儲(chǔ)能參與輔助服務(wù)市場(chǎng)的應(yīng)用及計(jì)算方法

陳謙 劉文鋒

摘? 要：隨著持續(xù)推進(jìn)能源供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革，我國能源消費(fèi)供給、能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型、能源系統(tǒng)呈現(xiàn)新態(tài)勢(shì)，分布式能源發(fā)展迅猛。儲(chǔ)能具有彌補(bǔ)間歇式新能源、良好的調(diào)頻性能等優(yōu)點(diǎn)，其參與電力市場(chǎng)及輔助服務(wù)市場(chǎng)是當(dāng)前的發(fā)展趨勢(shì)，研究?jī)?chǔ)能參與輔助服務(wù)的應(yīng)用情況，及儲(chǔ)能電站并網(wǎng)運(yùn)行及輔助服務(wù)管理技術(shù)支持系統(tǒng)各項(xiàng)評(píng)價(jià)細(xì)則的算法，通過示例做出計(jì)算說明。

關(guān)鍵詞：儲(chǔ)能;輔助服務(wù);電力市場(chǎng)

中圖分類號(hào)：TP39? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2096-4706（2021）18-0152-03

Abstract： With the continuous promotion of energy supply side structural reform， China’s energy consumption and supply， energy structure transformation and energy system show a new trend， and distributed energy is developing rapidly. Energy storage has the advantages of making up for intermittent new energy and good frequency modulation performance. Its participation in the power market and auxiliary service market is the current development trend. The application of energy storage participating in auxiliary services and the algorithm of various evaluation rules of grid connected operation of energy storage power station and auxiliary service management technology support system are studied， and the calculation is illustrated by an example.

Keywords： energy storage; ancillary service; power market

0? 引? 言

儲(chǔ)能系統(tǒng)作為智能電網(wǎng)、可再生能源高占比能源系統(tǒng)、“互聯(lián)網(wǎng)+”智慧能源的關(guān)鍵支撐，儲(chǔ)能的充放電不受天氣影響，可與風(fēng)電、光伏等間歇式形成互補(bǔ)，助力電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。隨著我國持續(xù)推進(jìn)能源供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革，推動(dòng)能源發(fā)展方式由粗放式向提質(zhì)增效轉(zhuǎn)變，我國能源消費(fèi)供給、能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型、能源系統(tǒng)形態(tài)呈現(xiàn)新的發(fā)展趨勢(shì)，在碳達(dá)峰、碳中和國家戰(zhàn)略目標(biāo)驅(qū)動(dòng)下，儲(chǔ)能作為支撐新型電力系統(tǒng)的重要技術(shù)和基礎(chǔ)裝備，其規(guī)?；l(fā)展已成為必然趨勢(shì)[1]。2020年國內(nèi)電化學(xué)儲(chǔ)能新增裝機(jī)規(guī)模逆勢(shì)而漲，達(dá)到1.56 GW，同比增長145%，截至2020年底，國內(nèi)電化學(xué)儲(chǔ)能的累計(jì)裝機(jī)規(guī)模為3.27 GW，十四五期間，隨著儲(chǔ)能商業(yè)模式逐步清晰，電化學(xué)儲(chǔ)能裝機(jī)量將呈現(xiàn)高速增長態(tài)勢(shì)。

在國外，儲(chǔ)能已經(jīng)是調(diào)頻輔助服務(wù)市場(chǎng)的重要參與者。我國在儲(chǔ)能參與輔助服務(wù)的市場(chǎng)應(yīng)用場(chǎng)景、商業(yè)模式、效益評(píng)估方面已有深入研究。2018年，南方監(jiān)管局發(fā)布《南方區(qū)域電化學(xué)儲(chǔ)能電站并網(wǎng)運(yùn)行管理及輔助服務(wù)管理實(shí)施細(xì)則》，明確鼓勵(lì)各類市場(chǎng)主體投資建設(shè)儲(chǔ)能設(shè)施，促進(jìn)儲(chǔ)能電站并網(wǎng)運(yùn)行，參與電力市場(chǎng)及輔助服務(wù)市場(chǎng)。2021年08月，為深入貫徹落實(shí)國家碳達(dá)峰、碳中和決策部署，推動(dòng)構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)，保障電力系統(tǒng)安全、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，規(guī)范電力系統(tǒng)并網(wǎng)運(yùn)行管理和輔助服務(wù)管理，國家能源局形成了《并網(wǎng)主體并網(wǎng)運(yùn)行管理規(guī)定（征求意見稿）》和《電力系統(tǒng)輔助服務(wù)管理辦法（征求意見稿）》[2]，針對(duì)10 kV及以上可供電力調(diào)度機(jī)構(gòu)直接調(diào)度的儲(chǔ)能電站等主體提出并網(wǎng)管理規(guī)則。

1? 儲(chǔ)能在電力系統(tǒng)輔助服務(wù)中的應(yīng)用

儲(chǔ)能系統(tǒng)需遵循并網(wǎng)運(yùn)行管理及輔助服務(wù)管理實(shí)施細(xì)則參與輔助服務(wù)，在考核方面，可參與調(diào)度管理考核，頻率異常響應(yīng)考核，電壓異常響應(yīng)考核，低電壓穿越考核，高電壓穿越考核，有功功率調(diào)節(jié)能力考核，母線電壓考核，調(diào)度紀(jì)律考核，繼電保護(hù)與安自裝置考核，通信裝置考核，自動(dòng)化裝置考核，AGC考核等管理等;在補(bǔ)償方面，可參與AGC補(bǔ)償、充電調(diào)峰補(bǔ)償?shù)萚3]。

2? 儲(chǔ)能參與輔助服務(wù)市場(chǎng)的考核計(jì)算

2.1? 儲(chǔ)能站建模參數(shù)

每個(gè)儲(chǔ)能站應(yīng)向電力調(diào)度機(jī)構(gòu)或輔助服務(wù)考核系統(tǒng)提供該站點(diǎn)的容量、充放電時(shí)間、最大充放電功率等涉網(wǎng)參數(shù)。上述參數(shù)在創(chuàng)建儲(chǔ)能站時(shí)作為屬性項(xiàng)配置建模在系統(tǒng)中，用于后續(xù)考核電量與補(bǔ)償電量的計(jì)算。本文以儲(chǔ)能站容量為10 MW·h，最大充放電時(shí)間1 h，最大充放電功率10 MW，并網(wǎng)電壓為10 kV為例構(gòu)建儲(chǔ)能站模型，參與下文計(jì)算。

此外，儲(chǔ)能站還應(yīng)實(shí)時(shí)上送運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)，如并網(wǎng)點(diǎn)三相實(shí)時(shí)電壓、實(shí)時(shí)充放電功率、實(shí)時(shí)累計(jì)充放電量、可調(diào)節(jié)能力（剩余容量SOC）等。

2.2? 頻率異常響應(yīng)考核

當(dāng)電網(wǎng)頻率出現(xiàn)異常時(shí)，儲(chǔ)能系統(tǒng)要根據(jù)頻率異常的情況相應(yīng)調(diào)整充放行為或脫網(wǎng)運(yùn)行，主要要求有以下五點(diǎn)：

（1）當(dāng)f<48，儲(chǔ)能電站不應(yīng)處于充電狀態(tài)。

（2）當(dāng)48≤f<49.5，在其額定功率和當(dāng)前剩余電量允許的運(yùn)行范圍內(nèi)，處于充電狀態(tài)的儲(chǔ)能電站應(yīng)在0.2 s內(nèi)轉(zhuǎn)為放電狀態(tài)，對(duì)于不具備放電條件或其他特殊情況，應(yīng)在0.2s 內(nèi)與電網(wǎng)脫離。處于放電狀態(tài)的儲(chǔ)能電站應(yīng)能連續(xù)運(yùn)行。

（3）49.5≤f≤50.2，儲(chǔ)能電站應(yīng)正常運(yùn)行。

（5）當(dāng)f>50.5，儲(chǔ)能電站不應(yīng)處于放電狀態(tài)。對(duì)不滿足頻率異常響應(yīng)要求的，根據(jù)全站額定容量的n小時(shí)為考核標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行考核。

按上文的儲(chǔ)能站配置，當(dāng)發(fā)生電網(wǎng)頻率為50.1 Hz時(shí)，儲(chǔ)能電站不能正常運(yùn)行的，考核電量為：

Q頻率異常響應(yīng)=10×22.5=225 MW·h? ? ? ? ? ? ? ? ?（1）

2.3? 電壓異常響應(yīng)考核

除要求在高低電壓穿越的電壓區(qū)域時(shí)，儲(chǔ)能系統(tǒng)能滿足高低電壓穿越的要求外，當(dāng)0.85 p.u.≤U≤1.1 p.u.時(shí)，儲(chǔ)能系統(tǒng)應(yīng)能正常運(yùn)行，對(duì)不滿足電壓異常響應(yīng)要求的，根據(jù)全站額定容量的n小時(shí)為考核標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行考核。

按上文的儲(chǔ)能站配置，當(dāng)儲(chǔ)能站升壓變高壓側(cè)電壓為10.2 kV，即：

時(shí)，若發(fā)生儲(chǔ)能電站不能正常運(yùn)行的，則考核電量為：

Q電壓異常響應(yīng)=10×22.5=225 MW·h? ? ? ? ? ? ? ? （3）

2.4? 低電壓穿越考核

低電壓穿越用于衡量?jī)?chǔ)能系統(tǒng)在電網(wǎng)電壓跌落時(shí)的穿越能力，如發(fā)生電網(wǎng)單相接地且故障瞬時(shí)切除，則儲(chǔ)能系統(tǒng)在規(guī)范定義的曲線時(shí)間內(nèi)應(yīng)能正常運(yùn)行。電壓恢復(fù)時(shí)間超出曲線定義范圍后，儲(chǔ)能系統(tǒng)可以與電網(wǎng)斷開連接。主要要求如下：

并網(wǎng)點(diǎn)電壓跌落至0 V，持續(xù)時(shí)間小于0.15 s，儲(chǔ)能電站應(yīng)能持續(xù)并網(wǎng)運(yùn)行;

從電壓0 V開始恢復(fù)，升至0.2 Un及以上，持續(xù)時(shí)間小于0.475 s，儲(chǔ)能電站應(yīng)能持續(xù)并網(wǎng)運(yùn)行;

從0.2 Un爬升至0.85 Un，用時(shí)小于1.375 s，儲(chǔ)能電站應(yīng)能持續(xù)并網(wǎng)運(yùn)行;

電壓高于0.85 Un，儲(chǔ)能電站應(yīng)能長期持續(xù)并網(wǎng)運(yùn)行。

對(duì)不滿足低電壓穿越要求的，根據(jù)全站額定容量的n小時(shí)為考核標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行考核。按上文的儲(chǔ)能站配置，當(dāng)發(fā)生低電壓穿越考核時(shí)，考核電量為：

Q低電壓穿越=10×22.5=225 MW·h? ? ? ? ? ? ? ? （4）

2.5? 高電壓穿越考核

高電壓穿越用于衡量?jī)?chǔ)能系統(tǒng)在并網(wǎng)電壓超過額定電壓的110%以上時(shí)的穿越能力，主要要求如下：

并網(wǎng)點(diǎn)電壓升至1.3 Un以內(nèi)，持續(xù)時(shí)間少于0.5 s，儲(chǔ)能電站應(yīng)能持續(xù)并網(wǎng)運(yùn)行;

并網(wǎng)點(diǎn)電壓升至1.2 Un以內(nèi)，持續(xù)時(shí)間少于9.5 s，儲(chǔ)能電站應(yīng)能持續(xù)并網(wǎng)運(yùn)行;

并網(wǎng)點(diǎn)電壓升至1.1 Un以內(nèi)，儲(chǔ)能電站應(yīng)能長期持續(xù)并網(wǎng)運(yùn)行。

對(duì)不滿足高電壓穿越要求的，根據(jù)全站額定容量的n小時(shí)為考核標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行考核。按上文的儲(chǔ)能站配置，當(dāng)發(fā)生高電壓穿越考核時(shí)，考核電量為：

Q高電壓穿越=10×22.5=225 MW·h? ? ? ? ? ? ? ? （5）

2.6? 有功功率調(diào)節(jié)能力考核

儲(chǔ)能電站可通過就地監(jiān)控系統(tǒng)本地控制，或調(diào)度系統(tǒng)遠(yuǎn)方控制指令，控制充放電功率及調(diào)節(jié)頻率，各項(xiàng)指標(biāo)要求如表1所示。

有功功率調(diào)節(jié)過程中，出現(xiàn)不滿足上表要求的，根據(jù)全站額定容量的n小時(shí)為考核標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行考核。按上文的儲(chǔ)能站配置，當(dāng)發(fā)生有功功率調(diào)節(jié)響應(yīng)不滿足要求時(shí)，考核電量為：

Q有功功率調(diào)節(jié)=10×22.5=225 MW·h? ? ? ? ? ? ? ? ? （6）

2.7? 母線電壓考核

本條款考核儲(chǔ)能電站的電壓合格水平，當(dāng)并網(wǎng)母線電壓與額定電壓的偏差大于±3%，計(jì)為不合格。電壓合格率每分鐘記錄一次，按15分鐘作為一個(gè)時(shí)段統(tǒng)計(jì)母線（并網(wǎng)點(diǎn)）電壓合格率，按日統(tǒng)計(jì)母線（并網(wǎng)點(diǎn)）電壓合格率。如第一個(gè)15分鐘里，共有14次電壓合格，1次不合格，則這十五分鐘的合格率為93.33%，每天共統(tǒng)計(jì)96次十五分鐘電壓合格率，最終取平均值作為當(dāng)天電壓合格率。

電壓合格率不低于99.9%免考，每降低0.05%。按儲(chǔ)能站當(dāng)月額定容量的n小時(shí)為考核標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行考核。假設(shè)當(dāng)天計(jì)算的電壓合格率為99.9%，則母線電壓考核電量為：

Q母線電壓考核=10×0.375×（0.999-0.996 9）/0.000 5=15.75 MW·h? ? （7）

2.8? AGC 考核

儲(chǔ)能電站的自動(dòng)發(fā)電控制（AGC）考核主要考核調(diào)節(jié)速率、調(diào)節(jié)范圍、響應(yīng)時(shí)間和調(diào)節(jié)精度的性能指標(biāo)[4，5]。主要要求為：

（1）調(diào)節(jié)速率為額定容量的100%/分鐘。

（2）調(diào)節(jié)范圍為額定容量的100%。

（3）調(diào)節(jié)精度不超過額定出力的1.5%。

AGC考核電量=[1-（調(diào)節(jié)速率合格率×0.5+調(diào)節(jié)范圍合格率×0.25+調(diào)節(jié)誤差合格率 ×0.25）]×考核時(shí)段內(nèi)儲(chǔ)能電站上網(wǎng)電量之和×0.1%。

假設(shè)本次考核時(shí)段上網(wǎng)電量為5 MW·h，調(diào)節(jié)速率合格率為90%，調(diào)節(jié)范圍合格率為85%，調(diào)節(jié)誤差合格率為80%，則本次AGC考核電量為：

QAGC考核=（1-（0.9×0.5+0.85×0.25+0.8×0.25）×5）=0.687 5 MW·h? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （8）

2.9? 其他條款性考核

儲(chǔ)能電站應(yīng)遵循《南方區(qū)域發(fā)電廠并網(wǎng)運(yùn)行管理實(shí)施細(xì)則》中關(guān)于調(diào)度紀(jì)律、調(diào)度管理、繼電保護(hù)與安自裝置、自動(dòng)化裝置、通信裝置等相關(guān)管理規(guī)定，違反規(guī)定的，電力調(diào)度機(jī)構(gòu)按照《南方區(qū)域發(fā)電廠并網(wǎng)運(yùn)行管理實(shí)施細(xì)則》相關(guān)條款進(jìn)行考核，每次考核電量的計(jì)算方法如表2所示。

3? 儲(chǔ)能參與輔助服務(wù)市場(chǎng)的補(bǔ)償計(jì)算

3.1? AGC補(bǔ)償

儲(chǔ)能電站參與AGC服務(wù)的，根據(jù)調(diào)節(jié)容量、調(diào)節(jié)電量，對(duì)儲(chǔ)能電站提供的AGC服務(wù)實(shí)施補(bǔ)償。每15分鐘為一個(gè)補(bǔ)償時(shí)段，每日統(tǒng)計(jì)補(bǔ)償費(fèi)用，月度匯總。

當(dāng)AGC性能考核不合格時(shí)，該時(shí)段對(duì)應(yīng)的AGC補(bǔ)償為零。

3.1.1? 調(diào)節(jié)容量補(bǔ)償

每分鐘計(jì)算整分鐘時(shí)刻的調(diào)節(jié)容量：

其中，Pu，Pl，Pi分別為AGC調(diào)節(jié)上限值、下限值和實(shí)時(shí)出力。

一個(gè)調(diào)度時(shí)段（15分鐘）的容量服務(wù)供應(yīng)量：

一天的調(diào)節(jié)容量為：

一天的調(diào)節(jié)容量補(bǔ)償費(fèi)用為（以廣東地區(qū)為例）：

3.1.2? 調(diào)節(jié)電量補(bǔ)償

根據(jù)AGC指令獲取起始時(shí)刻，終止時(shí)刻，起始出力，目標(biāo)出力。

其中，Pki為當(dāng)前實(shí)際出力;為AGC起始出力，為AGC目標(biāo)出力，調(diào)節(jié)電量積分時(shí)段為指令下發(fā)時(shí)刻到指令結(jié)束時(shí)刻，取之于AGC考核中的值。

本次AGC充電電量補(bǔ)償費(fèi)用為（以廣東地區(qū)為例）：

3.2? 充電電量

儲(chǔ)能電站根據(jù)電力調(diào)度機(jī)構(gòu)指令進(jìn)入充電狀態(tài)的，按其提供充電調(diào)峰服務(wù)統(tǒng)計(jì)，對(duì)充電電量進(jìn)行補(bǔ)償，每15分鐘為一個(gè)補(bǔ)償時(shí)段，每日統(tǒng)計(jì)補(bǔ)償費(fèi)用，月度匯總。

補(bǔ)償費(fèi)用（萬元）=充電電量×0.05? ? ? ? ? ? （15）

4? 結(jié)? 論

2020年9月中國明確提出2030年“碳達(dá)峰”與2060年“碳中和”目標(biāo)，儲(chǔ)能是實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的重要支撐技術(shù)之一，儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展與成熟對(duì)于加快構(gòu)建以新能源為主的電力系統(tǒng)具有重要意義。并網(wǎng)儲(chǔ)能能夠提供調(diào)峰調(diào)頻等輔助服務(wù)、有效管理電網(wǎng)阻塞、抑制價(jià)格波動(dòng)等作用。國內(nèi)外正積極探索儲(chǔ)能參與市場(chǎng)的框架設(shè)計(jì)、修正能量市場(chǎng)模型、設(shè)計(jì)市場(chǎng)價(jià)格機(jī)制，促進(jìn)儲(chǔ)能參與電力市場(chǎng)。儲(chǔ)能參與電力市場(chǎng)的前景廣闊，輔助服務(wù)市場(chǎng)是電力市場(chǎng)的一個(gè)重要組成部分，是系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的保障，因此，研究國家出臺(tái)的管理細(xì)則修正算法，準(zhǔn)確計(jì)算儲(chǔ)能參與輔助市場(chǎng)的情況，具有重要意義。

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作者簡(jiǎn)介：陳謙（1983—），男，漢族，山東棗莊人，智慧能源事業(yè)部副總監(jiān)，高級(jí)工程師，本科，研究方向：電力市場(chǎng);劉文峰（1987—），男，漢族，湖北天門人，高級(jí)電能質(zhì)量工程師，碩士研究生，中級(jí)工程師，研究方向：儲(chǔ)能技術(shù)及綜合能源應(yīng)用研究。