电池储能系统参与电网调频的容量配置方案概览

电力系统的容量（Installed Capacity of Electric Power System）通常指运行中的发电机的备用容量和备用发电机的可调出力容量，而电池储能系统参与电网调频的容量配置是指储能通过充放电来代替常规机组通过原动机调整有功功率出力参与电网调频作用的容量。作为参与电网辅助调频应用优化规划的基本问题之一，电池储能系统的容量配置方法颇受关注。

目前主要的容量配置及其优化方法有差额补充法、波动平抑分析法和经济性评估法等。差额补充法就是将电源所需提供的最小发电量与实际极端条件下的发电量的差额作为储能电池容量，由于未考虑实际运行中储能电池电量的动态变化，其配置的容量不够精确。波动平抑分析法主要根据储能电池对波动功率的平抑效果进行容量的优化配置，包括频谱分析法和时间常数法。频谱分析法是对波动功率进行离散傅里叶变换，通过频谱分析确定储能电池补偿频段后再利用仿真确定储能电池的最大充放电功率，并计算储能电池在运行周期内的能量状态，以最大能量差作为其额定容量；时间常数法主要是由并网输出功率的平抑效果来确定最佳的一阶低通滤波器的时间常数，以此来配置储能电池的功率和容量。经济性评估法需构建研究系统的经济运行模型，包括经济最优目标函数及约束条件，储能电池容量作为其中的一个决策变量，采用智能算法进行寻优求解，常用优化目标包括系统等年值投资成本、单位电量成本、系统年运行总成本及储能电池全寿命周期成本最低或者全寿命周期净效益最高等。面向电网调频，储能电池容量配置研究主要基于实测信号和区域电网调频动态模型展开。从实测频率和调频信号出发，依据前者确定储能电池参与一次调频的动作深度，依据后者中的高频/短时分量确定储能电池参与二次调频的动作深度，再通过确定的动作深度计算储能电池在运行周期内的能量值，以最大能量差作为配置的额定容量；从区域电网调频动态模型出发，依据设定的调频评估指标要求确定所需储能电池功率和容量。此外，针对调频应用的经济性评估中常用的优化目标为全寿命周期成本最低或者净效益最高等。

对一次调频的容量配置，基于实测频率信号，参考文献[78]通过分析分散在11个星期的频率信号特征，设计储能电池的功率与容量，并用调频死区和荷电状态控制回路来保证其荷电状态保持在一个合理的区间内，以减轻循环运行对储能电池寿命的影响；参考文献[79]探讨了如何最小化所配储能电池容量，采用在储能电池动作深度上实时叠加额外充放电功率的策略，克服储能电池控制信号在运行周期内偏离零均值的影响，但该方法会导致储能电池运行成本增加。依托区域电网调频动态模型，参考文献[80]将风电等效为负荷，研究储能电池对频率偏差和联络线功率偏差的影响，并利用频率偏差的均方根值和绝对最大值两个指标来配置储能电池容量。(www.xing528.com)

对二次调频的容量配置，基于从调度中心获得的实际调频信号，参考文献[81]利用定时间常数滤波法将该信号划分为高频和低频部分，用储能电池承担高频分量，据此分析对储能电池的调频容量需求和爬坡容量需求。依托两区域电网调频动态模型，参考文献[82]用储能电池实时补偿传统调频机组因爬坡限制而未能实现部分的功率，并提出了保证储能电池的荷电状态在合理区间内的控制策略。由研究可知，当风电和储能电池安装在同一区域时达到的调频效果最优，且所配储能电池容量最小。

综上所述，不管是一次调频还是二次调频，储能电池的容量配置多基于经验分析，针对储能电池参与电网调频的容量优化配置方法，通常采用的有储能电池功率和容量设计的通用方法，根据储能电池在调频过程中出力的序列函数进行配置；或从与之对应的电网频率和区域控制误差（ACE）信号波动特性出发，考虑受风电等新能源出力波动影响的电网综合负荷，提出在确定的电网调频场景和控制要求下的储能电池参与一、二次调频的容量配置方法，分别考虑以调频效果和经济性最优为目标，以储能电池的运行要求为约束条件，得到相应场景下的最小储能电池容量配置方案。