[发明专利]一种面向电网AGC调频的储能收益计算方法

摘要

本发明涉及一种面向电网AGC调频的储能收益计算方法，包括的步骤有：参与AGC调频储能电池类型的选取和电池储能参与AGC调频的经济模型建立，它从储能调频经济性角度出发，建立电池储能系统参与电网辅助调频的经济模型，综合考虑电力系统及储能系统整体利益，研究计算各种常用的调频储能应用于辅助电网调频的经济效益，并对储能的功率/容量配置与经济性的关系进行了分析，提升了电池储能系统辅助电网调频的经济效益。

主权项

1.一种电池储能响应电网AGC调频收益的计算方法，其特征是，它包括建立电池储能系统参与电网辅助调频的经济模型，综合考虑电力系统及储能系统整体利益，研究计算各种常用的调频储能应用于辅助电网调频的经济效益，并对储能的功率/容量配置与经济性的关系进行分析，具体步骤是：1)参与AGC调频电池储能类型的选取电力系统的频率调节主要是由一次调频和二次调频来保证电网频率的稳定，其中一次调频为机组调速器及负荷特性吸收电网高频低幅的负荷波动以减少频率波动，调节时间为秒级至分钟级且为有差调节；二次调频为AGC控制调频机组响应调频指令以平抑区域控制偏差，主要应对波动幅度较大的负荷波动，调节的时间为分钟级且为无差调节；电网一、二次调频指令中充电和放电的时间较短，二者之间转换较为频繁，因此需要根据电网调频的特性选择能够满足调频要求的电池储能类型；应用于辅助电网频率调节的电池储能系统应具有较大的功率输出且能快速、精确的跟踪电网调频指令充放电动作，此外电池的成本、转换效率、循环使用寿命及安全性也是选择电池储能类型的重要因素，目前常用的储能系统包括：磷酸铁锂电池、钛酸锂电池、钠硫电池、全钒液流电池，大规模应用于电力系统中时各有优缺点，其中磷酸铁锂电池充放电效率高、技术成熟，是目前应用较广的调频电池储能系统，但其较低的循环寿命及高额的成本成为现阶段限制磷酸铁锂电池大规模应用的主要瓶颈；钛酸锂电池不易燃不易爆，具有极高的安全性但其建造成本高昂，高额的投资成本限制了它的大规模发展；钠硫电池充放电过程中需要高温溶解钠硫，控制不当可能会造成电池自燃自爆，安全性较低；全钒液流电池工作在5℃～45℃之间，循环寿命长但其能量密度低、占地面积大；不同类型的电池储能适用不同的应用场景，因此需要建立储能系统参与电网辅助调频的经济模型，计算对比分析各种常用的调频储能应用于辅助电网调频的综合效益，选取经济效益较好的储能类型；2)电池储能参与AGC调频的经济模型建立对于电池储能响应电网AGC调频综合收益包括储能系统调频的辅助电量收益、环境回收收益及投资建设成本、运行维护成本、惩罚成本，则储能系统的综合收益由(1)式计算：S(E)＝Eene(E)+B0(E)‑Cinv‑Cope‑mai‑Cpun                (1)式中，S(E)为储能系统的综合收益，元；E为储能系统的容量配置，MW·h；Cinv为储能系统的投资建设成本，元；Cope‑mai为储能系统的运行维护成本，元；Cpun为储能系统的惩罚成本，元；储能系统应对电网调频需求的电量效益Eene由(2)式计算：Eene＝CE_c×Efre_c+CE_d×Efre_d+CR_d×ER_d                (2)式中，CE_c为储能调频单位充电电量补偿费用，元/(MWh)；Efre_c为储能调频的充电电量，MWh；CE_d为储能调频的单位放电电量补偿费用，元/MWh；Efre_d为储能调频的放电电量，MWh；ER_d为储能荷电状态远离返回区的放电电量，MWh；CR_d为储能荷电状态远离返回区单位放电电量补偿费用，元/MWh；利用储能系统响应电网调频指令的环境回收收益包括环境效益Benv和回收效益Bre；环境回收收益B0(E)由(3)式计算：B0(E)＝Bre+Benv                         (3)环境效益是指储能系统替代其他化石能源发电的节能减排效益和储能系统寿命终止的回收收益，电池储能系统响应电网调频指令的环境效益Benv由(4)式计算：Benv＝Cf×Eenv                          (4)式中，Cf为火电机组生产单位电能的排放成本，元/MWh；Eenv为储能替代火电机组调频电量，MWh；回收效益主要指对储能系统中的金属材料进行回收的收益，响应电网调频指令的储能系统回收效益Bre由(5)式计算：式中，ρ为电池储能的能重比，t/MWh；Nb_cycle为电池循环充放电次数；Ei为第i次调频的电量，MWh；Erated为储能系统额定容量，MWh；Crec为单位质量电池的回收收益，元/t；电池储能系统的投资建设成本与其所能吞吐的最大功率和容量有关，投资建设成本Cinv由(6)式计算：式中，Cinv为电池储能的容量成本，元；Erated为电池储能的容量配置，MWh；Prated为电池储能系统的额定功率，MW；CE为电池储能的容量价格，元/MWh；CP为电池储能的功率价格，元/MW，Ei为第i次调频的电量，Nb_cycle为电池循环充放电次数，Ti为第i次调频的运行时间，Tpcs_life为变流器寿命；电池储能系统运行维护成本包括运行成本和维护成本；电池的荷电状态处于较低水平时为保证储能系统能够在下个时刻响应调频需求，需对储能系统进行充电，充电费用构成系统的运行成本；另一方面，在运行过程中，为了保证储能系统优良的特性，需要对储能系统进行维护，即储能系统的维护成本，其维护成本主要与储能电池的额定功率有关，可用初始投资的百分比计算；电池储能系统运行维护成本Cope‑mai由(7)式计算：式中，CR_c为电池储能单位充电价格，元/MWh；ER_c为储能荷电状态远离返回区的充电电量，MWh；β为维护费用折算为初期功率成本的折算系数；在储能系统荷电状态处于危险区或返回区时，考虑系统安全约束，无法精确响应电网的AGC调频指令，应对其进行一定的惩罚；其中荷电状态处于危险区时的惩罚功率为缺额功率，处于返回区的惩罚功率为调频指令功率；惩罚成本CPun与响应的缺额功率有关，由(8)式计算：式中，Cdanger为危险区的惩罚价格，元/(MW)；Pdanger(i)为第i次调频时荷电状态在危险区的缺额功率，MW；Creturn为返回区的惩罚价格，元/MW；Preturn(i)为第i次调频时荷电状态在返回区的调频缺额功率，MW。