隨著化石能源危機(jī)及環(huán)境保護(hù)問題的日益突出，具有隨機(jī)性、間歇性和難以預(yù)測性的風(fēng)電等清潔能源得到快速發(fā)展，同時(shí)也給電網(wǎng)調(diào)頻帶來日益嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。常規(guī)機(jī)組調(diào)頻容量有限、響應(yīng)慢、存在死區(qū)振蕩且可能反向調(diào)頻，難以滿足調(diào)頻需求，制約了電網(wǎng)消納清潔能源的能力。

儲能電池是一種時(shí)間尺度靈活的電源，能動(dòng)態(tài)吸收、釋放能量，且其響應(yīng)快速、控制精度高，在參與電網(wǎng)調(diào)頻方面具有優(yōu)勢。2018年以來，國內(nèi)出現(xiàn)了眾多儲能調(diào)頻電站，規(guī)模為9MW/4.5MW.h的有8個(gè)，其中已投運(yùn)的有山西京玉電廠調(diào)頻項(xiàng)目、晉能陽光電廠儲能調(diào)頻項(xiàng)目以及山西同達(dá)電廠儲能AGC調(diào)頻項(xiàng)目。

規(guī)模為9MW/4.478MW◆h的有4個(gè)，其中已投運(yùn)的有內(nèi)蒙古新豐AGC儲能調(diào)頻項(xiàng)目、山西同煤集團(tuán)同達(dá)熱電公司智慧儲能AGC調(diào)頻項(xiàng)目以及山西平朔AGC儲能輔助調(diào)頻系統(tǒng)項(xiàng)目。

已投運(yùn)的還有內(nèi)蒙古上都電廠蓄電池儲能輔助AGC調(diào)頻項(xiàng)目（18MW/8.957MW◆h）以及貴州興義清水河儲能調(diào)頻項(xiàng)目（20MW/10MW◆h）。由此可知，利用儲能電池參與電網(wǎng)二次調(diào)頻是一個(gè)非常重要的手段，而如何科學(xué)合理地配置儲能容量，直接影響儲能的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性，進(jìn)而影響到其在調(diào)頻市場的推廣和應(yīng)用。

各種應(yīng)用場景中，儲能的功率/容量配置都是必須解決的基礎(chǔ)性問題，相關(guān)研究成果時(shí)有報(bào)道。文獻(xiàn)[6]提出了一種以風(fēng)電場壽命周期內(nèi)儲能系統(tǒng)初始購置及更換總成本最低為目標(biāo)，并計(jì)及電池使用壽命及電池更換成本的風(fēng)電場儲能容量優(yōu)化配置方法。

文獻(xiàn)[7]建立了儲能容量配置雙層決策模型，外層以儲能的初始投資與聯(lián)絡(luò)線波動(dòng)懲罰最低為目標(biāo)，內(nèi)層以系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)線功率波動(dòng)最低為目標(biāo)。文獻(xiàn)[8]建立了以一次調(diào)頻備用成本最小為優(yōu)化目標(biāo)的機(jī)會(huì)約束規(guī)劃模型，通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理風(fēng)速隨機(jī)變量，并采用權(quán)重改進(jìn)的線性遞減粒子群算法進(jìn)行求解。

文獻(xiàn)[9]提出一種考慮儲能電池參與一次調(diào)頻技術(shù)經(jīng)濟(jì)模型的容量配置方法，其全壽命周期成本模型較成熟，但沒有深入定量地分析儲能參與調(diào)頻的效益。文獻(xiàn)[10]分析了儲能電池應(yīng)用于配網(wǎng)削峰填谷的經(jīng)濟(jì)性，主要從能源價(jià)格套利、減少傳輸接入成本和延緩電力設(shè)施升級改造三個(gè)方面分析了儲能的效益。文獻(xiàn)[11]從容量收入、電量收入和環(huán)境效益三個(gè)方面對儲能參與風(fēng)電輔助服務(wù)的效益進(jìn)行了分析。

已有見諸報(bào)道的有關(guān)儲能容量配置方法的研究成果主要涉及儲能應(yīng)用于風(fēng)（光伏）電場平抑波動(dòng)與跟蹤計(jì)劃出力或應(yīng)用于輔助一次調(diào)頻，儲能應(yīng)用于輔助電網(wǎng)二次調(diào)頻的容量配置問題鮮見報(bào)道。許多容量配置方法并不是以凈效益最大為目標(biāo)，且已有的以凈效益最大為目標(biāo)的容量配置方法，其成本模型較成熟，但其效益模型還不完善，比較單一，這是因?yàn)椴煌瑧?yīng)用場景效益構(gòu)成不同，且有的效益難以對其進(jìn)行定量分析。

儲能參與二次調(diào)頻的目的不同于平抑波動(dòng)、跟蹤計(jì)劃出力以及參與一次調(diào)頻等應(yīng)用，邊界條件也不相同，即其容量優(yōu)化配置的目標(biāo)函數(shù)與約束條件都不同，因此很有必要研究以凈效益最大為目標(biāo)的儲能參與二次調(diào)頻的容量配置問題，挖掘并定量分析其效益。

本文考慮儲能電池參與二次調(diào)頻的經(jīng)濟(jì)技術(shù)綜合性能，研究儲能參與二次調(diào)頻的容量配置方法。首先構(gòu)建儲能參與二次調(diào)頻的成本-效益計(jì)算模型；基于該模型，以儲能技術(shù)特征以及調(diào)頻需求為約束，建立了以凈效益最大為目標(biāo)的容量配置優(yōu)化模型；提出一種考慮常規(guī)機(jī)組爬坡率限制的儲能參與二次調(diào)頻的初始功率指令分配方法；并給出利用遺傳算法輔助求解該優(yōu)化模型的容量配置方法流程。在確定儲能配置方案的同時(shí)，還可得到滿足調(diào)頻需求的儲能出力計(jì)劃曲線。

結(jié)論

本文研究了以凈效益最大為目標(biāo)的儲能電池參與二次調(diào)頻的容量配置方法，所得結(jié)論如下：

1）所構(gòu)建的儲能電池成本-效益計(jì)算模型能較好地詮釋儲能在二次調(diào)頻中獲得的收益，能夠?yàn)閮δ苋萘颗渲锰峁┮欢ǖ闹巍?/p>

2）所提出的容量配置優(yōu)化模型考慮了調(diào)頻需求對儲能出力的約束作用，便于協(xié)調(diào)配置方案的經(jīng)濟(jì)性和技術(shù)要求，增強(qiáng)了規(guī)劃的靈活性。

3）提出的考慮機(jī)組爬坡率限制的初始功率指令分配方法，有利于更好地發(fā)揮機(jī)組與儲能各自的優(yōu)勢，盡管配置的功率/容量有所增加，但其總體效益以及調(diào)頻效果均能得到更好保障。

4）仿真結(jié)果驗(yàn)證了本文容量配置方法的可行性以及與文獻(xiàn)[9]方法對比的優(yōu)勢；在確定儲能功率/容量的同時(shí)，實(shí)際也根據(jù)調(diào)頻需求給出了儲能調(diào)度參考方案。