电池储能提高电力系统调频性能分析

王凯丰; 谢丽蓉; 乔颖; 鲁宗相; 杨欢

doi:10.7500/AEPS20210409002

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

电池储能提高电力系统调频性能分析

学术研究 | 更新时间：2025-06-16

- 电池储能提高电力系统调频性能分析
- Analysis of Frequency Regulation Performance of Power System Improved by Battery Energy Storage
- 电力系统自动化 2022年46卷第1期页码：174-181
- 作者机构：
  
  1.可再生能源发电与并网技术教育部工程研究中心（新疆大学），新疆维吾尔自治区乌鲁木齐市 830047
  2.电力系统及大型发电设备控制和仿真国家重点实验室，清华大学，北京市 100084
- 作者简介：
  
  王凯丰(1996—)，男，硕士研究生，主要研究方向：可再生能源并网和储能调频。E-mail：861554820@qq.com
  谢丽蓉(1969—)，女，通信作者，教授，博士生导师，主要研究方向：可再生能源并网及控制。E-mail：541391018@qq.com
  乔颖(1981—)，女，副研究员，主要研究方向：新能源及分布式发电、电力系统安全与控制。E-mail：qiaoying@tsinghua.edu.cn
- 基金信息：
  
  新疆维吾尔自治区高校科研计划自然科学重点项目(XJEDU2020I004);新疆维吾尔自治区研究生科研创新项目(XJ2020G056)
- DOI：10.7500/AEPS20210409002
  中图分类号：
- 收稿日期：2021-04-09，
  
  修回日期：2021-04-16，
  
  网络出版日期：2021-05-26，
  
  纸质出版日期：2022-01-10
- 稿件说明：
移动端阅览
王凯丰,谢丽蓉,乔颖等.电池储能提高电力系统调频性能分析[J].电力系统自动化,2022,46(1):174-181.

WANG Kaifeng,XIE Lirong,QIAO Ying,et al.Analysis of Frequency Regulation Performance of Power System Improved by Battery Energy Storage[J].Automation of Electric Power Systems,2022,46(1):174-181.
王凯丰,谢丽蓉,乔颖等.电池储能提高电力系统调频性能分析[J].电力系统自动化,2022,46(1):174-181. DOI： 10.7500/AEPS20210409002.

WANG Kaifeng,XIE Lirong,QIAO Ying,et al.Analysis of Frequency Regulation Performance of Power System Improved by Battery Energy Storage[J].Automation of Electric Power Systems,2022,46(1):174-181. DOI： 10.7500/AEPS20210409002.

摘要

针对同功率电池储能系统对火电机组调频替代能力量化不明确的问题，通过分析对比电池储能系统与火电机组调频的原理，确定储能调频在频率响应稳定性和快速性方面的优势。从调差系数出发，分析储能对高比例可再生能源调频系统的影响，确定同功率储能对火电机组在提升调频效果方面的优势。定义了储能调频替代的功率和能量指标，并提出储能提高频率最低点的替代指标。最后

根据所提出的相关定量指标，以中国东部某区域电网系统为例

分析了不同扰动场景下多时间尺度的储能的替代能力，验证了电池储能对火电机组的高替代能力。

Abstract

In view of the unclear quantification of the substitution ability of battery energy storage systems with the same power for the frequency regulation by thermal power units

this paper analyzes the principle of frequency regulation of battery energy storage systems and thermal power units

which determines the frequency regulation advantages of battery energy storage systems in terms of frequency response stability and rapidity. Starting from the difference coefficients

the influence of energy storage on the frequency regulation system of high-proportion renewable energy is analyzed

and the advantages of energy storage with the same power in improving the frequency regulation effect by thermal power units are determined. Then

the power and energy substitution indices for energy storage frequency regulation are defined

and a substitution index for energy storage to increase the nadir of the frequency is proposed. Finally

according to the related quantitative indices

the regional power system in the east of China is taken as an example to verify the high substitution ability of battery energy storage systems for thermal power units by analyzing the substitution ability of energy storage with multiple time scales in different disturbance scenarios.

关键词

Keywords

references

张剑云，李明节 . 新能源高渗透的电力系统频率特性分析［J］. 中国电机工程学报， 2020 ， 40 （ 1 ）： 3498 - 3507 .

ZHANG Jianyun ， LI Mingjie . Analysis of the frequency characteristic of the power systems highly penetrated by new energy generation ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2020 ， 40 （ 1 ）： 3498 - 3507 .

王琦，郭钰锋，万杰，等 . 适用于高风电渗透率电力系统的火电机组一次调频策略［J］. 中国电机工程学报， 2018 ， 38 （ 4 ）： 974 - 984 .

WANG Qi ， GUO Yufeng ， WAN Jie ， et al . Primary frequency regulation strategy of thermal units for a power system with high penetration wind power ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2018 ， 38 （ 4 ）： 974 - 984 .

丁立，乔颖，鲁宗相，等 . 高比例风电对电力系统调频指标影响的定量分析［J］. 电力系统自动化， 2014 ， 38 （ 14 ）： 1 - 8 .

DING Li ， QIAO Ying ， LU Zongxiang ， et al . Impact on frequency regulation of power system from wind power with high penetration ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2014 ， 38 （ 14 ）： 1 - 8 .

李兆伟，吴雪莲，庄侃沁，等 .“ 9·19”锦苏直流双极闭锁事故华东电网频率特性分析及思考［J］. 电力系统自动化， 2017 ， 41 （ 7 ）： 149 - 155

LI Zhaowei ， WU Xuelian ， ZHUANG Kanqin ， et al . Analysis and reflection on frequency characteristics of East China grid after bipolar locking of “9·19” Jinping-Sunan DC transmission line ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2017 ， 41 （ 7 ）： 149 - 155 .

Australian Energy Market Operator . Black system south Australia 28 September 2016—final report ［R］. New South Wales， Australia ： Australian Energy Market Operator Limited ， 2016 .

National Grid ESO . Technical report on the events of 9 August 2019 ［R］. 2019 .

YE Yida ， QIAO Ying ， LU Zongxiang . Revolution of frequency regulation in the converter-dominated power system ［J］. Renewable and Sustainable Energy Reviews ， 2019 ， 111 ： 145 - 156 .

曾辉，孙峰，邵宝珠，等 . 澳大利亚100 MW储能运行分析及对中国的启示［J］. 电力系统自动化， 2019 ， 43 （ 8 ）： 86 - 95 .

ZENG Hui ， SUN Feng ， SHAO Baozhu ， et al . Analysis of Australian 100 MW energy storage operation and its enlightenment to china ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2019 ， 43 （ 8 ）： 86 - 95 .

李建林，袁晓冬，郁正纲，等 . 利用储能系统提升电网电能质量研究综述［J］. 电力系统自动化， 2019 ， 43 （ 8 ）： 15 - 25 .

LI Jianlin ， YUAN Xiaodong ， YU Zhenggang ， et al . Comments on power quality enhancement research for power grid by energy storage system ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2019 ， 43 （ 8 ）： 15 - 25 .

刘畅，卓建坤，赵东明，等 . 利用储能系统实现可再生能源微电网灵活安全运行的研究综述［J］. 中国电机工程学报， 2020 ， 40 （ 1 ）： 1 - 18 .

LIU Chang ， ZHUO Jiankun ， ZHAO Dongming ， et al . A review on the utilization of energy storage system for the flexible and safe operation of renewable energy microgrids ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2020 ， 40 （ 1 ）： 1 - 18 .

孙丙香，李旸熙，龚敏明，等 . 参与AGC辅助服务的锂离子电池储能系统经济性研究［J］. 电工技术学报， 2020 ， 35 （ 19 ）： 4048 - 4061 .

SUN Bingxiang ， LI Yangxi ， GONG Minming ， et al . Study on the economy of energy storage system with lithium-ion battery participating in AGC auxiliary service ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2020 ， 35 （ 19 ）： 4048 - 4061 .

王彩霞，李琼慧，雷雪姣 . 储能对大比例可再生能源接入电网的调频价值分析［J］. 中国电力， 2016 ， 49 （ 10 ）： 148 - 152 .

WANG Caixia ， LI Qionghui ， LEI Xuejiao . Methodology for analyzing the value of energy storage to power system frequency control in context of high shares of renewable energy ［J］. Electric Power ， 2016 ， 49 （ 10 ）： 148 - 152 .

常烨骙，李卫东，巴宇，等 . 基于运行安全的频率控制性能评价新方法［J］. 电工技术学报， 2019 ， 34 （ 6 ）： 1218 - 1229 .

CHANG Yekui ， LI Weidong ， BA Yu ， et al . A new method for frequency control performance assessment on operation security ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2019 ， 34 （ 6 ）： 1218 - 1229 .

KNAP V ， CHAUDHARY S ， STROE D I ， et al . Sizing of an energy storage system for grid inertial response and primary frequency reserve ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2016 ， 31 （ 5 ）： 3447 - 3456 .

邓霞，孙威，肖海伟 . 储能电池参与一次调频的综合控制方法［J］. 高电压技术， 2018 ， 44 （ 4 ）： 1157 - 1165 .

DENG Xia ， SUN Wei ， XIAO Haiwei . Integrated control strategy of battery energy storage system in primary frequency regulation ［J］. High Voltage Engineering ， 2018 ， 44 （ 4 ）： 1157 - 1165 .

EL-BIDAIRI K S ， NGUYEN H D ， MAHMOUD T S ， et al . Optimal sizing of battery energy storage systems for dynamic frequency control in an islanded microgrid： a case study of flinders island， Australia ［J］. Energy ， 2020 ， 195 ， 117059 .

SERGI F ， BRUNACCINI G ， ALOISIO D ， et al . Evaluation of a Li-Titanate battery module in primary frequency control ancillary service conditions ［J］. Journal of Energy Storage ， 2019 ， 24 ： 100805 .

ZHANG F ， HU Z ， XIE X ， et al . Assessment of the effectiveness of energy storage resources in the frequency regulation of a single-area power system ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 32 （ 5 ）： 3373 - 3380 .

STEIN K ， TUN M ， MATSUURA M ， et al . Characterization of a fast battery energy storage system for primary frequency response ［J］. Energies ， 2018 ， 11 （ 12 ）： 3358 .

ARRIGO F ， BOMPARD E ， MERLO M ， et al . Assessment of primary frequency control through battery energy storage systems ［J］. International Journal of Electrical Power & Energy Systems ， 2020 ， 115 ： 105428 .

陈大宇，张粒子，王澍，等 . 储能在美国调频市场中的发展及启示［J］. 电力系统自动化， 2013 ， 37 （ 1 ）： 9 - 13 .

CHEN Dayu ， ZHANG Lizi ， WANG Shu ， et al . Development of energy storage in frequency regulation market of United States and its enlightenment ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2013 ， 37 （ 1 ）： 9 - 13 .

刘闯，孙同，蔡国伟，等 . 基于同步机三阶模型的电池储能电站主动支撑控制及其一次调频贡献力分析［J］. 中国电机工程学报， 2020 ， 40 （ 15 ）： 4854 - 4866 .

LIU Chuang ， SUN Tong ， CAI Guowei ， et al . Third-order synchronous machine model based active support control of battery storage power plant and its contribution analysis for primary frequency response ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2020 ， 40 （ 15 ）： 4854 - 4866 .

李欣然，黎淑娟，黄际元，等 . 储能电池参与电网二次调频的高效性评估［J］. 太阳能学报， 2019 ， 40 （ 9 ）： 2608 - 2615 .

LI Xinran ， LI Shujuan ， HUANG Jiyuan ， et al . Efficiency analysis of energy storage battery participating in secondary frequency regulation ［J］. Acta Energiae Solaris Sinica ， 2019 ， 40 （ 9 ）： 2608 - 2615 .

李欣然，黄际元，李培强，等 . 考虑电池储能仿真模型的一次调频特性评估［J］. 高电压技术， 2015 ， 41 （ 7 ）： 2135 - 2141 .

LI Xinran ， HUANG Jiyuan ， LI Peiqiang ， et al . Performance evaluation of primary frequency regulation considering battery energy storage model ［J］. High Voltage Engineering ， 2015 ， 41 （ 7 ）： 2135 - 2141 .

CHENG Y ， TABRIZI M ， SAHNI M ， et al . Dynamic available AGC based approach for enhancing utility scale energy storage performance ［J］. IEEE Transactions on Smart Grid ， 2014 ， 5 （ 2 ）： 1070 - 1078 .

KUNDUR P . Power system stability and control ［M］. New York， UAS ： McGraw-Hill Inc ， 1994 .

DOENGES K ， EGIDO I ， SIGRIST L ， et al . Improving AGC performance in power systems with regulation response accuracy margins using battery energy storage system （BESS）［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2020 ， 35 （ 4 ）： 2816 - 2825 .

MELO S ， BRAND U ， VOGT T ， et al . Primary frequency control provided by hybrid battery storage and power-to-heat system ［J］. Applied Energy ， 2019 ， 233/234 ： 220 - 231 .

SOCKEEL N ， GAFFORD J ， PAPARI B ， et al . Virtual inertia emulator-based model predictive control for grid frequency regulation considering high penetration of inverter-based energy storage system ［J］. IEEE Transactions on Sustainable Energy ， 2020 ， 11 （ 4 ）： 2932 - 2939 .

浏览量

下载量

CSCD

文章被引用时，请邮件提醒。

提交

工具集

关联资源

调节性能导向的火-储联合调频混合储能双层优化配置策略

计及用户偏好的电动汽车集群参与调频市场优化控制