隨著化石能源危機及環(huán)境保護問題的日益突出，具有隨機性、間歇性和難以預測性的風電等清潔能源得到快速發(fā)展，同時也給電網調頻帶來日益嚴峻的挑戰(zhàn)。常規(guī)機組調頻容量有限、響應慢、存在死區(qū)振蕩且可能反向調頻，難以滿足調頻需求，制約了電網消納清潔能源的能力。

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

規(guī)模為9MW/4.478MW◆h的有4個，其中已投運的有內蒙古新豐AGC儲能調頻項目、山西同煤集團同達熱電公司智慧儲能AGC調頻項目以及山西平朔AGC儲能輔助調頻系統(tǒng)項目。

已投運的還有內蒙古上都電廠蓄電池儲能輔助AGC調頻項目（18MW/8.957MW◆h）以及貴州興義清水河儲能調頻項目（20MW/10MW◆h）。由此可知，利用儲能電池參與電網二次調頻是一個非常重要的手段，而如何科學合理地配置儲能容量，直接影響儲能的技術經濟性，進而影響到其在調頻市場的推廣和應用。

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

文獻[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)絡線波動懲罰最低為目標，內層以系統(tǒng)聯(lián)絡線功率波動最低為目標。文獻[8]建立了以一次調頻備用成本最小為優(yōu)化目標的機會約束規(guī)劃模型，通過神經網絡處理風速隨機變量，并采用權重改進的線性遞減粒子群算法進行求解。

文獻[9]提出一種考慮儲能電池參與一次調頻技術經濟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頻的效益。文獻[10]分析了儲能電池應用于配網削峰填谷的經濟性，主要從能源價格套利、減少傳輸接入成本和延緩電力設施升級改造三個方面分析了儲能的效益。文獻[11]從容量收入、電量收入和環(huán)境效益三個方面對儲能參與風電輔助服務的效益進行了分析。

已有見諸報道的有關儲能容量配置方法的研究成果主要涉及儲能應用于風（光伏）電場平抑波動與跟蹤計劃出力或應用于輔助一次調頻，儲能應用于輔助電網二次調頻的容量配置問題鮮見報道。許多容量配置方法并不是以凈效益最大為目標，且已有的以凈效益最大為目標的容量配置方法，其成本模型較成熟，但其效益模型還不完善，比較單一，這是因為不同應用場景效益構成不同，且有的效益難以對其進行定量分析。

儲能參與二次調頻的目的不同于平抑波動、跟蹤計劃出力以及參與一次調頻等應用，邊界條件也不相同，即其容量優(yōu)化配置的目標函數(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的儲能參與二次調頻的容量配置問題，挖掘并定量分析其效益。

本文考慮儲能電池參與二次調頻的經濟技術綜合性能，研究儲能參與二次調頻的容量配置方法。首先構建儲能參與二次調頻的成本-效益計算模型；基于該模型，以儲能技術特征以及調頻需求為約束，建立了以凈效益最大為目標的容量配置優(yōu)化模型；提出一種考慮常規(guī)機組爬坡率限制的儲能參與二次調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，還可得到滿足調頻需求的儲能出力計劃曲線。

結論

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

1）所構建的儲能電池成本-效益計算模型能較好地詮釋儲能在二次調頻中獲得的收益，能夠為儲能容量配置提供一定的支撐。

2）所提出的容量配置優(yōu)化模型考慮了調頻需求對儲能出力的約束作用，便于協(xié)調配置方案的經濟性和技術要求，增強了規(guī)劃的靈活性。

3）提出的考慮機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頻效果均能得到更好保障。

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