CN113422374B - 电化学储能电站参与调频辅助服务市场对电网贡献程度的量化评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种电化学储能电站参与调频辅助服务市场对电网贡献程度的量化评估方法，将联络线功率偏差作为表征电化学储能电站调频作用的变化量，通过建立“电化学储能电站调频功率”与“联络线功率偏差”之间的关联性，获取电化学储能电站调频作用对联络线功率偏差的作用值，进而构建衡量电化学储能电站参与调频对电网贡献程度的指标。通过本发明提出的贡献程度量化价方法，不仅可以计算出电化学储能电站每日调频作用对电网的贡献程度，还可以运用概率统计学方法，分析电化学储能电站调频作用对电网贡献程度指标数据的分布情况和规律。

Description

电化学储能电站参与调频辅助服务市场对电网贡献程度的量 化评估方法

技术领域

本发明涉及电化学储能电站技术领域，尤其涉及一种电化学储能电站参与调频辅助服务市场对电网贡献程度的量化评估方法。

背景技术

自动发电控制(Automatic Generation Control，AGC)作为目前电力市场环境下的一种非常重要的辅助服务，是电力系统频率调整和联络线功率偏差控制的重要手段。具备调节能力的发电机参与AGC系统，根据AGC指令改变机组出力，用于维持系统频率稳定，确保联络线功率能够实时跟踪计划出力曲线，称为机组提供的调频服务。

当前，以风电、光伏为核心的新能源进入飞跃式发展阶段。大规模新能源接入电网在提供充足绿色电力的同时，其出力的间歇性、波动性也给电力系统带来了新的挑战。其中较为突出的问题是增加了系统频率和联络线功率波动的风险，极大程度上增加了AGC机组的调频压力，对调频机组性能的要求也越来越高。

通常电网调频任务主要由现有的常规机组(火电、水电等)承担，从物理特性上讲，常规发电机是具有旋转惯量的机械设备，通过控制汽轮机阀门/水轮机导叶的开度实现功率调节，其调频能力与新能源出力特性引起的功率与频率波动性不匹配，电网未来将面临灵活性调频资源稀缺化的问题。相对于这些火电、水电等常规机组，现有的电化学储能作为技术较为成熟的新型电源，是通过电力电子器件开关控制出力，具备功率双向调节、响应速度快、调节精度高的特性，符合新型电力系统对调频资源性能需求。

但目前现有的电网贡献程度评估机制大多针对常规机组，对于电化学储能，无法合理量化储能参与调频服务的贡献，与其调频作用对电网的实际贡献程度并不匹配，一定程度上破坏了市场主体间的公平均衡。

发明内容

本发明针对现有技术存在的缺陷和不足，本发明提出一种电化学储能电站参与调频辅助服务市场对电网贡献程度的量化评估方法，将联络线功率偏差作为表征电化学储能电站调频作用的变化量，通过建立“电化学储能电站调频功率”与“联络线功率偏差”之间的关联性，获取电化学储能电站调频作用对联络线功率偏差的作用值(以下简称“系统变化量”)，进而构建衡量电化学储能电站参与调频对电网贡献程度的指标。

由于电化学储能调频容量小，且调频作用对电网的影响受各种因素时变性的干扰，难以通过直接观测的方法找到系统变化量，本发明有效地解决了这个问题，通过本发明提出的贡献程度量化价方法，不仅可以计算出电化学储能电站每日调频作用对电网的贡献程度，还可以运用概率统计学方法，分析电化学储能电站调频作用对电网贡献程度指标数据的分布情况和规律，从而合理调整电化学储能参与调频辅助服务市场的相关政策和机制，为后续以市场化机制引导储能产业健康有序发展奠定了基础。

本发明最后采用某电化学储能电站四个月的相关数据，计算该储能电站这段时间的调频作用对电网的贡献程度，充分说明了本发明的可行性与准确性。

本发明具体采用以下技术方案：

一种电化学储能电站参与调频辅助服务市场对电网贡献程度的量化评估方法，其特征在于：将联络线功率偏差ΔP_CL作为反映电化学储能电站调频作用的变化量，通过非时变的方式建立电化学储能电站调频功率与联络线功率偏差ΔP_CL之间的关联性。

进一步地，已知任一时刻的所有并网机组(共n台)出力、联络线功率与负荷之和为零，即

其中，联络线实际功率P_CL采用联络线计划功率P_{CL_P}和联络线功率偏差ΔP_CL表示，即：

P_CL＝P_{CL_P}+ΔP_CL (2)

对于具有旋转惯量的调频机组，假设共m-1台，其实时功率等于机组不可调功率部分P_{Gi_不可调}与调频功率P_{Gi_可调}叠加；而电化学储能参与调频时，其调频功率就是实时功率P_储能；结合式(1)和式(2)获得P_储能与ΔP_CL间的关联公式：

进一步地，将扣除电化学储能调频功率的联络线功率偏差(ΔP_CL-P_储能)与实际的联络线功率偏差ΔP_CL进行比较，并定义它们绝对值的差值为系统变化量，即|ΔP_CL-P_储能|-|ΔP_CL|，如果系统变化量大于零，则电化学储能调频功率对于联络线偏差有抑制作用；反之，则说明电化学储能参与调频使得联络线的功率偏差增大；其计算步骤如下：

步骤A1：对每分钟联络线功率偏差数据ΔP_{j_CL}取绝对值，并以天为量纲，对上述数据求和，作为日联络线功率偏差ΔP_{d_CL}，即：

其中，ΔP_{j_CL}为分钟级数据，j为每日历史数据点数，共有1440个点；

步骤A2：将每分钟联络线功率偏差数据ΔP_{j_CL}与相应时刻的电化学储能功率数据P_{j_储能}逐点相减；按照步骤A1的方法，以天为量纲，对扣除储能调频功率后的联络线功率偏差取绝对值求和，记为ΔP_{d_无储能调频}，即：

步骤A3：计算电化学储能电站调频作用对联络线功率偏差的作用值，即系统变化量：

ΔY_{d_储能}＝ΔP_{d_无储能调频}-ΔP_{d_CL} (6)。

进一步地，步骤B1：按照系统变化量ΔY_{d_储能}的计算方法，分别计算出其他参与调频的机组对每日联络线功率偏差的影响量ΔY_{d_其他}；由此计算得到扣除储能、水电、抽蓄调频作用的日联络线功率偏差，即：

ΔP_{d_无调频}＝ΔP_{d_CL}+ΔY_{d_储能}+ΔY_{d_其他}＝ΔP_{d_无储能调频}+ΔY_{d_其他} (7)

步骤B2：构建指标：将系统变化量除以已扣除储能、水电、抽蓄调频作用的日联络线功率偏差值，作为每日电化学储能调频作用对电网贡献程度的量化指标G_{d_储能}，即：

G_{d_储能}＝ΔY_{d_储能}/ΔP_{d_无调频}×100％ (8)。

进一步地，还包括步骤B3：量化评价：根据计算出的指标G_{d_储能}对电化学储能电站参与调频辅助服务市场对电网的贡献程度进行评价，当G_{d_储能}＞0时，ΔY_{d_储能}＞0，ΔP_{d_无储能调频}＞ΔP_{d_CL}，G_{d_储能}越大，电化学储能电站参与调频辅助服务市场对减小联络线功率偏差的效果越明显，其贡献程度越好。

本发明及其优选方案将联络线功率偏差作为反映电化学储能电站调频作用的变化量，以非时变的方式推导出“电化学储能电站调频功率”与“联络线功率偏差”之间的关联性，找到系统变化量，进而能够构建表征和衡量电化学储能电站参与调频对电网贡献程度的指标。由于电化学储能调频容量小，且调频作用对电网的影响受各种因素时变性的干扰，难以通过直接观测的方法找到系统变化量，本发明有效地解决了这个问题，合理的量化电化学储能电站调频作用对电网的影响，更直观地用数字反映电化学储能参与调频的作用。用概率统计学方法分析电化学储能电站调频作用对电网贡献程度指标数据的分布情况和概率，进而对调频辅助服务市场机制中的电化学储能相关系数进行动态调整，完善调频辅助服务市场规则，为后续以市场化机制引导储能产业健康有序发展奠定了基础。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步详细的说明：

图1为本发明实施例某电化学储能参与调频市场贡献系数的频数直方图。

具体实施方式

为让本专利的特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图，作详细说明如下：

1、“电化学储能电站调频功率”与“联络线功率偏差”间的关联方法

各地电网AGC控制模式通常采用联络线偏差控制模式(简称TBC模式)，这种模式下的AGC指令由联络线功率偏差和系统频率偏差共同作用生成。而一般电化学储能调频容量较小，对电网频率偏差的作用可忽略不计，因此本发明将联络线功率偏差ΔP_CL作为反映电化学储能电站调频作用的变化量，通过非时变的方式建立“电化学储能电站调频功率”与“联络线功率偏差ΔP_CL”之间的关联性。

已知任一时刻的所有并网机组(共n台)出力、联络线功率与负荷之和为零，即

其中，联络线实际功率P_CL可以用联络线计划功率P_{CL_P}和联络线功率偏差ΔP_CL表示，即

P_CL＝P_{CL_P}+ΔP_CL (2)

对于具有旋转惯量的调频机组(假设共m-1台)，其实时功率等于机组不可调功率部分P_{Gi_不可调}与调频功率P_{Gi_可调}叠加。而电化学储能参与调频时，其调频功率就是实时功率P_储能。结合式(1)和式(2)可得P_储能与ΔP_CL间的关联公式：

2、“系统变化量”计算方法

由公式(3)可以看出，互联电网的联络线功率偏差ΔP_CL与所有调频机组的调频功率强相关，电化学储能电站的调频功率P_储能数值变化会改变联络线功率偏差ΔP_CL。

因此本发明将扣除电化学储能调频功率的联络线功率偏差(ΔP_CL-P_储能)与实际的联络线功率偏差ΔP_CL进行比较，并定义它们绝对值的差值为“系统变化量”，即|ΔP_CL-P_储能|-|ΔP_CL|，如果系统变化量大于零，则电化学储能调频功率对于联络线偏差有抑制作用。反之，说明电化学储能参与调频使得联络线的功率偏差增大。其计算步骤如下：

(1)对每分钟联络线功率偏差数据ΔP_{j_CL}取绝对值，并以天为量纲，对上述数据求和，作为日联络线功率偏差ΔP_{d_CL}，即：

其中，ΔP_{j_CL}为分钟级数据，j为每日历史数据点数，共有1440个点。

(2)将每分钟联络线功率偏差数据ΔP_{j_CL}与相应时刻的电化学储能功率数据P_{j_储能}逐点相减。按照第(1)步的方法，以天为量纲，对扣除储能调频功率后的联络线功率偏差取绝对值求和，记为ΔP_{d_无储能调频}，即

(3)计算电化学储能电站调频作用对联络线功率偏差的作用值，即系统变化量：

ΔY_{d_储能}＝ΔP_{d_无储能调频}-ΔP_{d_CL} (6)

3、衡量电化学储能调频作用对电网贡献程度指标构建方法

(1)按照系统变化量ΔY_{d_储能}的计算方法，可以分别计算出其他参与调频的机组(包括水电、抽蓄机组)对每日联络线功率偏差的影响量ΔY_{d_其他}。由此计算得到扣除储能、水电、抽蓄调频作用的日联络线功率偏差，即

ΔP_{d_无调频}＝ΔP_{d_CL}+ΔY_{d_储能}+ΔY_{d_其他}＝ΔP_{d_无储能调频}+ΔY_{d_其他} (7)

(2)构建指标：将系统变化量除以日联络线功率偏差值(已扣除储能、水电、抽蓄调频作用)，作为每日电化学储能调频作用对电网贡献程度的量化指标G_{d_储能}，即：

G_{d_储能}＝ΔY_{d_储能}/ΔP_{d_无调频}×100％ (8)

(3)量化评价：根据计算出的指标G_{d_储能}对电化学储能电站参与调频辅助服务市场对电网的贡献程度进行评价，当G_{d_储能}＞0时，ΔY_{d_储能}＞0，ΔP_{d_无储能调频}＞ΔP_{d_CL}，电化学储能电站参与调频的功率变化量减小了联络线功率偏差，即电化学储能电站参与调频辅助服务市场能够减小联络线功率偏差。G_{d_储能}越大，电化学储能电站参与调频辅助服务市场对减小联络线功率偏差的效果越明显，其贡献程度越好。

为验证本发明的量化评价方法，采用某电化学储能电站2020年11月-12月、2021年1月-2月共4个月的历史数据，包括：每分钟联络线功率偏差、每分钟电化学储能功率、其他参与调频的水电站和抽蓄电站的每分钟功率。按照上述评估方法，计算该电化学储能电站参与调频辅助服务市场对电网贡献程度，通过概率统计学方法绘制其频数分布直方图如图1所示，该电化学储能调频作用每日对电网贡献程度G_{d_储能}分布范围为[3.7％～14.3％]，平均值为10.2％，标准差为2.3％。

本专利不局限于上述最佳实施方式，任何人在本专利的启示下都可以得出其它各种形式的电化学储能电站参与调频辅助服务市场对电网贡献程度的量化评估方法，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本专利的涵盖范围。

Claims (1)

1.一种电化学储能电站参与调频辅助服务市场对电网贡献程度的量化评估方法，其特征在于：将联络线功率偏差ΔP_CL作为反映电化学储能电站调频作用的变化量，通过非时变的方式建立电化学储能电站调频功率与联络线功率偏差ΔP_CL之间的关联性；

已知任一时刻的所有共n台并网机组的出力、联络线功率与负荷之和为零，即

其中，联络线实际功率P_CL采用联络线计划功率P_{CL_P}和联络线功率偏差ΔP_CL表示，即：

P_CL＝P_{CL_P}+ΔP_CL (2)

对于具有旋转惯量的调频机组，假设共m-1台，其实时功率等于机组不可调功率部分P_{Gi_不可调}与调频功率P_{Gi_可调}叠加；而电化学储能参与调频时，其调频功率就是实时功率P_储能；结合式(1)和式(2)获得P_储能与ΔP_CL间的关联公式：

将扣除电化学储能调频功率的联络线功率偏差(ΔP_CL-P_储能)与实际的联络线功率偏差ΔP_CL进行比较，并定义它们绝对值的差值为系统变化量，即|ΔP_CL-P_储能|-|ΔP_CL|，如果系统变化量大于零，则电化学储能调频功率对于联络线偏差有抑制作用；反之，则说明电化学储能参与调频使得联络线的功率偏差增大；其计算步骤如下：

步骤A1：对每分钟联络线功率偏差数据ΔP_{j_CL}取绝对值，并以天为量纲，对上述数据求和，作为日联络线功率偏差ΔP_{d_CL}，即：

其中，ΔP_{j_CL}为分钟级数据，j为每日历史数据点数，共有1440个点；

步骤A2：将每分钟联络线功率偏差数据ΔP_{j_CL}与相应时刻的电化学储能功率数据P_{j_储能}逐点相减；按照步骤A1的方法，以天为量纲，对扣除储能调频功率后的联络线功率偏差取绝对值求和，记为ΔP_{d_无储能调频}，即：

步骤A3：计算电化学储能电站调频作用对联络线功率偏差的作用值，即系统变化量：

ΔY_{d_储能}＝ΔP_{d_无储能调频}-ΔP_{d_CL} (6)；

步骤B1：按照系统变化量ΔY_{d_储能}的计算方法，分别计算出其他参与调频的机组对每日联络线功率偏差的影响量ΔY_{d_其他}；由此计算得到扣除储能、水电、抽蓄调频作用的日联络线功率偏差，即：

ΔP_{d_无调频}＝ΔP_{d_CL}+ΔY_{d_储能}+ΔY_{d_其他}＝ΔP_{d_无储能调频}+ΔY_{d_其他} (7)

步骤B2：构建指标：将系统变化量除以已扣除储能、水电、抽蓄调频作用的日联络线功率偏差值，作为每日电化学储能调频作用对电网贡献程度的量化指标G_{d_储能}，即：

G_{d_储能}＝ΔY_{d_储能}/ΔP_{d_无调频}×100％ (8)；

步骤B3：量化评价：根据计算出的指标G_{d_储能}对电化学储能电站参与调频辅助服务市场对电网的贡献程度进行评价，当G_{d_储能}＞0时，ΔY_{d_储能}＞0，ΔP_{d_无储能调频}＞ΔP_{d_CL}，G_{d_储能}越大，电化学储能电站参与调频辅助服务市场对减小联络线功率偏差的效果越明显，其贡献程度越好。

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