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  国网湖南省电力公司长沙供电分公司、湖南大学电气与信息工程学院、中国电建集团中南勘测设计研究院有限公司的研究人员黄际元、李欣然、常敏、黎淑娟、刘卫健,在2017年第21期《电工技术学报》上撰文指出,规模间歇电源并网引起的电网频率问题,导致对引入储能辅助调频的研究越发迫切。提出一种考虑储能电池参与一次调频技术经济模型的容量配置方法。

  阐述了储能电池功率和容量设计的通用方法;通过分析储能电池在调频运行过程中的成本和效益,基于全寿命周期理论,运用净现值法结合仿真模型构建储能电池参与一次调频的技术经济模型;设计了一种储能电池参与一次调频的充放电策略,在此基础上,考虑受风电出力波动影响的电网综合负荷,从与之对应的电网频率信号波动特性出发,在确定的电网调频及储能电池运行要求约束下,得出调频效果最优、经济性最优以及两者综合最优目标下的储能电池容量配置方案。

  仿真结果表明了该方法的合理性及有效性。本研究有助于推动储能电池在辅助调频服务上的示范与工程化应用。

  近年,以“智能电网+特高压电网+清洁能源”为核心的能源互联网迅速兴起,其中,清洁能源中如风电等具有波动性和不确定性,其出力波动的幅值、频率及分布等特性与电网负荷波动趋势弱相关,该不确定性给电网调频带来挑战,且调频容量的限制也制约了电网消纳清洁能源的能力。

  储能电池具有响应迅速、控制精度高的特点,在此背景下,探讨储能参与电网调频具备一定的必要性。而储能容量的科学合理配置,是储能应用规划的重要环节,也是推动其进入调频市场的基础。目前,相关学者对储能电池的容量配置进行了初步研究。

  文献[2]综述了储能参与调频的研究现状,指出储能的容量配置与经济性评估的初步思路,即基于容量配置结果分析储能在辅助调频领域的经济价值,同时反过来指导与修正储能的容量配置。

  文献[3]提出了基于机会约束规划的储能参与风电场一次调频的容量优化方法,构建了以风储系统运行成本最小为目标,满足一次调频需求为约束的优化模型。

  文献[4]提出了一种基于净效益最大的平抑风电功率波动的混合储能容量配置方法,通过分析不同功率分配方法的差异,计及减少风电场旋转备用和并网通道容量的效益,结合全寿命周期成本,得到净效益最高的容量配置结果。

  文献[5]提出适用于大规模集中式可再生能源领域,以平滑出力波动和跟踪计划出力为应用模式的储能容量配置算法,并提炼出影响配置结果的敏感因素。

  显然,目前对于储能电池的容量配置,多基于经验分析,而并非是以系统、细化的技术经济模型为基础,其方法适应性和可行性不强,且较多关注储能辅助风电并网的容量配置。因此,充分考虑调频应用特征及储能电池的技术经济特征,建立储能电池参与一次调频的技术经济模型,并在此基础上进行科学合理的容量配置很有意义。

  因此,本文对储能电池( 下文简称储能) 参与一次调频的容量配置方法展开研究。首先阐述了储能容量配置的通用方法,并基于全寿命周期理论构建了储能参与一次调频的技术经济模型。

  基于相应的储能参与一次调频的充放电策略,以调频效果、经济性最优和两者综合最优为目标,以电网调频要求及储能运行要求为约束,展开了储能容量的优化配置。最后利用实际电网运行数据进行仿真验证。


图1 储能电池参与一次调频的方法


  结论

  本文研究了考虑储能电池参与一次调频技术经济模型的容量配置方法。通过实例仿真分析,结论如下:

  1)储能的技术经济评估模型包括物理特性模型和经济评估模型。通过结合储能的仿真模型与储能参与调频的方法,可得到物理特性模型; 通过分析储能在全寿命周期内的成本和效益构成,利用净现值法可建立经济评估模型。

  2)储能在调频过程中需对频率偏差相对应的储能功率指令实现完全跟踪,故储能的额定功率寻优范围由电网最大允许频率偏差和储能的运行特性来共同决定。储能容量通过荷电状态初值以及储能运行过程中实际功率指令序列确定。

  3)储能参与一次调频时,调频净效益现值随配置容量增大而降低,而调频效果则随储能配置容量增加而增大,可根据优化目标的需要来选择与储能参与一次调频充放电策略相关的控制变量值。

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