國網(wǎng)湖南省電力公司長沙供電分公司、湖南大學電氣與信息工程學院、中國電建集團中南勘測設(shè)計研究院有限公司的研究人員黃際元、李欣然、常敏、黎淑娟、劉衛(wèi)健，在2017年第21期《電工技術(shù)學報》上撰文指出，規(guī)模間歇電源并網(wǎng)引起的電網(wǎng)頻率問題,導(dǎo)致對引入儲能輔助調(diào)頻的研究越發(fā)迫切。提出一種考慮儲能電池參與一次調(diào)頻技術(shù)經(jīng)濟模型的容量配置方法。

闡述了儲能電池功率和容量設(shè)計的通用方法;通過分析儲能電池在調(diào)頻運行過程中的成本和效益,基于全壽命周期理論,運用凈現(xiàn)值法結(jié)合仿真模型構(gòu)建儲能電池參與一次調(diào)頻的技術(shù)經(jīng)濟模型;設(shè)計了一種儲能電池參與一次調(diào)頻的充放電策略,在此基礎(chǔ)上,考慮受風電出力波動影響的電網(wǎng)綜合負荷,從與之對應(yīng)的電網(wǎng)頻率信號波動特性出發(fā),在確定的電網(wǎng)調(diào)頻及儲能電池運行要求約束下,得出調(diào)頻效果最優(yōu)、經(jīng)濟性最優(yōu)以及兩者綜合最優(yōu)目標下的儲能電池容量配置方案。

仿真結(jié)果表明了該方法的合理性及有效性。本研究有助于推動儲能電池在輔助調(diào)頻服務(wù)上的示范與工程化應(yīng)用。

近年，以“智能電網(wǎng)+特高壓電網(wǎng)+清潔能源”為核心的能源互聯(lián)網(wǎng)迅速興起，其中，清潔能源中如風電等具有波動性和不確定性，其出力波動的幅值、頻率及分布等特性與電網(wǎng)負荷波動趨勢弱相關(guān)，該不確定性給電網(wǎng)調(diào)頻帶來挑戰(zhàn)，且調(diào)頻容量的限制也制約了電網(wǎng)消納清潔能源的能力。

儲能電池具有響應(yīng)迅速、控制精度高的特點，在此背景下，探討儲能參與電網(wǎng)調(diào)頻具備一定的必要性。而儲能容量的科學合理配置，是儲能應(yīng)用規(guī)劃的重要環(huán)節(jié)，也是推動其進入調(diào)頻市場的基礎(chǔ)。目前，相關(guān)學者對儲能電池的容量配置進行了初步研究。

文獻[2]綜述了儲能參與調(diào)頻的研究現(xiàn)狀，指出儲能的容量配置與經(jīng)濟性評估的初步思路，即基于容量配置結(jié)果分析儲能在輔助調(diào)頻領(lǐng)域的經(jīng)濟價值，同時反過來指導(dǎo)與修正儲能的容量配置。

文獻[3]提出了基于機會約束規(guī)劃的儲能參與風電場一次調(diào)頻的容量優(yōu)化方法，構(gòu)建了以風儲系統(tǒng)運行成本最小為目標，滿足一次調(diào)頻需求為約束的優(yōu)化模型。

文獻[4]提出了一種基于凈效益最大的平抑風電功率波動的混合儲能容量配置方法，通過分析不同功率分配方法的差異，計及減少風電場旋轉(zhuǎn)備用和并網(wǎng)通道容量的效益，結(jié)合全壽命周期成本，得到凈效益最高的容量配置結(jié)果。

文獻[5]提出適用于大規(guī)模集中式可再生能源領(lǐng)域，以平滑出力波動和跟蹤計劃出力為應(yīng)用模式的儲能容量配置算法，并提煉出影響配置結(jié)果的敏感因素。

顯然，目前對于儲能電池的容量配置，多基于經(jīng)驗分析，而并非是以系統(tǒng)、細化的技術(shù)經(jīng)濟模型為基礎(chǔ)，其方法適應(yīng)性和可行性不強，且較多關(guān)注儲能輔助風電并網(wǎng)的容量配置。因此，充分考慮調(diào)頻應(yīng)用特征及儲能電池的技術(shù)經(jīng)濟特征，建立儲能電池參與一次調(diào)頻的技術(shù)經(jīng)濟模型，并在此基礎(chǔ)上進行科學合理的容量配置很有意義。

因此，本文對儲能電池( 下文簡稱儲能) 參與一次調(diào)頻的容量配置方法展開研究。首先闡述了儲能容量配置的通用方法，并基于全壽命周期理論構(gòu)建了儲能參與一次調(diào)頻的技術(shù)經(jīng)濟模型。

基于相應(yīng)的儲能參與一次調(diào)頻的充放電策略，以調(diào)頻效果、經(jīng)濟性最優(yōu)和兩者綜合最優(yōu)為目標，以電網(wǎng)調(diào)頻要求及儲能運行要求為約束，展開了儲能容量的優(yōu)化配置。最后利用實際電網(wǎng)運行數(shù)據(jù)進行仿真驗證。

圖1 儲能電池參與一次調(diào)頻的方法

　　結(jié)論

本文研究了考慮儲能電池參與一次調(diào)頻技術(shù)經(jīng)濟模型的容量配置方法。通過實例仿真分析，結(jié)論如下:

1)儲能的技術(shù)經(jīng)濟評估模型包括物理特性模型和經(jīng)濟評估模型。通過結(jié)合儲能的仿真模型與儲能參與調(diào)頻的方法，可得到物理特性模型; 通過分析儲能在全壽命周期內(nèi)的成本和效益構(gòu)成，利用凈現(xiàn)值法可建立經(jīng)濟評估模型。

2)儲能在調(diào)頻過程中需對頻率偏差相對應(yīng)的儲能功率指令實現(xiàn)完全跟蹤，故儲能的額定功率尋優(yōu)范圍由電網(wǎng)最大允許頻率偏差和儲能的運行特性來共同決定。儲能容量通過荷電狀態(tài)初值以及儲能運行過程中實際功率指令序列確定。

3)儲能參與一次調(diào)頻時，調(diào)頻凈效益現(xiàn)值隨配置容量增大而降低，而調(diào)頻效果則隨儲能配置容量增加而增大，可根據(jù)優(yōu)化目標的需要來選擇與儲能參與一次調(diào)頻充放電策略相關(guān)的控制變量值。