中國儲能網(wǎng)訊：7月9-10日，由中國化學與物理電源行業(yè)協(xié)會儲能應用分會聯(lián)合江蘇省電機工程學會、國網(wǎng)江蘇省電力公司電力科學研究院、國網(wǎng)四川綜合能源服務有限公司、國網(wǎng)浙江綜合能源服務有限公司、中國能源建設集團江蘇省電力設計院有限公司、中國科學院電工研究所儲能技術(shù)組等單位共同主辦的“第五屆全國電網(wǎng)側(cè)暨用戶側(cè)儲能技術(shù)應用高層研討會”在江蘇南通文峰酒店召開。
在本次會議上，山西電力公司電力科學研究院樊瑞分享了主題報告《大規(guī)模風儲聯(lián)合系統(tǒng)配置及提供輔助服務關鍵技術(shù)》?，F(xiàn)在，小編經(jīng)過授權(quán)，將演講內(nèi)容整理如下：
樊瑞：各位領導、專家、同仁，大家好！我是山西電科院的樊瑞，我這次為大家?guī)泶笠?guī)模風儲聯(lián)合系統(tǒng)配置，還有提供輔助服務關鍵技術(shù)方面，山西電科院做的一些研究工作。
首先，我介紹一下我們山西目前風電的發(fā)展現(xiàn)狀。山西作為全國的能源大省，隨著能源革命的進行，也喊出了我們不當煤老大，要爭當能源革命排頭兵的口號，若干的指引性文件和示范性的一些項目也開始落地。
看一下裝機容量，我們山西省截止2020年底的新能源總裝機達到3357萬千瓦，同比增長了955萬千瓦，在2020年的增長比較迅速，其中風電的占比已經(jīng)超過了2000萬千瓦。大規(guī)模的風電入網(wǎng)，風電的波動性、間歇性，還有反調(diào)性給電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行帶來的很大困難。
這是去年某一個典型月，就是12月份，我們山西冬季的風比較大，看一下去年12月份波動的情況，分為5分鐘和15分鐘，上面是5分鐘，下面是15分鐘。在5分鐘的情況下，12月5日那天，最大波動已經(jīng)達到47萬千瓦，在當天15分鐘波動超過70萬，達到了大概72萬千瓦左右的樣子，這個給當時電網(wǎng)的調(diào)頻也帶來了一定困難。
除了調(diào)頻還有調(diào)峰方面，風電的反調(diào)峰特性特別明顯，這個也是在去年某個典型日11月份的情況，在當天，山西電網(wǎng)的風電最大的逆調(diào)峰的幅度達到了810萬千萬，給電網(wǎng)調(diào)峰造成了很大壓力。當天凌晨低谷的時候風電超過了一千萬千瓦，高峰的時候只有200多千瓦。
對于我們這種大規(guī)模風電的省份來說，我們急需要儲能的方式和風儲進行聯(lián)合，形成風儲聯(lián)合系統(tǒng)，來提供平抑風電的波動，提高我們跟蹤計劃的精度，必要時候提供一定的有功無功支撐。
雖然風儲聯(lián)合系統(tǒng)能夠帶來如此大的經(jīng)濟和技術(shù)價值，但是風儲聯(lián)合系統(tǒng)畢竟是一個新興的系統(tǒng)，對電網(wǎng)的可靠性，還有運行決策、運行調(diào)度等方面都帶來一定量的轉(zhuǎn)變。我們現(xiàn)在分析一下風儲聯(lián)合系統(tǒng)對電網(wǎng)可靠性的影響。目前對于風儲聯(lián)合系統(tǒng)接入電網(wǎng)缺乏一種直觀、量化的評估手段，現(xiàn)在傳統(tǒng)的可靠性分析方法一般是采用解析法，采用一些可靠性水平指標，比如LOLP、EENS等等進行的。但是對于風儲聯(lián)合系統(tǒng)這種規(guī)模比較大，電力電子元件比較多的場景來說，采用仿真算法比較合適。
在風儲聯(lián)合系統(tǒng)入網(wǎng)當中，由于儲能的存在，他會對原有的電力系統(tǒng)產(chǎn)生額外帶負荷能力提升，下面的等式，右邊的是代表原有系統(tǒng)，左邊的是代表風儲接入之后，R代表可靠性水平指標，比方LOLP、EENS，他們之間的差值CR就是風儲系統(tǒng)能夠額外提供的帶負荷能力。
首先我們把電網(wǎng)的原始數(shù)據(jù)和網(wǎng)絡參數(shù)這些輸入進去，然后利用風速模型產(chǎn)生風速序列，采用仿真的方式，我們得到當前的常規(guī)機組、風電機組的運行狀態(tài)，儲能的運行狀態(tài)，還有負荷等等，計算這個時候的可靠性水平，還有和原有不接入風儲系統(tǒng)的可靠性水平進行誤差校驗，利用弦切法，不斷的更新負荷水平，直到二者的帶負荷能力得到一致，我們可以看一下現(xiàn)在的可靠性水平差值。
這個是用山西大同某一個風電廠做算例仿真的數(shù)據(jù)，直接看左邊的數(shù)據(jù)，上面的紅線是代表不含儲能，就是純粹的風電廠，下面是代表風儲聯(lián)合系統(tǒng)，這里確定儲能容量不變，增加風電廠容量的變化趨勢。他現(xiàn)在采用的可靠性指標是LOLP電力不足概率，這個概率越低，證明電力不足概率越低，系統(tǒng)的可靠性水平越高。藍線普遍低于紅線，也就證明我們風儲聯(lián)合系統(tǒng)加入之后，能夠?qū)﹄娋W(wǎng)可靠性帶來比較不錯的改善。但是隨著風電廠容量的增加，這種該越來越不明顯。
右邊是代表風電廠容量固定，增加儲能容量的變化情況，這里面采用電量不足期望還有剛才的電力不足概率反應，這兩個值都越低證明系統(tǒng)的可靠性水平越高。隨著增大儲能容量，這兩條曲線都是逐漸降低的，就是紅線和藍線。但是其中大概在儲能超過4萬的時候，因為我配比的風場是9萬9，比例大概是40%的時候，他的提升效果越來越不明顯，所以對于我們電網(wǎng)來說，從可靠性水平來考慮，儲能并不是越多越好，而是要跟風電廠進行合理的配比，配置它的容量還有它的運行次數(shù)、開機方式等等，這樣才能達到更好的可靠性水平。
怎么進行優(yōu)化配置？下面介紹一下我們在優(yōu)化配置方面做的一些工作。
首先我們知道儲能的接入形成風儲聯(lián)合系統(tǒng)，對電網(wǎng)的電壓有一定的改善，對系統(tǒng)穩(wěn)定性，具有很高的改善作用。另外，儲能系統(tǒng)具有很好的經(jīng)濟性指標，為了更好體現(xiàn)儲能系統(tǒng)對于大規(guī)模風電并網(wǎng)的支撐作用，我們可以從上面三點，比如對電壓的改善，對穩(wěn)定性的改善，對經(jīng)濟性的改善三者入手建立評估模型。
首先我們看一下儲能裝在哪，適合安裝的位置，適合安裝的位置。從三個指標可以反應我們在不同位置，通過三個指標的變化看一看反應的效果。這個是建立的綜合性指標，經(jīng)濟性指標包括內(nèi)部收益率、投資收益率，環(huán)保性指標包括污染物的治理成本，可靠性采用的還是EENS指標。在并網(wǎng)性方面，考慮電壓偏移，網(wǎng)損，還有平抑波動等等效果。
下面采用的最優(yōu)計算，這個就不贅述了，這個計算出來各個時刻風電的最優(yōu)出力，我們通過在儲能安置在電網(wǎng)不同節(jié)點來看一下指標的變化，在IEEE的30節(jié)點系統(tǒng)中，我們做了一個算例。分別在節(jié)點2、8、18三個地方加裝儲能。
我們可以看到在節(jié)點8的時候，這個藍線代表不加儲能，紅線代表風儲聯(lián)合系統(tǒng)加儲能之后的效果，在節(jié)點8的效果并不明顯，二者其實是接近重合的。但是在節(jié)點2和節(jié)點13，就是最左邊和最右邊這兩幅圖，紅線的波動明顯小于藍線的波動，儲能接入以后對平抑風電波動指標具有很好的作用。
進一步的分析，經(jīng)過上面綜合指標的評判，我們對2、8、13這三個節(jié)點的性能指標進行評判，2、8、13的綜合評價指標出來分別0.025、0.0246和0.023，這個指標越小證明具有更低的網(wǎng)損，更低的電壓偏移。在13節(jié)點，他其實是最低的，綜合評價指標最優(yōu)，適合安裝在13節(jié)點處。而且根據(jù)上面這幅圖可以判斷出來，13在平抑風電波動方面比較適合，所以適合安裝的位置已經(jīng)可以確定出來，是13節(jié)點。
接下來是儲能安多少。從調(diào)頻和調(diào)峰兩方面進行分析，在調(diào)頻方面，我們同樣建立了優(yōu)化模型，它的目標函數(shù)包括風儲聯(lián)合系統(tǒng)調(diào)頻輔助服務的質(zhì)量，投標容量，平抑波動還有一些環(huán)境效益。另外需要考慮風儲系統(tǒng)的功率運行約束，儲能的充放電約束。采用我們山西忻州的風電廠進行分析，這個是用了一年的數(shù)據(jù)，但是一年的數(shù)據(jù)比較多，風電的變化特性也都有不同，所以我們采用聚類方式把一年的方式最后聚合成四個場景，縮減為四類進行計算。
紅線代表計劃出力，藍線代表實際平抑，計算得到這種情況下，我最優(yōu)儲能配置功率是15兆瓦?？梢钥匆幌伦筮叺膱D，藍線代表計劃平抑，黑線代表實際平抑，在1、4這些圖里面，藍線和黑線都是重合的，證明儲能可以很好的跟蹤。但是可以看一下場景3，在大概下午5點到晚上12點之間產(chǎn)生一定的偏差，這是因為這個時間段儲能承擔了一部分電網(wǎng)調(diào)度調(diào)頻指令的一些變化，所以和計劃的曲線產(chǎn)生了一定的差額，但是經(jīng)過優(yōu)化計算，這個其實是最優(yōu)的運行方式。
分析一下成本效益方面，上面是我加裝儲能，下面是沒有安裝儲能，加裝儲能之后，綜合效益可以提升年化的收益約為339.9萬元，對于投資者來說，經(jīng)過計算，可以在6年后收回成本。下面看一下調(diào)頻輔助服務效果，在一年內(nèi)，調(diào)頻輔助服務可以提供1.2-3.9兆瓦不等的調(diào)頻容量。另外可以提供的跟蹤計劃出力精度均達到95%以上，95%還是最低的，此外還能獲得很好的環(huán)境收益。
下面看一下調(diào)頻輔助服務方面，這個同樣也是建立優(yōu)化模型，目標函數(shù)我考慮他的一些負荷的平滑度，還有棄風電量最小。對于約束條件方面，同樣也是考慮風儲系統(tǒng)的功率平衡約束和儲能充放電約束，同樣針對四個不同的場景進行計算，這里面就不說太多了。最后我們計算出來最優(yōu)的配置容量是30.76兆瓦時，最優(yōu)的功率是21兆瓦。我們直接看右邊這幾幅圖，黑線是代表加裝儲能之前的，調(diào)峰之前的，紅線是代表調(diào)峰之后的。黑線和紅線在峰值和谷值方面，紅線都有較大的改善。我們儲能能夠?qū)φ{(diào)峰提供很好的服務效果。
看一下具體效果值，這兩張表上面是沒有加裝儲能之后的，下面是加裝儲能之后的。對于四個場景來說，它的功率偏差提高了大約50%左右。比如場景一從12變到6，場景二從13.7變到7.4，差不多是50%。對于棄風電量得到了非常高的改善。另外，碳排放量也得到大幅的削減，能夠得到較好的環(huán)境收益。
提供了調(diào)峰，調(diào)頻這些服務，我們怎樣對它進行一個評價呢？這個風儲聯(lián)合系統(tǒng)到底好不好？下面介紹一下風儲聯(lián)合系統(tǒng)提供輔助服務的一些綜合評價方法。首先要建立一個評價的指標體系，我們知道風儲聯(lián)合系統(tǒng)接入電網(wǎng)之后，會對電網(wǎng)的系統(tǒng)安全風險帶來很大的提升，很大的改善。對于電能質(zhì)量，電網(wǎng)的可調(diào)度性，接納能力等等都有很大的提高。
除了這些，我們還要考慮經(jīng)濟性，環(huán)境效益。此外，因為風儲聯(lián)合系統(tǒng)在全國都屬于比較新興的產(chǎn)業(yè)，都屬于比較示范性的項目。對于這種示范性項目而言，我們還需要考慮它的產(chǎn)業(yè)帶動，創(chuàng)新性示范效果方面。從示范效果、運行效果、經(jīng)濟效益、環(huán)境效益這四個方面建立一個綜合的總體評價指標。
我們采用雷達圖的方式來直觀展示一下。這里面是采用的現(xiàn)實的算例，在這個項目一期裝機容量風電是14萬，儲能裝了2萬。二期計劃，還沒有上，計劃安裝風電56萬，儲能增長到4萬。在這個雷達圖里，紅線代表二期，一期是藍線，一期普遍是包裹于紅線當中的，證明二期具有更好的效果。一期缺額在左下角的這幾個指標，分別是新能源的接納能力，收益率等等。二期從這幾個方面入手，改善了這個現(xiàn)象。通過綜合評價指標，也可以得到我這個項目現(xiàn)在缺失在哪，我應該從什么方面來補足。通過這種直觀展示的方式，指導我該從哪里入手。
最后，我對風儲聯(lián)合系統(tǒng)做一個總結(jié)：
從綜合效益方面，風儲聯(lián)合系統(tǒng)能夠提供輔助服務，提高可再生能源的滲透率，減少高峰負荷，對應的電網(wǎng)投資浪費。風儲聯(lián)合系統(tǒng)參與輔助服務市場成為解決棄風限電、投資浪費等問題的關鍵性考慮。
從調(diào)頻輔助服務，因為電池儲能具備優(yōu)異的控制性能，可以用于功率頻率的控制，實現(xiàn)快速的頻率控制，對電網(wǎng)的頻率穩(wěn)定性做很好的支撐。同時，能夠支撐AGC的功能。
從調(diào)峰輔助服務方面，風儲聯(lián)合系統(tǒng)能夠在電網(wǎng)負荷低谷和高峰時段都提供調(diào)峰的效果，配合電網(wǎng)進行調(diào)峰，能夠減輕電網(wǎng)機組火電當中的調(diào)峰壓力，減少棄風這些效果。
我的匯報就到此結(jié)束，請各位領導、專家多多批評指正。我希望隨著我們共同的努力，能夠助力儲能產(chǎn)業(yè)更快，更可持續(xù)的發(fā)展。謝謝大家！
