本書通過對電池儲能系統(tǒng)參與電力調頻的可行性與價值進行分析，確定此項技術具有廣闊的應用前景；研究的電池儲能系統(tǒng)參與電力調頻的協(xié)調控制問題、電池儲能系統(tǒng)參與調頻的容量配置方法，可為儲能參與電力調頻的示范與產業(yè)化工程夯實基礎；針對典型的調頻示范工程進行介紹，提出了電池儲能系統(tǒng)替代某傳統(tǒng)調頻機組參與電力系統(tǒng)調頻的方案設計，為電池儲能系統(tǒng)應用于調頻領域的方向、規(guī)劃與建設提供了有力的支撐。
我國的調頻電源主要為火電機組，通過調整機組有功出力，跟蹤系統(tǒng)頻率變化。但是火電機組響應時滯長、機組爬坡速率低，不能準確跟蹤電網調度的調頻指令，存在調節(jié)延遲、調節(jié)偏差和調節(jié)反向等現(xiàn)象。此外，火電機組頻繁變換功率運行,會加重機組設備疲勞和磨損，影響機組的運行壽命。 比較而言，水電機組響應較快，可以在幾秒內達到滿功率輸出。但水電機組的建設受地理條件的限制，整體可提供的調頻容量較為有限，亟須新的調頻手段以滿足電網調頻要求。電池儲能系統(tǒng)響應速度快，短時功率吞吐能力強，調節(jié)靈活，可在毫秒至秒內實現(xiàn)滿功率輸出，在額定功率內的任何功率點實現(xiàn)精準控制。相關研究表明，持續(xù)充/放電時間為15min的儲能系統(tǒng)，其調頻效率約為水電機組的1.4倍、燃氣機組的2.2倍、燃煤機組的24倍。電池儲能系統(tǒng)與常規(guī)調頻電源相結合，可有效提升電力系統(tǒng)調頻能力，也可獨立作為調頻電源參與電網的調頻服務，彌補大量可再生能源接入電網帶來的頻率偏差問題，提高電網的電能質量和系統(tǒng)穩(wěn)定性，同時降低有害氣體排放。 2016年6月國家能源局下發(fā)了《國家能源局關于促進電儲能參與“三北”地區(qū)電力輔助服務補償(市場)機制試點工作的通知》，首次給予電儲能設施參與輔助服務的獨立合法地位。2017年9月，國家發(fā)展改革委聯(lián)合財政部、工業(yè)和信息化部、科學技術部和國家能源局發(fā)布《關于促進儲能技術與產業(yè)發(fā)展的指導意見》，指出“允許儲能系統(tǒng)與機組聯(lián)合或作為獨立主體參與輔助服務交易”，儲能參與電力調頻輔助服務市場機制初步建立。2017年以來，山東、新疆等多省份陸續(xù)發(fā)布并更新了電力輔助服務市場運營規(guī)則。電力調頻輔助服務補償費用持續(xù)增長。各省的新政中多次出現(xiàn)儲能，儲能在電力調頻輔助服務中的重要地位逐漸凸顯。考慮到當前電池儲能輔助參與電力調頻需求較為迫切，但專題介紹電池儲能調頻技術的書籍較少，特編寫了本書。書中較為全面地介紹了電池儲能系統(tǒng)參與電力調頻的可行性與應用價值，明確了電池儲能系統(tǒng)在電力調頻領域的重要意義，研究了電池儲能系統(tǒng)輔助傳統(tǒng)機組調頻的協(xié)調控制策略，提出了電池儲能系統(tǒng)參與調頻的容量配置方法，并針對典型的儲能調頻示范案例，探討了電池儲能系統(tǒng)輔助傳統(tǒng)調頻機組參與電力調頻的典型設計方案，為儲能參與電力調頻的商業(yè)化應用與示范提供了理論依據(jù)與技術保障。本書共分7章，主要從以下幾個方面展開介紹：為何需要電池儲能系統(tǒng)參與輔助調頻；電池儲能系統(tǒng)參與電力系統(tǒng)調頻的可行性分析；國內外電池儲能系統(tǒng)參與電網調頻的典型示范工程介紹；電池儲能系統(tǒng)參與電力系統(tǒng)調頻服務的控制方法與經濟性研究；電池儲能系統(tǒng)參與電網調頻的優(yōu)化規(guī)劃與運行控制；電池儲能系統(tǒng)替代某傳統(tǒng)調頻機組參與電力系統(tǒng)調頻的方案設計。本書得到了國家重點研發(fā)計劃項目(2017YFB 0903504)、國家自然科學基金項目（51777197）以及國家電網公司科技項目（2018GWJLDKY02）的大力資助，在此深表謝意。中國電力科學研究院有限公司的欣旺達、李穎等同志在本書的編寫過程中提供了諸多幫助并提出寶貴意見，機械工業(yè)出版社的付承桂編輯和諸多同志也為本書出版付出了辛勤的努力，在此表示誠摯的感謝。電池儲能輔助電力系統(tǒng)調頻技術涉及多學科、多領域的專業(yè)知識，盡管編者竭力求實，但受到水平和專業(yè)領域及時間所限，書中難免存在錯誤和不妥之處，懇請讀者不吝賜教。編者2018年8月
前言第1章 緒論11.1 背景及意義21.2 電池儲能技術的發(fā)展現(xiàn)狀41.3 電池儲能調頻應用研究91.4 電力系統(tǒng)頻率調節(jié)131.4.1 電力系統(tǒng)頻率一次調節(jié)131.4.2 電力系統(tǒng)頻率二次調節(jié)141.4.3 發(fā)電機組類型與電力系統(tǒng)頻率調節(jié)151.4.4 國內外電力系統(tǒng)頻率指標和控制要求161.4.5 參與電力調頻的容量要求161.4.6 電力系統(tǒng)調頻與自動發(fā)電控制性能評價171.4.7 現(xiàn)代電網頻率調節(jié)面臨的問題171.5 小結19第2章 電池儲能系統(tǒng)調頻特性分析212.1 技術特性分析212.1.1 電池的倍率特性212.1.2 電池的壽命特點222.2 與火電機組的對比分析232.2.1 出力特征對比分析232.2.2 調節(jié)容量對比分析242.2.3 經濟性對比分析262.3 調頻優(yōu)勢分析272.4 調頻效率分析302.5 效益分析312.5.1 電池儲能系統(tǒng)調頻的靜態(tài)效益322.5.2 電池儲能系統(tǒng)調頻的動態(tài)效益332.5.3 儲能系統(tǒng)調頻的環(huán)境效益342.6 小結35第3章 國內外電池儲能系統(tǒng)調頻案例分析373.1 國內典型案例383.1.1 國家風光儲輸示范基地383.1.2 南方電網寶清電池儲能電站393.1.3 北京石景山熱電廠2MW鋰離子電池儲能電力調頻系統(tǒng)393.2 國外典型案例393.2.1 北美主要儲能調頻項目情況403.2.2 國外電池公司相關儲能項目介紹42第4章 電池儲能系統(tǒng)調頻規(guī)劃配置技術444.1 選址規(guī)劃454.1.1 電池儲能系統(tǒng)參與電網調頻的選址概略454.1.2 電池儲能系統(tǒng)參與電力系統(tǒng)調頻選址步驟與模型474.1.3 電池儲能系統(tǒng)參與電力系統(tǒng)調頻應用的選址實例494.2 容量優(yōu)化配置524.2.1 電池儲能系統(tǒng)參與電網調頻的容量配置概略524.2.2 電池儲能系統(tǒng)參與電網調頻的容量優(yōu)化配置方法544.2.3 電池儲能系統(tǒng)參與電網調頻的容量配置實例614.3 運行控制694.3.1 電池儲能系統(tǒng)參與電網調頻的運行控制概略694.3.2 電池儲能系統(tǒng)參與電網調頻的基本控制模式714.3.3 考慮儲能系統(tǒng)參與電網調頻動作時機與深度的運行方法774.3.4 電池儲能系統(tǒng)參與電網調頻的運行控制實例804.4 小結86第5章 電池儲能系統(tǒng)調頻控制技術885.1 電力系統(tǒng)調頻服務需求概述895.1.1 電力系統(tǒng)頻率控制的必要性895.1.2 電力系統(tǒng)調度控制系統(tǒng)概述905.1.3 電力系統(tǒng)頻率控制的挑戰(zhàn)905.2 調頻服務的考核與補償方法915.2.1 我國電網頻率考核方法915.2.2 電池儲能系統(tǒng)調頻輔助服務補償辦法935.3 自動發(fā)電控制系統(tǒng)945.3.1 自動發(fā)電控制系統(tǒng)概述945.3.2 自動發(fā)電系統(tǒng)架構945.4 電池儲能調頻技術優(yōu)勢955.4.1 電池儲能系統(tǒng)的技術特點955.4.2 電池儲能系統(tǒng)物理模型965.5 電池儲能調頻控制方法1005.5.1 基于PI控制器的電池儲能系統(tǒng)控制策略1005.5.2 基于模型預測控制方法的電池儲能系統(tǒng)調頻控制策略1015.6 電池儲能調頻回報分析1035.6.1 電池儲能系統(tǒng)在電力市場環(huán)境下獲取收益途徑1035.6.2 電池儲能系統(tǒng)參與調頻服務回報分析1045.7 小結106第6章 電池儲能系統(tǒng)調頻典型設計方法1076.1 進行方案設計的背景與意義1086.2 設計思想與原則1096.3 電池儲能系統(tǒng)調頻的原理1096.3.1 儲能系統(tǒng)一次調頻的原理1096.3.2 儲能系統(tǒng)二次調頻的原理1106.4 方案設計1106.4.1 儲能系統(tǒng)功率與容量的確定1106.4.2 儲能系統(tǒng)參與調頻的控制策略設計1126.4.3 電池儲能系統(tǒng)容量控制設計1146.5 小結115第7章 電池儲能調頻運行評估技術1167.1 電池儲能系統(tǒng)調頻控制系統(tǒng)的調試1177.1.1 儲能系統(tǒng)一次調頻控制系統(tǒng)調試1177.1.2 儲能系統(tǒng)二次調頻控制系統(tǒng)調試1187.2 電池儲能系統(tǒng)調頻控制性能評價1207.3 市場風險評估1217.3.1 政策風險1217.3.2 技術風險1217.3.3 標準體系風險1217.4 小結122參考文獻123
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