國網(wǎng)湖南省電力公司長沙供電分公司、湖南大學(xué)電氣與信息工程學(xué)院、中國電建集團(tuán)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(xué)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(jì)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(jì)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(fēng)電出力波動影響的電網(wǎng)綜合負(fù)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(jì)性最優(yōu)以及兩者綜合最優(yōu)目標(biāo)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(fēng)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(fù)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(xué)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(jìn)入調(diào)頻市場的基礎(chǔ)。目前，相關(guān)學(xué)者對儲能電池的容量配置進(jìn)行了初步研究。

文獻(xiàn)［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(jì)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(jì)價值，同時反過來指導(dǎo)與修正儲能的容量配置。

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

文獻(xiàn)［4］提出了一種基于凈效益最大的平抑風(fēng)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(fēng)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(xiàn)［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(xì)化的技術(shù)經(jīng)濟(jì)模型為基礎(chǔ)，其方法適應(yīng)性和可行性不強(qiáng)，且較多關(guān)注儲能輔助風(fēng)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(jì)特征，建立儲能電池參與一次調(diào)頻的技術(shù)經(jīng)濟(jì)模型，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行科學(xué)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(jì)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(jì)性最優(yōu)和兩者綜合最優(yōu)為目標(biāo)，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(jìn)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(jì)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(jì)評估模型包括物理特性模型和經(jīng)濟(jì)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(jì)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(biāo)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。