Q-GDW 12194-2021 電力系統(tǒng)配置儲能分析計算導則

ICS29.240Q/GDWQ/GDW12194?2021Guidelinesonanalysisandcalculationofenergystorageconfigurationforpower2022-01-24發(fā)布國家電網(wǎng)有限公司發(fā)布IQ/GDW12194—2021 II 12規(guī)范性引用文件 13術語和定義 14總則 25數(shù)據(jù)準備 26儲能功率和能量分析計算 27安全穩(wěn)定支撐能力評估 58經(jīng)濟性分析評價 5附錄A（規(guī)范性附錄）計算流程圖 6附錄B（資料性附錄）數(shù)據(jù)要求 7附錄C（資料性附錄）儲能納入機組組合的分析計算 9編制說明 Q/GDW12194—2021隨著新能源大規(guī)模持續(xù)發(fā)展和儲能技術不斷進步，儲能設施在提升電力系統(tǒng)調(diào)峰、調(diào)頻能力和保障電網(wǎng)安全經(jīng)濟運行方面的作用逐步顯現(xiàn)。為規(guī)范電力系統(tǒng)配置儲能分析計算工作，制定本標準。本標準由國家電網(wǎng)有限公司國家電力調(diào)度控制中心提出并解釋。本標準由國家電網(wǎng)有限公司科技部歸口。本標準起草單位：中國電力科學研究院有限公司、國網(wǎng)山西省電力公司、國網(wǎng)新疆電力有限公司、國網(wǎng)寧夏電力有限公司、國網(wǎng)江蘇省電力有限公司、國網(wǎng)甘肅省電力公司、國網(wǎng)山東省電力公司。本標準主要起草人：董昱、裴哲義、董存、范高鋒、于若英、梁志峰、趙俊屹、李渝、吳福保、耿天翔、劉純、楊超穎、陳寧、郝雨辰、張柏林、王湘艷、趙亮、王越、朱凌志、趙軍、雷震、馬天東、張鋒、桑丙玉、印欣。本標準首次發(fā)布。本標準在執(zhí)行過程中的意見或建議反饋至國家電網(wǎng)有限公司科技部。1Q/GDW12194—2021電力系統(tǒng)配置儲能分析計算導則本標準規(guī)定了電力系統(tǒng)需要配置的儲能功率及儲能能量分析計算的基本原則、數(shù)據(jù)準備、儲能功率和能量分析計算方法、安全穩(wěn)定支撐能力評估和經(jīng)濟性分析評價內(nèi)容。本標準適用于電力系統(tǒng)中納入統(tǒng)一調(diào)度控制的儲能系統(tǒng)配置分析計算。2規(guī)范性引用文件下列文件對于本文件的應用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅注日期的版本適用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。GB/T26399電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制技術導則GB38755電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導則GB38969電力系統(tǒng)技術導則Q/GDW11628新能源消納能力計算導則3術語和定義下列術語和定義適用于本文件。3.1電力系統(tǒng)儲能energystorageofpowersystem把電力系統(tǒng)的電能轉(zhuǎn)換成其他形式的能量儲存起來，在需要時再轉(zhuǎn)換成電能輸入電力系統(tǒng)的技術和裝備。3.2儲能系統(tǒng)額定能量ratedenergycapacityofenergystoragesystem儲能能量儲能系統(tǒng)從設計允許的最大儲電能量持續(xù)放電至最小儲電能量，釋放的電能總量，一般以kWh、MWh表示。3.3儲能系統(tǒng)額定功率ratedpowerofenergystoragesystem儲能功率在設計運行工況下，儲能系統(tǒng)可安全持續(xù)穩(wěn)定輸入或輸出的最大功率，一般以kW或MW表示。3.4新能源場站可用發(fā)電功率availablepowerofrenewableenergyplant新能源場站僅計算站內(nèi)/場內(nèi)受阻的輸出功率。2Q/GDW12194—20214總則4.1電力系統(tǒng)配置儲能應在滿足安全技術條件的前提下，遵循“按需配置、就近部署”的原則。4.2電力系統(tǒng)配置儲能分析計算應結合電力系統(tǒng)網(wǎng)架結構、電源構成及負荷特性，應充分考慮系統(tǒng)中新能源規(guī)模占比及資源特性，計算案例應能覆蓋典型場景。4.3根據(jù)計算分析的目的和要求、電網(wǎng)斷面輸電受限情況，應按照Q/GDW11628對目標電網(wǎng)結構進行分區(qū)簡化和處理。4.4電力系統(tǒng)配置儲能的功率和能量應同時考慮系統(tǒng)可靠供電和新能源消納的實時電力平衡，并應考慮電網(wǎng)發(fā)展和儲能容量逐年衰減的影響。儲能容量衰減系數(shù)應考慮儲能的類型和使用年限綜合確定。4.5電力系統(tǒng)配置儲能分析計算包括數(shù)據(jù)準備、儲能功率初值計算、儲能功率和能量計算、安全穩(wěn)定支撐能力評估和經(jīng)濟性分析評價五個環(huán)節(jié)。具體流程見附錄A和圖A.1。4.6儲能功率和能量的計算結果應進行安全穩(wěn)定支撐能力評估和經(jīng)濟性分析評價，得到電力系統(tǒng)儲能配置建議。5數(shù)據(jù)準備5.1電力系統(tǒng)配置儲能分析計算所需數(shù)據(jù)應包括時序數(shù)據(jù)和非時序數(shù)據(jù)，參見附錄B。時序數(shù)據(jù)應包括新能源可用發(fā)電功率、典型運行方式下常規(guī)電源開機序列、水電發(fā)電功率、聯(lián)絡線交換功率、斷面限額、用電負荷等,參見表B.1；非時序數(shù)據(jù)應包括常規(guī)電源、已建儲能等系統(tǒng)調(diào)節(jié)資源的性能參數(shù)及電源并網(wǎng)容量規(guī)劃數(shù)據(jù)，常規(guī)電源新能源參數(shù)參見表B.2和表B.3，電源并網(wǎng)容量規(guī)劃數(shù)據(jù)參見表B.4，系統(tǒng)中已建儲能裝機容量和儲能容量衰減系數(shù)參見表B.5和B.6。5.2時序數(shù)據(jù)應由近3至5年的歷史數(shù)據(jù)分析得到，數(shù)據(jù)長度不應小于一個連續(xù)完整年，時間分辨率宜采用1小時。5.3計算水平年的新能源可用發(fā)電功率數(shù)據(jù)應由非限電情況下歷史可用發(fā)電功率數(shù)據(jù)或限電記錄還原的數(shù)據(jù)分析得到，能夠反映當?shù)匦履茉闯隽ψ兓匦浴?.4典型運行方式下常規(guī)電源開機序列應在滿足系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行技術要求的前提下，根據(jù)負荷需求、新能源預測準確性等因素綜合確定。常規(guī)機組的最大和最小技術出力應根據(jù)機組性能、季節(jié)特性確定。新能源可用發(fā)電功率應納入電力平衡，納入平衡的比例應根據(jù)新能源預測準確性、新能源發(fā)展規(guī)模、地理分布、資源特點確定。5.5水電發(fā)電功率應結合中長期水文預報結果，計算在不同來水條件下的水電發(fā)電量。5.6聯(lián)絡線交換功率數(shù)據(jù)應考慮聯(lián)絡線投運計劃及運行模式確定。5.7計算水平年的用電負荷數(shù)據(jù)應涵蓋典型負荷預測水平，典型負荷預測水平應根據(jù)歷史年負荷變化情況及經(jīng)濟發(fā)展趨勢確定。6儲能功率和能量分析計算6.1儲能功率和能量分析計算包括儲能功率初值分析計算、新能源受阻和負荷限電功率分析計算、系統(tǒng)允許的充放電功率計算、滿足新能源消納和負荷平衡需求的儲能能量迭代計算。6.2儲能功率初值分析計算包括常規(guī)電源調(diào)節(jié)范圍計算、新能源受阻功率計算、負荷限電功率計算，得到同時滿足新能源消納和負荷需求的儲能功率初值。6.3常規(guī)電源調(diào)節(jié)范圍應由常規(guī)機組開機序列及其調(diào)節(jié)能力上下限計算得到，所有開機機組最大技術出力之和為調(diào)節(jié)范圍上限，最小技術出力之和為調(diào)節(jié)范圍下限，見式（1）。3Q/GDW12194—2021（1）式中：P(t)—t時刻的常規(guī)電源調(diào)節(jié)范圍上限；K—系統(tǒng)中常規(guī)機組總數(shù)量；Pk—第k臺常規(guī)機組的最大技術出力；gmaxU(t)—第k臺常規(guī)機組t時刻的開機狀態(tài)，開機為1，停機為0；P(t)—t時刻的常規(guī)電源調(diào)節(jié)范圍下限；Pgkmin—第k臺常規(guī)機組的最小技術出力。6.4新能源受阻功率為新能源可用發(fā)電功率與常規(guī)電源調(diào)節(jié)范圍下限相加后減去負荷和聯(lián)絡線交換功率；負荷限電功率為負荷和聯(lián)絡線交換功率相加后減去新能源可用發(fā)電功率與常規(guī)電源調(diào)節(jié)范圍上限，見式（2）和圖1。(t(it()t)rl(t))i式中：P(t)—t時刻的新能源受阻功率；P(t)—t時刻的新能源可用發(fā)電功率；P(t)—t時刻的常規(guī)電源調(diào)節(jié)范圍下限；P(t)—t時刻的用電負荷；P(t)—t時刻的聯(lián)絡線交換功率，送出為正。P(t)—t時刻的負荷限電功率；P(t)—t時刻的常規(guī)電源調(diào)節(jié)范圍上限。圖1新能源受阻和負荷限電計算分析示意圖6.5新能源受阻情況下，根據(jù)新能源消納要求計算儲能的功率初值。儲能功率初值計算步驟：a)篩選新能源受阻時段和受阻功率；b)計算滿足新能源消納要求的受阻電量；4Q/GDW12194—2021c)根據(jù)新能源最大受阻功率，按一定步長（根據(jù)各省實際情況確定）選擇功率，得到功率序列；d)對功率序列中的每個值，逐個計算受阻功率大于等于該功率的累積電量；e)選擇累積電量與b）中要求值相等時所對應的功率，該功率為配置的儲能功率初值。6.6負荷限電情況下，配置儲能的功率應不低于負荷限電功率最大值。6.7同時存在新能源受阻和負荷限電時，應比較新能源受阻功率和負荷限電功率，選擇同時滿足二者要求的功率作為儲能功率初值。6.8應結合儲能類型及特性，將儲能的充放電功率納入全網(wǎng)電力電量平衡。在確保安全、供熱等條件下，將穩(wěn)定可靠的儲能功率納入機組組合，具體納入比例應根據(jù)系統(tǒng)運行情況確定，計算示例參見附錄C。優(yōu)化后的常規(guī)電源調(diào)節(jié)范圍計算見式（3）和圖C.1。（3）式中：P(t)—t時刻修正后的常規(guī)電源調(diào)節(jié)范圍上限；P(t)—t時刻常規(guī)電源調(diào)節(jié)范圍上限；λ(t)—儲能等效置換常規(guī)機組的容量與儲能功率的比值；(t)—儲能功率；Pde(t)—t時刻修正后的常規(guī)電源調(diào)節(jié)范圍下限；P(t)—t時刻常規(guī)電源調(diào)節(jié)范圍下限；α—常規(guī)機組最小技術出力與額定容量的比值。6.9根據(jù)儲能納入電力電量平衡后的常規(guī)電源調(diào)節(jié)范圍計算新能源受阻功率和負荷限電功率，見式（4）。式中：(t)—t時刻儲能納入電力電量平衡后的新能源受阻功率；P(t)—t時刻的新能源可用發(fā)電功率；Pde(t)—t時刻修正后的常規(guī)電源調(diào)節(jié)范圍下限；P(t)—t時刻的用電負荷；P(t)—t時刻的聯(lián)絡線交換功率，送出為正；P(t)—t時刻儲能納入電力電量平衡后的負荷限電功率；P(t)—t時刻修正后的常規(guī)電源調(diào)節(jié)范圍上限。6.10根據(jù)未發(fā)生新能源受阻和負荷受限時段的常規(guī)電源調(diào)節(jié)范圍計算系統(tǒng)允許儲能充放電功率，見式（5）。d式中：(t)—t時刻系統(tǒng)允許儲能放電的最大功率；P(t)—t時刻的用電負荷；P(t)—t時刻的聯(lián)絡線交換功率，送出為正；P(t)—t時刻的新能源可用發(fā)電功率；Pde(t)—t時刻修正后的常規(guī)電源調(diào)節(jié)范圍下限；5Q/GDW12194—2021Psc(t)—t時刻系統(tǒng)允許儲能充電的最大功率；P(t)—t時刻修正后的常規(guī)電源調(diào)節(jié)范圍上限。6.11根據(jù)新能源利用指標要求計算儲能的能量，計算步驟包括：a)選擇儲能能量初值EES0，可為單次新能源受阻電量和單次負荷限電電量中的最大值；b)逐時段計算儲能的充、放電功率。儲能的充放電功率應由儲能的荷電狀態(tài)、儲能功率、新能源受阻功率、負荷受限功率及系統(tǒng)允許儲能充放電功率綜合確定；c)計算配置儲能后的新能源受阻電量和新能源利用指標；d)判斷新能源利用指標是否滿足要求。新能源利用指標小于目標時，增加儲能能量；新能源利用指標大于目標時，減少儲能能量，直至滿足新能源利用指標目標；e)判斷平抑的負荷限電電量是否滿足平衡要求，不滿足時，增加儲能能量，直至滿足平衡要求。6.12根據(jù)系統(tǒng)安全約束和新能源利用指標要求，按一定步長，調(diào)整儲能功率。按照6.11的計算步驟滾動計算不同儲能功率對應的儲能能量，得到儲能功率和能量的配置組合。7安全穩(wěn)定支撐能力評估7.1根據(jù)電網(wǎng)實際情況合理布置儲能位置，按GB38755和GB/T26399的要求開展儲能支撐系統(tǒng)安全穩(wěn)定的能力評估。7.2根據(jù)配置的儲能功率和能量及儲能運行控制策略，開展儲能對系統(tǒng)頻率穩(wěn)定性支撐作用評價。7.3針對電網(wǎng)電壓穩(wěn)定薄弱環(huán)節(jié)，開展儲能對系統(tǒng)電壓支撐作用量化分析。7.4開展儲能參與系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制，代替切泵、精準切負荷等措施的評估分析。8經(jīng)濟性分析評價8.1儲能配置方案的經(jīng)濟性分析評價目的是為配置決策、方案優(yōu)選及運行調(diào)用提供經(jīng)濟性建議。8.2考慮電力系統(tǒng)運行的整體效益，開展儲能對電力供應成本、發(fā)電投資成本、輸配電投資成本等影8.3綜合考慮儲能投資建設及運維成本、儲能容量衰減、服務年限、政策及市場機制等，開展儲能利用小時數(shù)、儲能收益、回收年限等指標評價分析。8.4在確保滿足電力系統(tǒng)應用需求條件下，按經(jīng)濟性分析評價結果進行配置方案排序。6Q/GDW12194—2021（規(guī)范性附錄）電力系統(tǒng)配置儲能分析計算流程見圖A.1。圖A.1電力系統(tǒng)配置儲能分析計算流程圖7Q/GDW12194—2021（資料性附錄）數(shù)據(jù)要求B.1時序數(shù)據(jù)時序數(shù)據(jù)表參見表B.1。表B.1時序數(shù)據(jù)B.2非時序數(shù)據(jù)B.2.1常規(guī)電源性能參數(shù)火電機組性能參數(shù)表參見表B.2。表B.2火電機組性能參數(shù)表量組最大技術出力小技術出8Q/GDW12194—2021水電機組性能參數(shù)表參見表B.3。表B.3水電機組性能參數(shù)表B.2.2電源并網(wǎng)容量規(guī)劃數(shù)據(jù)電源并網(wǎng)容量規(guī)劃數(shù)據(jù)表參見表B.4。表B.4電源并網(wǎng)容量規(guī)劃數(shù)據(jù)表B.2.3系統(tǒng)中已建儲能裝機數(shù)據(jù)系統(tǒng)中已建儲能裝機數(shù)據(jù)表參見表B.5。表B.5系統(tǒng)中已建儲能裝機數(shù)據(jù)儲能容量衰減系數(shù)表參見表B.6。表B.6儲能容量衰減系數(shù)9Q/GDW12194—2021（資料性附錄）儲能納入機組組合的分析計算假設系統(tǒng)常規(guī)電源開機容量為2000MW，常規(guī)機組最小技術出力與額定容量的比值α為50%，那么原系統(tǒng)常規(guī)電源調(diào)節(jié)范圍上限為2000MW，下限為1000MW。當配置500MW儲能時，在確保安全、供熱等條件下，考慮非供熱期將儲能功率的40%納入機組組合，即λ取值為40%，那么優(yōu)化后的電源調(diào)節(jié)范圍上下限計算參見式（C.1）。（C.1）式中：P(t)—t時刻修正后的常規(guī)電源調(diào)節(jié)范圍上限；P(t)—t時刻常規(guī)電源調(diào)節(jié)范圍上限；λ(t)—儲能等效置換常規(guī)機組的容量與儲能功率的比值；(t)—儲能功率；Pde(t)—t時刻修正后的常規(guī)電源調(diào)節(jié)范圍下限；P(t)—t時刻常規(guī)電源調(diào)節(jié)范圍下限；α—常規(guī)機組最小技術出力與額定容量的比值。儲能納入機組組合前后的電源調(diào)節(jié)范圍示意圖參見圖C.1。圖C.1儲能納入機組組合前后的電源調(diào)節(jié)范圍示意圖Q/GDW12194—2021電力系統(tǒng)配置儲能分析計算導則Q/GDW12194—20211編制背景 92編制主要原則 3與其他標準文件的關系 4主要工作過程 5標準結構和內(nèi)容 6條文說明 Q/GDW12194—20211編制背景本標準依據(jù)《國家電網(wǎng)有限公司關于下達2020年第一批技術標準制修訂計劃的通知》（國家電網(wǎng)科〔2020〕21號）的要求編寫。隨著新能源裝機不斷增加，電網(wǎng)格局與電源結構發(fā)生重大改變。提升新能源利用指標和保障系統(tǒng)安全穩(wěn)定兩方面均對系統(tǒng)的調(diào)節(jié)能力提出了更高的要求。新版的《電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導則》和《電力系統(tǒng)技術導則》也對儲能提升電源調(diào)節(jié)能力的應用有了明確描述。另一方面，儲能技術近年來快速發(fā)展，在電力系統(tǒng)各環(huán)節(jié)都得到廣泛應用。目前在電力系統(tǒng)的儲能配置計算分析方面，均為針對特定場景下的分析計算，而從儲能的功能定位和發(fā)揮的作用來看，不同場景下，功能有重合，同時配置面向的區(qū)域越大，儲能越能發(fā)揮多重功能，利用率越高，整體對儲能配置的需求比例會顯著降低。因此若按照不同場景進行配置，會造成配置規(guī)模冗余，利用率低，經(jīng)濟性差。更為合理的應為從系統(tǒng)角度全局考慮儲能的配置需求，而目前還沒有形成統(tǒng)一的標準和指導原則，導致儲能的配置規(guī)模難以評估，制約了儲能在電力系統(tǒng)的應用和發(fā)展。為使電力系統(tǒng)的儲能配置計算分析工作合理化、規(guī)范化，制定本標準。2編制主要原則本標準主要根據(jù)以下原則編制：a)體現(xiàn)儲能技術在電力系統(tǒng)的應用和發(fā)展現(xiàn)狀，同時兼具一定的前瞻性；b)以電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行和新能源發(fā)展要求為原則，充分發(fā)揮儲能的積極作用，為電力系統(tǒng)配置儲能分析計算提供規(guī)范性支撐。3與其他標準文件的關系本標準與相關技術領域的國家現(xiàn)行法律、法規(guī)和政策保持一致。本標準所指的儲能涵蓋電化學、物理、電磁等類型，是對GB38755（電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導則）和GB38969（電力系統(tǒng)技術導則）中涉及儲能應用的內(nèi)容的延伸和落實。本標準不涉及專利、軟件著作權等知識產(chǎn)權使用問題。4主要工作過程2020年3月20日～3月25日，編寫組集中工作，形成標準大綱。2020年4月1日，組織系統(tǒng)內(nèi)部專家召開了標準大綱討論會，完善了標準框架及編寫重點。2020年4月15日，組織系統(tǒng)內(nèi)部專家召開了初稿內(nèi)部討論會，形成標準初稿。2020年4月28日，召開標準初稿審查會，對標準初稿提出修改意見并提出編寫重點。2020年5月26日，根據(jù)初稿審查會意見完成標準修改，召開編制組內(nèi)部協(xié)調(diào)討論會，針對標準修改情況進行討論。2020年6月18日，根據(jù)內(nèi)部討論意見完善標準，形成征求意見稿。2020年7月2～10日，組織編制組集中工作，討論修改標準征求意見稿。2020年9月2日，組織系統(tǒng)內(nèi)部專家召開征求意見稿審查會，針對征求意見稿編寫情況進行討論并提出修改意見。2020年9月3日，修改完成征求意見稿；2020年10月20日，完成征求意見稿掛網(wǎng)程序，并將征求意見函發(fā)給相關單位征求意見；2020年11月21日，公司運行與控制技術標準專業(yè)工作組組織召開了標準審查會，審查結論為：Q/GDW12194—2021審查組經(jīng)過協(xié)商一致，同意修改后報批。2020年11月30日，修改形成標準報批稿。5標準結構和內(nèi)容本標準按照《國家電網(wǎng)公司技術標準管理辦法》（國家電網(wǎng)企管〔2018〕222號文）的要求編寫。本標準的主要結構和內(nèi)容如下：本標準主題章共5章，由總則、數(shù)據(jù)準備、儲能功率和能量分析計算、安全穩(wěn)定支撐能力評估、經(jīng)濟性分析評價組成。總則規(guī)定了電力系統(tǒng)配置儲能的原則、分析計算應覆蓋的場景和流程。數(shù)據(jù)準備部分規(guī)定了電力系統(tǒng)配置儲能分析計算所需要的數(shù)據(jù)及具體要求。儲能功率和能量分析計算部分規(guī)定儲能功率和能量分析計算的流程，分別規(guī)定儲能功率初值計算、新能源受阻和負荷限電功率分析計算、系統(tǒng)允許的充放電