中国储能网讯：5月24～26日，由工业和信息化部节能与综合利用司与国家能源局能源节约和科技装备司联合指导，中国化学与物理电源行业协会主办并联合240余家机构共同支持的第十三届中国国际储能大会在杭州召开。
来自行业主管机构、国内外驻华机构、科研单位、电网企业、发电企业、系统集成商、金融机构等不同领域的1011余家产业链供应链企业，5417位嘉宾参加了本届大会，其中245家企业展示了储能产品，可谓盛装出席，涵盖系统集成、电芯、PCS、BMS、集装箱、消防、检测认证等新型储能全产业链。
5月24日下午，国网山东省电力公司电力科学研究院学术带头人高嵩受邀在新型电力系统与储能系统整体解决方案专场分享了主题报告，报告题目为《储能与火电联合参与电力系统调频技术》。以下是报告主要内容：
高嵩：各位专家，大家下午好！很荣幸今天有这样的机会，和大家一起交流一下储能与火电联合参与电力系统调频技术。我是来自国网山东省电力公司电力科学研究院的高嵩，目前担任源网荷储国网公司实验室学术带头人，我们这个团队一直在做电力系统网源协调以及源网荷储互动方面的一些研究。
时间关系，快速切入正题。首先，探讨一下背景和意义，前面各位专家讲的比较多了，我就快速过一下。大家都知道，构建新型电力系统，现在是实现双碳目标的重要举措，所以说近年来新能源得到了一个快速的发展。从现在的数据来看，新能源已经成为新增装机的主体，但是以我们现在的电力系统结构形态与体制与机制，难以支撑更高比例的新能源并网的消纳。
（图示）近十年的数据也可以充分看出目前新能源发展的快速增长态势。
因此，对于新能源大规模接入电网的发展形势下，现有的电力系统结构发生了重大的变化，使得新型电力系统面临一个巨大的挑战，其中一个重要的特点，就是导致现在电力系统灵活调节资源的不足。
第二部分，电网调频技术。
既然谈到调频，我们首先看一下整个电网的调频技术的现状。
大家都知道，电网频率对整个电力系统稳定运行具有重要的意义，也是一个核心参数，但是随着新能源快速发展，新能源具有高装机、低电量、弱保障以及随机性的特征。比如与同容量的火电相比，它的可发电量约为1/3-1/4，保证出力约为1/20，但是功率波动与火电可调出力相当。因此，在现有的技术条件下，随着新能源电量占比的逐渐提高，常规火电必然开机受到极大的挤压，因此导致电力系统的频率波动的概率是在不断加大。
从电力系统的调频过程来看，我们可以从时间尺度上进行划分，也就引入我们今天要探讨的火电辅助调频的相应技术焦点。我们可以看一下，右上角是一次调频的过程，基本上时间尺度是从几秒钟到几十秒钟，我们对于一次调频的标准要求，要求它在一分钟之内能够为电网的功率提供相应的支撑。
因此，在这个时间尺度上，它是一个有差的调节，它的作用就是可以应对电网短时的负荷波动或者说像直流闭锁这样的短时瞬间的功率缺额情况，通过自动调整发电机组的出力来维持电网频率的稳定。到了二次调频的过程，它的时间尺度就放宽到了几分钟到小时级别，从它的调节方式来说，AGC本质上来说是一个无差调节，可以应对电网长时间的负荷波动，基本上它的运转模式是通过电网调度中心整个统一的指挥和调度来完成的。
第三部分，储能技术发展。
储能的定义，大家都比较熟，就不再详细介绍了。
储能的类别，可以分为能量型储能以及功率型储能，根据它的不同功能特性，像能量型储能比较适合长时间的电能需求，也就是我们常说的调峰的场景。而功率型储能，可以广泛应用于瞬时性的功率需求较高的场合，比如说我们今天到谈到的调频的场景，以及短时间内的紧急备用功率的支撑。
因此，结合于上述的各种储能的不同类型，我们可以得到不同储能在电力系统的应用场景是不一样的，从最快的毫秒级到秒级、分钟级、小时级、日级，最长可以到周级别，甚至是季度的级别。我们今天聚焦的调频技术，其实主要就是从秒级到分钟级这个时间尺度，目前来说，比较成熟的还是两类，一是飞轮储能，二是电化学储能。
第四部分，火电机组调频。
如果没有储能，原来火电机组的调频是一种什么样的运转模式？为什么我们要引入储能来加强它的调频特征？本质上来说，电力系统的频率变化是由于发电侧的供给以及负荷侧的需求不平衡所导致的，一旦两者出现功率上的差值时，就会导致整个电力系统的频率会发生变化。如右图是整个电力系统调频的技术架构，最上层，根据负荷预测的结果，根据机组组合以及排发电计划，以及与联络线之间的交换功率，可以得到发电机组的日前计划值，这就是我们经常说的经济调度或者说日前计划，有的时候我们在调频领域也称之为三次调频。这个计划值就是在日前下发到每个电厂，日内的时候就执行每天的出力计划，这是日前时间尺度。再往下一个层级就到了二次调频，就是我们经常说的AGC即自动发电控制，它的调节的目标就是电网的ACE指标，ACE的定义就是区域控制偏差，这是电网调度最关心的指标，因为国调考核省调就是考核ACE值。
ACE与两个量有关系，一是与外网联络线之间的交换功率偏差，二是电网频率的偏差，这两个量有一个系数的换算，所以说加权之后得到的ACE值就是从站在省级电网调度的层面所关注的调节目标。根据这个目标，通过省调的AGC系统就可以计算出来目前每一台发电机组要承担多少调节量，这样的话，通过机组进行分担，最简单的分担方式就是均分，这样就形成了省调下给各发电机组的AGC指令，然后转到机组的DCS控制去执行这个指令。这是二次调频的整个技术的流程。
到了最下面，也就是时间尺度最短的这个尺度，就是一次调频，大家可以看到一次调频从电网频率的偏差，它是不经过机组控制这个环节的，是直接叠加到调速器和汽轮机指令上的，所以说它是一个就地的快速反应，目的就是为了要达到一次调频动作的快速性。所以说，从上自下，按时间尺度就是三次调频、二次调频和一次调频。
火电机组参与一次调频的原理，由于时间关系，就不展开说了。大家重点关注的火电机组一次调频的过程，是根据频率下垂特性生成的。它的技术原理是根据电网的偏差直接生成指令，而不是由调度下发的指令，本质上来说就是场站端一个自发的行为，所以说它是一个有差的调节。
一次调频整个的动作环节基本上分为两个阶段，第一个阶段，发电组转速或者说电网频率在控制的死区之内，一次调频是不动作的，第二个阶段，超出死区动作，这时候汽轮机调速系统就会通过调节高压调节阀开度，来实现一次调频动作的要求。
（图示）右侧这个就是国家标准里对于发电机组一次调频的一个典型的控制方案，其实大家可以看到，一次调频的控制逻辑本质上来说还是比较简单的，但是一次调频想要达到较良好的性能，其实也是很难的。
（图示）正因为一次调频是一个有差调频，所以为了让系统频率能够恢复到额定50赫兹，还需要进行二次调频，也就是AGC。AGC的时间尺度在分钟级，右侧就是它整个的控制流程。刚才我们已经介绍了，AGC指令在省调那边是怎么形成的，这个指令发到发电机组上就是按照右侧的技术架构再往下传导或者是实现一个闭环控制的目的。最上面的ADS，就是调控中心下发的AGC指令，这个指令到了机组的控制中心之后，就会下发到锅炉和气机的主控制器上。大家知道，火电发电机组主要是三大主机：发电机、锅炉、汽轮机。其中，主控制器的目的就是分别去协调锅炉以及子系统的整个自动调节，同时也要协调汽轮机调节系统，来共同实现两方面的目标：第一，发电机的出力要能跟得上电网调度下的指令，第二，要保证机组的安全，也就是机组主蒸汽压力要在合理的偏差范围之内。
因此，对比一下刚才我们说的，一次调频和二次调频相比，它的主要特征，首先从指令来源上，一次调频是直接场站端根据系统频率偏差而产生的，没有经过调度的指令生成。因为省调的指令生成一般是要经过8-12秒的计算时间，但是一次调频是要求瞬时就要立刻有响应的，所以是来不及接受这个指令的。它的影响因素，因为是在一分钟之内进行响应，主要的影响因素就是机组锅炉的蓄热，动作的时间尺度，就是在秒级这样的时间尺度。二次调频，主要是由AGC指令下发，或者是由运行人员手动设定，根据它的影响因素就和整个机组的协调控制的品质以及燃料系统的供应响应特性密切相关，它的时间尺度一般是分钟级的尺度。
我们既然要谈到储能辅助调频，就必须要关注一次调频和AGC的性能指标。对于一次调频的性能指标，目前我们主要是参考两个国家标准，一是《电力系统网源协调技术导则》，二是《并网电源一次调频技术规定及试验导则》。在这里面的主要要求，就是要求参与一次调频的响应时间，也就是说有动作的时间，要在2秒之内完成，在15秒内要达到75%的动作量，在30秒之内要达到90%的动作量，基本上参与一次调频受到考核或者奖励，都是依据于这个指标来完成的。
对于二次调频，AGC的性能评价指标，就稍微复杂一点，刚才我们也介绍了，AGC是由电网的ACE数值计算出来的，所以说在电网频率发生周期性往返波动的时候，就会导致机组的ACE经常会呈现一个台阶式的频繁变化。大家可以看红色的就是这个指令，每个台阶就是一个调节过程，整个算AGC的辅助服务市场的补偿收益的时候，一方面是要看你的调节性能指标是怎么样的，另一方面，这个调节深度也就是说每一个台阶的大小，每天累积下来就是调节里程，调节里程也是很重要的指标。
评价AGC性能的指标主要有四个，一是调节速率的指标，也就是经常说的K1，也就是说它能调多快。二是调节精度的指标，就是省调下发了指令之后你跟踪的偏差是越小越好。三是响应时间的快慢，就是当一个台阶式的指令来了之后，你响应的时间越快越好，所以K1、K2、K3就完整地刻画出了机组在响应AGC指令的一个动作特性。最后的KP指标，简单来说就是把它们三个取平均数给乘起来，这样在两个细则里考核和补偿的时候，就是用的全天KP的平均值来算的。
目前来看，基本上全国范围内，这一套的计算理念都是差不多的，但是各省之间K1、K2、K3之间的具体计算模式差别还是挺大的。像山东，K1现在有一个限幅，就是限1.2，这也是为了避免发电机组为了在调频市场上进行恶性的竞争导致机组的磨损现象比较严重。
因此，在火电机组调频方面，一次调频、二次调频，理论上来说，它其实都有天花板存在，为什么？像一次调频，本质上来说是和你的机组蓄热有很大关系的，二次调频也是面临着机组在运行过程中，导致爬坡速率慢的情况，所以储能和火电联合调频就形成了一个完美的配合。
要联合调频，首先要有政策上的支持。目前，在这块还是主要依据于能监办发布的两个细则，一方面，是为了要减轻一次调频上的不合格导致的考核电量，另一方面，要在辅助市场上去拿AGC的辅助补偿收益。从调度的视角来看，本质上来说，看到的是火电和储能叠加之后的有功出力，所以说，火电机组调节的DCS系统，和储能设施的控制系统，两者在出力汇集的关口进行一些策略上的集成。
例如，我们刚才谈到的火电的特点就是调节容量很大，但是它可能动作比较迟缓，储能恰好相反，动作很快，调节精度很高，但是受到容量的限制，所以说两者可以做一个分频的技术。也就是说，将调节分量比较大的，让火电机组来承担，承接分量小的，但是比较快的这种信号，让储能来承担。本质上来说，整个联合调频控制的关键点，从我们开展这么多台机组的调试经验来看，本质上还是储能设施的互补策略一定要与本台机组的运行特性要进行适应，不是说每一个调频策略放在每一个机组上都通用。比如说，右侧的阴影面积，就是火电机组可能是在刚开始的阶段，存在不足的时候，这时候就要用储能去补，最终能够实现这两条曲线的互补。也就是说，我们看到蓝色的是火电机组的调节特性，这时候我们就把储能的动作特性叠加到火电机组原有的特性上，最终能够让两者综合出力，达到一个比较理想的满足两个细则考核要求的曲线。
另外还有一个关键点，在整个的调频策略里，SOC的恢复非常关键。短时间像一次调频以及AGC的控制，前期基本上都要靠储能去顶，靠火电补充自己的燃烧率，再慢慢地把出力带上去，这时候就面临一个储能什么时候恢复的问题。所以说，这也是我们可以结合现场运行的这种特点，比如说设置储能SOC的动作阈值，以及恢复的切换逻辑，来实现恢复的策略。
最后，简短交流一下，在山东电网的推广以及应用情况。
目前，根据现在储能发展的实施方案和指导意见，火电和储能联合调频这种运营模式，基本上还是能够覆盖运营成本或者是比较好的商业模式，所以说近年来也是得到了快速的发展。尤其是山东两个细则在2023年完成了新一轮的修订，对于这种模式，现在也是得到了大力的支持。
目前，山东省能源局公布的第一批调频的试点，如莱城和临清电厂，都是电化学储能辅助AGC的项目。华能莱芜电厂即将投运飞轮储能，是为了解决一次调频考核电量的问题。另外还有一个正在建设和推进的试点，是华能德州电厂，它是熔盐储能的一个二次调频项目。
从我们的推广前景来看，目前运营模式还是以减少一次调频考核电量，以及增加AGC有偿调频辅助服务收益，为目前的主要盈利模式和主要手段。但是随着新一轮的电力市场运营规则的修订，如惯量市场以及一次调频，以后也有可能不仅仅是考核了，可能也参与有偿服务，同时还有爬坡市场，这也是马上提上日程了。随着这一类新品种的不断丰富，也就是说在这种模式下，也是有望能够进一步拓宽盈利的渠道。
以上是我的汇报，谢谢各位！
