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参与电网调频的储能系统运行控制策略研究

I.概要

随着全球能源转型的加速，可再生能源的大规模并网和电力系统

的深度调度已成为电力行业面临的重大挑战。储能技术作为一种新兴

的解决方案，可以有效地平衡电网的供需关系，提高电力系统的稳定

性和可靠性。其中参与电网调频的储能系统具有重要的战略地位，可

以在电力市场中发挥关键作用。

本研究旨在探讨参与电网调频的储能系统运行控制策略，以实现

其在电力市场中的高效、安全和稳定运行。首先通过对国内外相关文

献的综述，分析了当前储能技术的发展趋势和市场需求；其次，针对

参与电网调频的储能系统的特点，提出了一种基于模型预测控制(MPC)

的运行控制策略；通过仿真实验验证了所提出策略的有效性和可行性。

本研究的研究内容和方法将为电力行业提供有益的参考和借鉴，

有助于推动储能技术在电力市场的广泛应用和推广。

A.储能技术在电力系统中的应用现状和发展趋势

电化学储能技术是当前储能领域的主流技术，主要包括锂离子电

池、钠硫电池、铅酸蓄电池等。这些储能技术具有较高的能量密度、

循环寿命长、环境友好等优点，已经成功应用于家庭侧、商业侧和电

网侧等多种场景。然而电化学储能技术的成本仍然较高，且存在一定

的安全隐患，需要进一步降低成本和提高安全性。

机械储能技术主要包括抽水蓄能(PumpedStorage

Hydroelectricity,PSH)和压缩空气储能(CompressedAirEnergy

Storage,CAES)等。这些技术具有较大的容量、较长的使用寿命和较

低的环境影响，已经在一些地区得到了广泛应用。然而机械储能技术

的建设和运行成本较高，且对地理条件和环境要求较高，限制了其在

更大范围内的应用。

热能储存与利用技术主要包括高温热储热泵、地源热泵等。这些

技术通过将热量储存起来，可以在需要时进行释放，从而实现对电力

系统的调峰填谷作用。近年来热能储存与利用技术在建筑节能、工业

余热回收等领域得到了广泛应用，但在电力系统中的应用尚处于初级

阶段。

分布式储能技术是指将储能装置分散部署在电力系统的各个环

节，如负荷侧、电源侧等。这种技术可以有效地解决传统集中式储能

系统中的规模经济问题，提高储能资源的利用率。近年来随着分布式

光伏发电、微电网等技术的快速发展，分布式储能技术在电力系统中

的应用逐渐增多。

展望未来随着科技的进步和政策的支持，储能技术在电力系统中

的应用将迎来更大的发展空间。一方面通过技术创新和成本降低，电

化学储能技术将继续发挥重要作用；另一方面，机械储能技术和热能

储存与利用技术将在特定场景下得到更广泛的应用。此外分布式储能

技术将成为未来电力系统的重要组成部分，为实现清洁能源的高效利

用提供有力支持。

B.电网调频的重要性及存在的问题

电网调频是电力系统中至关重要的环节，它对于确保电力系统的

稳定运行、提高电能质量以及保障供电可靠性具有重要意义。然而随

着电力市场的发展和新能源的大规模并网，电网调频面临着诸多挑战

和问题。

提高电力系统的稳定性：电网调频可以通过调整发电机组的出力，

使系统频率保持在设定范围内，从而降低系统因频率波动而产生的电

压闪变、电流振荡等问题，提高电力系统的稳定性。

保证电能质量：电网调频可以有效地控制电压、频率等参数，保

证电力系统向用户提供的电能质量达到国家标准和相关法规的要求。

适应新能源发展：随着新能源的大规模并网，其输出功率具有较

大的不确定性和间歇性。电网调频可以有效地调节新能源的出力，使

其与负荷需求相匹配，提高能源利用效率。

促进电力市场化发展：电网调频可以为电力市场提供灵活的资源

调度手段，有助于实现电力市场的供需平衡，促进电力市场化进程。

调频能力不足：由于传统火电机组的调频能力有限，且受制于热

耗特性和燃料成本等因素，使得现有的调频设施难以满足电力系统的

需求。

调频技术落后：目前电力系统中的调频技术主要依赖于控制策略

和控制系统的优化，但这些方法在应对复杂多变的电力市场环境下仍

存在一定的局限性。

调频管理体制不完善：现行的电力系统调频管理体制尚未形成统

一的标准和规范，导致各地区和企业的调频管理水平参差不齐，影响

了电网调频的有效实施。

跨区域调频能力不足：随着电力系统的不断扩展，跨区域电力交

换日益频繁，但现有的调频设施和技术难以满足跨区域电力市场的调

频需求