细说储能：AGC原理与储能联合调频

4 储能联合调频

近年来，随着储能电池成本的显著下降，储能系统的商业化逐渐成为可能，储能系统在电力系统发输配用各个领域的应用迅速展开，火电AGC调频是储能系统商业化的典范。

储能+火电的联合调频系统可以说是绝配，两者相互补充，发挥各自优势，使得常规燃煤机组调频性能直追燃气机组。对于高频波动的随机负荷分量及部分脉动分量，储能系统具备几乎实时响应的能力，而对于小波动，缓慢出力的脉动分量及持续分量（参考电网负荷分解曲线），火电机组应对的游刃有余。储能在此有2个方面的优势：提高机组性能K值，延长机组运行寿命。

储能系统的投入大幅度抬高了机组K值。我们来逐个分析：对于调节速率K1，若调频出力在储能系统的额定处理范围之内，系统可以在几秒钟之内出力100%，K1直接拿满分5分，当然每天会综合煤电机组的调节速率（0.9左右），联合调频的平均调节速率会在2.5以上；响应时间K2：储能响应时间在2S以内，按公式计算K2=0.993以上，约等于理论最高值1；调节精度K3也会因储能的协作有所提高，在0.9以上，但优化效果并不像K1和K2一样立竿见影。带入上述数据，保守估算综合指标：

K=0.25×（2K1+K2+K3）=0.25×（2×2.5+0.993+0.9）=1.725

该指标大于燃气机组的1.65。根据实际运行数据反馈，储能联合调频系统的K值可高达2.0以上。

储能的参与还可以延长火电机组使用寿命。我们知道一个燃煤机组最小300MW，目前主流在600MW以上，我们以600MW为例，机组调节速率在9MW/min,调度来了个6MW的指令，要动作，90MW甚至200MW的指令，机组同样需要动作。而经过测算，6MW的指令，机组仅运行40s钟，在这40s中内，要进出一次死区，这里的死区并非无人区，而是调速阀门开启和闭合的静态惯性区间。比如50Hz系统发电机转速为3000转，当转述在±2转/分钟（对应频率变化为±0.034Hz）波动时，机组继续平稳运行，不做任何响应，超过这一限度，调速器就要动作。调速阀门动作越多，磨损越重，运维次数响应增多，长期积累下来，机组寿命必然会缩短。

储能设备的加入，可将随机负荷分量以及部分脉动分量承担下来，启动瞬间充放电功能，避免机组的频繁动作。若机组因加装了储能系统而延长了一年的使用寿命，则仅这一项带来的额外收益，足以抵消储能系统的投资。

5调频储能系统

调频储能系统，本质上还是一套储能系统，只是应用场景和接入点不同，电池，BMS，电池簇组成了储能系统的直流侧，PCS，变压器组成了储能系统的交流侧，交流侧接入高厂变的低压端，至此完成储能系统与发电机组的对接。储能容量配置，通常按照机组额定出力的1.5%-3%，比如600MW的机组，配置9MW-18MW之间，电池路线选用磷酸铁锂，电池倍率行业惯用2C-1C之间，比如智中储能中变的广州华润2×300MW热电厂项目，杜宏团队采用的是9.6MW/4.8MWh方案，再比如智光电气五沙2×300MW热电项目，付金建团队采用了9MW/6MWh方案。储能系统多采用集装箱设计，配上消防和空调系统，集装箱内外的布置见下图。

6 储能技术路线

当前调频储能技术路线有3种，一是常规系统；二是分散集中式系统；三是高压级联系统。

6.1 常规系统

常规系统是使用最多，技术最成熟的方案，其特点是通过直流电池端的并联汇流，实现储能单元容量的提升，比如力信标准电池簇容量122kWh，7台电柜出线端并联，汇流后接入500kW储能逆变器（PCS柜），组成800kWh储能单元，PCS之间并联接入变压器，对外供电。

以上方案的不足之处是并联电池柜之间存在环路电流，电池均衡存在木桶效应，不利于电池的精细化管理，交流侧PCS并联升压，整个系统损耗较大，转化效率偏低。

6.2 分散集中系统

关于分散集中的思路是我的好朋友倪同提出。记得16年，他在刚成立新艾电气不久后，到南京找我聊储能的前景，他仗着自己是艾默生的总工程师，和我聊储能变换，我凭着自己做过几年开发，跟他聊储能电池。其中一个重要的话题就是电池柜的精细化管理，拒绝电池簇之间的直流汇流，消除簇间环流，消除容量短板效应，提高电池使用寿命，这也是分散集中式储能系统的核心。现在来看，倪同在这条路上越走越远。它的主要技术手段是将PCS离散化，比如将单台500kW的PCS离散为7台70kW的PCS小机，每台小机的交流侧集中并联，保证外特性的不变，对内分散，即每台小机直流侧接入一簇电池。拓扑如见下图。当储能逐渐商业化以后，这种系统的优势会逐步显现。

6.3 高压级联储能系统

解决了电池簇间环流问题，还有人不满足，那就是智光电气，他们借助在高压侧的多年经验，在分散集中式系统上再做变革升级，将PCS小机的交流侧由并联改为串联，拓扑结构如下图：

该系统与前两种相比，最显著的差别是省去了变压器，无需再升压，系统效率更高，相同出力下，电流更低，电池寿命更长。更多关于级联系统的特点，请找我的好朋友付金建，保证他会滔滔不绝，我只介绍力信电池系统的设计。以智光5MW/3MWh方案为例，分为3相，每相配置为1.7MW/1MWh，设备集成在一个40尺集装箱内。其中的电池簇由18个PACK组成，总电压691.2V，总容量83kWh；每个PACK由36颗40Ah电芯以3P12S方式成组，每簇电压38.4V，结构如下图。

7 结论与展望

随着电网现货市场政策的推行以及新能源渗透比例的不断提升，电网对调频里程的需求将会显著提升，调频机组参与AGC响应的需求也会随之提升，储能与火电机组的联合是调频领域的一次有效尝试，也是储能实现其价值的舞台。

8 参考文献：

1 《自动发电控制(AGC)的原理及应用》，黄文伟，贵州电力调度通信局

2 《南方监能市场[2017]374号】关于组织开展广东调频辅助服务市场模拟运行的通知》

3 《南方（以广东起步）调频辅助服务市场模拟运行情况-20180410（赴能监局汇报）》

4 《大规模储能系统辅助常规机组调频技术分析_李建林》

5 《储能在发电侧调峰调频服务中的应用现状和前景》，中关村储能产业联盟

6 《储能产品在调频中的价值研究》 https://wenku.baidu.com/view/

7《发电厂电化学储能调频辅助服务政策与技术研究》 智中储能，杜宏

8 《级联高压大容量储能技术研究进展》 智光电气，付金建

9 《组串式变流器规格书》 新艾电器，倪同

10 《基于大规模储能的调频技术研究》，四方亿能，刘千杰等