儲能參與輔助服務市場的應用及計算方法

陳謙 劉文鋒

摘? 要：隨著持續推進能源供給側結構性改革，我國能源消費供給、能源結構轉型、能源系統呈現新態勢，分布式能源發展迅猛。儲能具有彌補間歇式新能源、良好的調頻性能等優點，其參與電力市場及輔助服務市場是當前的發展趨勢，研究儲能參與輔助服務的應用情況，及儲能電站并網運行及輔助服務管理技術支持系統各項評價細則的算法，通過示例做出計算說明。

關鍵詞：儲能;輔助服務;電力市場

中圖分類號：TP39? 文獻標識碼：A 文章編號：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

儲能系統作為智能電網、可再生能源高占比能源系統、“互聯網+”智慧能源的關鍵支撐，儲能的充放電不受天氣影響，可與風電、光伏等間歇式形成互補，助力電網安全穩定運行。隨著我國持續推進能源供給側結構性改革，推動能源發展方式由粗放式向提質增效轉變，我國能源消費供給、能源結構轉型、能源系統形態呈現新的發展趨勢，在碳達峰、碳中和國家戰略目標驅動下，儲能作為支撐新型電力系統的重要技術和基礎裝備，其規模化發展已成為必然趨勢[1]。2020年國內電化學儲能新增裝機規模逆勢而漲，達到1.56 GW，同比增長145%，截至2020年底，國內電化學儲能的累計裝機規模為3.27 GW，十四五期間，隨著儲能商業模式逐步清晰，電化學儲能裝機量將呈現高速增長態勢。

在國外，儲能已經是調頻輔助服務市場的重要參與者。我國在儲能參與輔助服務的市場應用場景、商業模式、效益評估方面已有深入研究。2018年，南方監管局發布《南方區域電化學儲能電站并網運行管理及輔助服務管理實施細則》，明確鼓勵各類市場主體投資建設儲能設施，促進儲能電站并網運行，參與電力市場及輔助服務市場。2021年08月，為深入貫徹落實國家碳達峰、碳中和決策部署，推動構建以新能源為主體的新型電力系統，保障電力系統安全、優質、經濟運行，規范電力系統并網運行管理和輔助服務管理，國家能源局形成了《并網主體并網運行管理規定（征求意見稿）》和《電力系統輔助服務管理辦法（征求意見稿）》[2]，針對10 kV及以上可供電力調度機構直接調度的儲能電站等主體提出并網管理規則。

1? 儲能在電力系統輔助服務中的應用

儲能系統需遵循并網運行管理及輔助服務管理實施細則參與輔助服務，在考核方面，可參與調度管理考核，頻率異常響應考核，電壓異常響應考核，低電壓穿越考核，高電壓穿越考核，有功功率調節能力考核，母線電壓考核，調度紀律考核，繼電保護與安自裝置考核，通信裝置考核，自動化裝置考核，AGC考核等管理等;在補償方面，可參與AGC補償、充電調峰補償等[3]。

2? 儲能參與輔助服務市場的考核計算

2.1? 儲能站建模參數

每個儲能站應向電力調度機構或輔助服務考核系統提供該站點的容量、充放電時間、最大充放電功率等涉網參數。上述參數在創建儲能站時作為屬性項配置建模在系統中，用于后續考核電量與補償電量的計算。本文以儲能站容量為10 MW·h，最大充放電時間1 h，最大充放電功率10 MW，并網電壓為10 kV為例構建儲能站模型，參與下文計算。

此外，儲能站還應實時上送運行狀態數據，如并網點三相實時電壓、實時充放電功率、實時累計充放電量、可調節能力（剩余容量SOC）等。

2.2? 頻率異常響應考核

當電網頻率出現異常時，儲能系統要根據頻率異常的情況相應調整充放行為或脫網運行，主要要求有以下五點：

（1）當f<48，儲能電站不應處于充電狀態。

（2）當48≤f<49.5，在其額定功率和當前剩余電量允許的運行范圍內，處于充電狀態的儲能電站應在0.2 s內轉為放電狀態，對于不具備放電條件或其他特殊情況，應在0.2s 內與電網脫離。處于放電狀態的儲能電站應能連續運行。

（3）49.5≤f≤50.2，儲能電站應正常運行。

（5）當f>50.5，儲能電站不應處于放電狀態。對不滿足頻率異常響應要求的，根據全站額定容量的n小時為考核標準進行考核。

按上文的儲能站配置，當發生電網頻率為50.1 Hz時，儲能電站不能正常運行的，考核電量為：

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

2.3? 電壓異常響應考核

除要求在高低電壓穿越的電壓區域時，儲能系統能滿足高低電壓穿越的要求外，當0.85 p.u.≤U≤1.1 p.u.時，儲能系統應能正常運行，對不滿足電壓異常響應要求的，根據全站額定容量的n小時為考核標準進行考核。

按上文的儲能站配置，當儲能站升壓變高壓側電壓為10.2 kV，即：

時，若發生儲能電站不能正常運行的，則考核電量為：

Q電壓異常響應=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儲能系統在電網電壓跌落時的穿越能力，如發生電網單相接地且故障瞬時切除，則儲能系統在規范定義的曲線時間內應能正常運行。電壓恢復時間超出曲線定義范圍后，儲能系統可以與電網斷開連接。主要要求如下：

并網點電壓跌落至0 V，持續時間小于0.15 s，儲能電站應能持續并網運行;

從電壓0 V開始恢復，升至0.2 Un及以上，持續時間小于0.475 s，儲能電站應能持續并網運行;

從0.2 Un爬升至0.85 Un，用時小于1.375 s，儲能電站應能持續并網運行;

電壓高于0.85 Un，儲能電站應能長期持續并網運行。

對不滿足低電壓穿越要求的，根據全站額定容量的n小時為考核標準進行考核。按上文的儲能站配置，當發生低電壓穿越考核時，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儲能系統在并網電壓超過額定電壓的110%以上時的穿越能力，主要要求如下：

并網點電壓升至1.3 Un以內，持續時間少于0.5 s，儲能電站應能持續并網運行;

并網點電壓升至1.2 Un以內，持續時間少于9.5 s，儲能電站應能持續并網運行;

并網點電壓升至1.1 Un以內，儲能電站應能長期持續并網運行。

對不滿足高電壓穿越要求的，根據全站額定容量的n小時為考核標準進行考核。按上文的儲能站配置，當發生高電壓穿越考核時，考核電量為：

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

2.6? 有功功率調節能力考核

儲能電站可通過就地監控系統本地控制，或調度系統遠方控制指令，控制充放電功率及調節頻率，各項指標要求如表1所示。

有功功率調節過程中，出現不滿足上表要求的，根據全站額定容量的n小時為考核標準進行考核。按上文的儲能站配置，當發生有功功率調節響應不滿足要求時，考核電量為：

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

2.7? 母線電壓考核

本條款考核儲能電站的電壓合格水平，當并網母線電壓與額定電壓的偏差大于±3%，計為不合格。電壓合格率每分鐘記錄一次，按15分鐘作為一個時段統計母線（并網點）電壓合格率，按日統計母線（并網點）電壓合格率。如第一個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%，每天共統計96次十五分鐘電壓合格率，最終取平均值作為當天電壓合格率。

電壓合格率不低于99.9%免考，每降低0.05%。按儲能站當月額定容量的n小時為考核標準進行考核。假設當天計算的電壓合格率為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

儲能電站的自動發電控制（AGC）考核主要考核調節速率、調節范圍、響應時間和調節精度的性能指標[4，5]。主要要求為：

（1）調節速率為額定容量的100%/分鐘。

（2）調節范圍為額定容量的100%。

（3）調節精度不超過額定出力的1.5%。

AGC考核電量=[1-（調節速率合格率×0.5+調節范圍合格率×0.25+調節誤差合格率 ×0.25）]×考核時段內儲能電站上網電量之和×0.1%。

假設本次考核時段上網電量為5 MW·h，調節速率合格率為90%，調節范圍合格率為85%，調節誤差合格率為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

儲能電站應遵循《南方區域發電廠并網運行管理實施細則》中關于調度紀律、調度管理、繼電保護與安自裝置、自動化裝置、通信裝置等相關管理規定，違反規定的，電力調度機構按照《南方區域發電廠并網運行管理實施細則》相關條款進行考核，每次考核電量的計算方法如表2所示。

3? 儲能參與輔助服務市場的補償計算

3.1? AGC補償

儲能電站參與AGC服務的，根據調節容量、調節電量，對儲能電站提供的AGC服務實施補償。每15分鐘為一個補償時段，每日統計補償費用，月度匯總。

當AGC性能考核不合格時，該時段對應的AGC補償為零。

3.1.1? 調節容量補償

每分鐘計算整分鐘時刻的調節容量：

其中，Pu，Pl，Pi分別為AGC調節上限值、下限值和實時出力。

一個調度時段（15分鐘）的容量服務供應量：

一天的調節容量為：

一天的調節容量補償費用為（以廣東地區為例）：

3.1.2? 調節電量補償

根據AGC指令獲取起始時刻，終止時刻，起始出力，目標出力。

其中，Pki為當前實際出力;為AGC起始出力，為AGC目標出力，調節電量積分時段為指令下發時刻到指令結束時刻，取之于AGC考核中的值。

本次AGC充電電量補償費用為（以廣東地區為例）：

3.2? 充電電量

儲能電站根據電力調度機構指令進入充電狀態的，按其提供充電調峰服務統計，對充電電量進行補償，每15分鐘為一個補償時段，每日統計補償費用，月度匯總。

補償費用（萬元）=充電電量×0.05? ? ? ? ? ? （15）

4? 結? 論

2020年9月中國明確提出2030年“碳達峰”與2060年“碳中和”目標，儲能是實現“雙碳”目標的重要支撐技術之一，儲能產業的發展與成熟對于加快構建以新能源為主的電力系統具有重要意義。并網儲能能夠提供調峰調頻等輔助服務、有效管理電網阻塞、抑制價格波動等作用。國內外正積極探索儲能參與市場的框架設計、修正能量市場模型、設計市場價格機制，促進儲能參與電力市場。儲能參與電力市場的前景廣闊，輔助服務市場是電力市場的一個重要組成部分，是系統安全穩定運行的保障，因此，研究國家出臺的管理細則修正算法，準確計算儲能參與輔助市場的情況，具有重要意義。

參考文獻：

[1] 南方能源監管局.南方區域“兩個細則”（2020年修訂版） [S].國家能源局南方監管局，2021.

[2] 李建林，譚宇良，趙錦，等.電網側儲能發展態勢及技術走向 [J].電器與能效管理技術，2020（5）：1-6.

[3] 陳夢嬌.基于電力市場的儲能參與輔助服務研究 [D].北京：華北電力大學（北京），2020.

[4] 連勃，張斯亮，牟樂，等.儲能系統輔助火電AGC調頻工程評估與設計技術要點 [J].內蒙古電力技術，2021，39（1）：76-80+84.

[5] 王楠，李振，周喜超，等.發電廠AGC與儲能聯合調頻特性及仿真 [J].熱力發電，2021，50（8）：148-156.

作者簡介：陳謙（1983—），男，漢族，山東棗莊人，智慧能源事業部副總監，高級工程師，本科，研究方向：電力市場;劉文峰（1987—），男，漢族，湖北天門人，高級電能質量工程師，碩士研究生，中級工程師，研究方向：儲能技術及綜合能源應用研究。