比较不同的电网服务。通过使用频率、使用强度和使用倍率等参数，各方可以更清晰地沟通BESS的运行需求，优化系统设计（如功率-能量比配置），制定更合理的市场规则和性能要求，并最终提高BESS项目的技术可行性和经济性。 这篇综述通过引入一个全新的、以使用模式为中心的分析范式，不仅总结了过去，更为未来BESS在电力系统中更高效、更经济的应用与研究指明了方向。