本书通过对电池储能系统参与电力调频的可行性与价值进行分析，确定此项技术具有广阔的应用前景；研究的电池储能系统参与电力调频的协调控制问题、电池储能系统参与调频的容量配置方法，可为储能参与电力调频的示范与产业化工程夯实基础；针对典型的调频示范工程进行介绍，提出了电池储能系统替代某传统调频机组参与电力系统调频的方案设计，为电池储能系统应用于调频领域的方向、规划与建设提供了有力的支撑。
我国的调频电源主要为火电机组，通过调整机组有功出力，跟踪系统频率变化。但是火电机组响应时滞长、机组爬坡速率低，不能准确跟踪电网调度的调频指令，存在调节延迟、调节偏差和调节反向等现象。此外，火电机组频繁变换功率运行,会加重机组设备疲劳和磨损，影响机组的运行寿命。 比较而言，水电机组响应较快，可以在几秒内达到满功率输出。但水电机组的建设受地理条件的限制，整体可提供的调频容量较为有限，亟须新的调频手段以满足电网调频要求。电池储能系统响应速度快，短时功率吞吐能力强，调节灵活，可在毫秒至秒内实现满功率输出，在额定功率内的任何功率点实现精准控制。相关研究表明，持续充/放电时间为15min的储能系统，其调频效率约为水电机组的1.4倍、燃气机组的2.2倍、燃煤机组的24倍。电池储能系统与常规调频电源相结合，可有效提升电力系统调频能力，也可独立作为调频电源参与电网的调频服务，弥补大量可再生能源接入电网带来的频率偏差问题，提高电网的电能质量和系统稳定性，同时降低有害气体排放。 2016年6月国家能源局下发了《国家能源局关于促进电储能参与“三北”地区电力辅助服务补偿(市场)机制试点工作的通知》，首次给予电储能设施参与辅助服务的独立合法地位。2017年9月，国家发展改革委联合财政部、工业和信息化部、科学技术部和国家能源局发布《关于促进储能技术与产业发展的指导意见》，指出“允许储能系统与机组联合或作为独立主体参与辅助服务交易”，储能参与电力调频辅助服务市场机制初步建立。2017年以来，山东、新疆等多省份陆续发布并更新了电力辅助服务市场运营规则。电力调频辅助服务补偿费用持续增长。各省的新政中多次出现储能，储能在电力调频辅助服务中的重要地位逐渐凸显。考虑到当前电池储能辅助参与电力调频需求较为迫切，但专题介绍电池储能调频技术的书籍较少，特编写了本书。书中较为全面地介绍了电池储能系统参与电力调频的可行性与应用价值，明确了电池储能系统在电力调频领域的重要意义，研究了电池储能系统辅助传统机组调频的协调控制策略，提出了电池储能系统参与调频的容量配置方法，并针对典型的储能调频示范案例，探讨了电池储能系统辅助传统调频机组参与电力调频的典型设计方案，为储能参与电力调频的商业化应用与示范提供了理论依据与技术保障。本书共分7章，主要从以下几个方面展开介绍：为何需要电池储能系统参与辅助调频；电池储能系统参与电力系统调频的可行性分析；国内外电池储能系统参与电网调频的典型示范工程介绍；电池储能系统参与电力系统调频服务的控制方法与经济性研究；电池储能系统参与电网调频的优化规划与运行控制；电池储能系统替代某传统调频机组参与电力系统调频的方案设计。本书得到了国家重点研发计划项目(2017YFB 0903504)、国家自然科学基金项目（51777197）以及国家电网公司科技项目（2018GWJLDKY02）的大力资助，在此深表谢意。中国电力科学研究院有限公司的欣旺达、李颖等同志在本书的编写过程中提供了诸多帮助并提出宝贵意见，机械工业出版社的付承桂编辑和诸多同志也为本书出版付出了辛勤的努力，在此表示诚挚的感谢。电池储能辅助电力系统调频技术涉及多学科、多领域的专业知识，尽管编者竭力求实，但受到水平和专业领域及时间所限，书中难免存在错误和不妥之处，恳请读者不吝赐教。编者2018年8月
前言第1章 绪论11.1 背景及意义21.2 电池储能技术的发展现状41.3 电池储能调频应用研究91.4 电力系统频率调节131.4.1 电力系统频率一次调节131.4.2 电力系统频率二次调节141.4.3 发电机组类型与电力系统频率调节151.4.4 国内外电力系统频率指标和控制要求161.4.5 参与电力调频的容量要求161.4.6 电力系统调频与自动发电控制性能评价171.4.7 现代电网频率调节面临的问题171.5 小结19第2章 电池储能系统调频特性分析212.1 技术特性分析212.1.1 电池的倍率特性212.1.2 电池的寿命特点222.2 与火电机组的对比分析232.2.1 出力特征对比分析232.2.2 调节容量对比分析242.2.3 经济性对比分析262.3 调频优势分析272.4 调频效率分析302.5 效益分析312.5.1 电池储能系统调频的静态效益322.5.2 电池储能系统调频的动态效益332.5.3 储能系统调频的环境效益342.6 小结35第3章 国内外电池储能系统调频案例分析373.1 国内典型案例383.1.1 国家风光储输示范基地383.1.2 南方电网宝清电池储能电站393.1.3 北京石景山热电厂2MW锂离子电池储能电力调频系统393.2 国外典型案例393.2.1 北美主要储能调频项目情况403.2.2 国外电池公司相关储能项目介绍42第4章 电池储能系统调频规划配置技术444.1 选址规划454.1.1 电池储能系统参与电网调频的选址概略454.1.2 电池储能系统参与电力系统调频选址步骤与模型474.1.3 电池储能系统参与电力系统调频应用的选址实例494.2 容量优化配置524.2.1 电池储能系统参与电网调频的容量配置概略524.2.2 电池储能系统参与电网调频的容量优化配置方法544.2.3 电池储能系统参与电网调频的容量配置实例614.3 运行控制694.3.1 电池储能系统参与电网调频的运行控制概略694.3.2 电池储能系统参与电网调频的基本控制模式714.3.3 考虑储能系统参与电网调频动作时机与深度的运行方法774.3.4 电池储能系统参与电网调频的运行控制实例804.4 小结86第5章 电池储能系统调频控制技术885.1 电力系统调频服务需求概述895.1.1 电力系统频率控制的必要性895.1.2 电力系统调度控制系统概述905.1.3 电力系统频率控制的挑战905.2 调频服务的考核与补偿方法915.2.1 我国电网频率考核方法915.2.2 电池储能系统调频辅助服务补偿办法935.3 自动发电控制系统945.3.1 自动发电控制系统概述945.3.2 自动发电系统架构945.4 电池储能调频技术优势955.4.1 电池储能系统的技术特点955.4.2 电池储能系统物理模型965.5 电池储能调频控制方法1005.5.1 基于PI控制器的电池储能系统控制策略1005.5.2 基于模型预测控制方法的电池储能系统调频控制策略1015.6 电池储能调频回报分析1035.6.1 电池储能系统在电力市场环境下获取收益途径1035.6.2 电池储能系统参与调频服务回报分析1045.7 小结106第6章 电池储能系统调频典型设计方法1076.1 进行方案设计的背景与意义1086.2 设计思想与原则1096.3 电池储能系统调频的原理1096.3.1 储能系统一次调频的原理1096.3.2 储能系统二次调频的原理1106.4 方案设计1106.4.1 储能系统功率与容量的确定1106.4.2 储能系统参与调频的控制策略设计1126.4.3 电池储能系统容量控制设计1146.5 小结115第7章 电池储能调频运行评估技术1167.1 电池储能系统调频控制系统的调试1177.1.1 储能系统一次调频控制系统调试1177.1.2 储能系统二次调频控制系统调试1187.2 电池储能系统调频控制性能评价1207.3 市场风险评估1217.3.1 政策风险1217.3.2 技术风险1217.3.3 标准体系风险1217.4 小结122参考文献123
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