多元市场激励下,跟网型储能构网改造怎么改更经济? | 电能量-调频-惯量联合下电化学储能构网型改造策略
电能量-调频-惯量联合市场下电化学储能构网型改造策略
胡涛1，闫志彬2，齐屹3，靳盘龙3，张恒4，肖云鹏1
（1.西安交通大学电气工程学院；2.国网宁夏电力有限公司；3.国网宁夏电力有限公司经济技术研究院；4.国网山东省电力公司临沂供电公司）
原文发表在《电力建设》2026年第3期，点击页面底部“阅读原文”即可在手机端查看论文全文。
引用本文
胡涛, 闫志彬, 齐屹, 等. 电能量-调频-惯量联合市场下电化学储能构网型改造策略[J]. 电力建设, 2026, 47(3): 170-184.
HU Tao, YAN Zhibin, QI Yi, et al. Study of method for grid-forming transformation of electrochemical energy storage in the electric energy-frequency regulation-inertia joint market[J]. Electric Power Construction, 2026, 47(3): 170-184.
摘 要
【目的】针对在弱电力系统中直接投建构网型储能面临投资成本高和投资回收周期长等问题，考虑多元市场的价值激励，在已有跟网型电化学储能的基础上，提出了一种计及电能量-调频-惯量联合市场下的电化学储能构网型改造策略优化方法。【方法】在包含电化学储能的电能量-调频-惯量联合市场交易框架基础上，从电化学储能运营商的视角出发，计及电化学储能构网型改造成本，建立了电化学储能参与电能量-调频-惯量联合市场的交易决策双层模型。其中，上层模型以储能收益最大为目标进行市场交易决策以及优化构网型改造策略，下层模型模拟电能量、调频和惯量市场的联合出清过程。针对计及火电机组启停状态导致下层市场出清非凸的问题，通过松弛处理，并基于对偶理论进行原始-对偶重构，将其转化为单层混合整数规划问题求解。【结果】算例分析表明，在计及多元市场价值激励下，构网型改造后电化学储能运营商的净收益增加了94 772.32元，增幅高达73.5%，同时系统运行成本下降约0.2%；当系统风电装机规模增加50%时，电化学储能运营商的最优构网型改造比例由29%增加至64%，净收益增加量提高至 204 746.46元，系统总运行成本减少量增加至385 667.39元。【结论】该方法可有效激励跟网型电化学储能进行构网型改造，并通过减少高边际成本火电机组开机，提升系统整体社会福利水平，同时，随着系统新能源占比的提高，电化学储能构网型改造需求将进一步增大。
研究背景
随着我国“双碳”目标的扎实推进，新能源装机规模及发电量占比逐年提升，电力系统呈现出高比例新能源接入、高比例电力电子设备的“双高”特征。与传统同步发电机主导的电力系统不同，高比例新能源的渗透将导致系统惯量显著降低，增加了系统在频率快速变化与大频率偏差下的低频切负荷或高频切机的可能性。
构网型储能不仅可以有效改善高比例新能源电网转动惯量缺失的问题，还可以提供平抑新能源波动、削峰填谷以及频率调节等服务。与现有大多数基于跟网型变流器的电化学储能不同，构网型储能采用构网型变流器，通过构网型控制策略模拟传统同步发电机的惯量响应能力，使得其具备主动惯量支撑能力。因此，为了提高弱电力系统的惯量支撑能力和稳定性，配置构网型电化学储能是一种有效的解决方案。
在构网型储能配置方面，不少学者已开展了广泛研究。然而，在电网侧直接投建构网型电化学储能面临投资成本高和投资回收周期长等经济性挑战。为此，从利益驱动型电化学储能运营商的视角出发，对现有跟网型电化学储能进行构网型改造不失为一种经济可行的解决方案。其涉及的构网型改造策略是指在保留原有储能电池系统的前提下，将一定比例跟网型变流器替换为构网型变流器，通过跟网型和构网型储能的混合配置，以最小增量成本满足系统对构网型储能的需求，实现投资成本的大幅降低。目前，为实现高比例新能源背景下“柔性构网、主动支撑”的目标，新华发电莎车200 MW储能电站已完成构网型改造并成功并网，成为新疆首个大规模储能系统从“跟网型”向“构网型”转变的典型示范案例。
《关于进一步深化电力体制改革的若干意见》的发布，标志着我国新一轮电力体制改革正式拉开帷幕，电力市场改革进入新阶段。在电力市场持续深化改革的浪潮下，电化学储能参与电力市场并从中获利，已然成为未来发展的必然趋势。目前，学术界已开展了大量关于电化学储能参与电力市场的研究。
电化学储能已在多类电力市场中展现出多元价值，而通过对已有电化学储能进行构网型改造是满足系统构网型储能需求的一种经济方案，然而，目前尚未有在计及多元市场价值激励的情况下开展电化学储能构网型改造策略的研究。
主要内容
本文提出一种计及电能量-调频-惯量联合市场下的电化学储能构网型改造策略优化方法。由于构网型储能提供的惯量、电能量和调频服务存在强耦合关系，且参与任何一个市场都会面临机会成本，为此，采取联合出清的协调机制，建立包含电化学储能的电能量-调频-惯量联合市场交易框架。在此交易框架基础上，从电化学储能运营商的视角出发，计及电化学储能的构网型改造成本，建立电化学储能参与电能量-调频-惯量联合市场的交易决策双层模型。其中，上层为计及构网型改造成本的电化学储能最优决策模型，储能运营商以自身收益最大为目标，优化其参与各类市场的交易行为和电化学储能构网型改造策略，这里构网型改造策略指电化学储能的最优构网型改造比例，即确定将现有多少比例的跟网型变流器替换为构网型变流器；下层为市场出清模型，以系统社会福利最大为优化目标，模拟电能量、调频和惯量市场的联合出清过程，这里假设仅有一个储能运营商，并且其可预测其他市场主体的市场决策行为。火电机组提供惯量与机组启停状态密切相关，下层市场出清模型需引入表示机组启停的0-1变量，导致下层呈现非凸特性而使得整个问题求解困难。本文所提求解方法通过对非凸下层问题进行松弛处理，基于对偶理论实现原始-对偶重构，并将对应对偶间隙以惩罚项的形式加入上层目标函数中，经线性化处理后，得到单层混合整数线性规划模型，可利用商业求解器直接求解。最后，通过算例分析验证了所提双层模型和求解方法的实用性和可行性。
⬆ 图1 包含电化学储能的电能量-调频-惯量联合市场交易框架
结论
1）在计及多元市场价值激励下，构网型改造后电化学储能运营商的净收益增加了94 772.32元，增幅高达73.5%，有足够的市场收益激励跟网型电化学储能进行构网型改造。同时，构网型改造后系统运行成本下降约0.2%，说明电化学储能的构网型改造可以提升系统整体社会福利水平。
2）跟网型电化学储能经过构网型改造后，可参与电能量-调频-惯量联合市场，并可以通过构网型储能提供虚拟惯量影响火电机组的启停，进而减少了高边际成本火电机组为保证系统惯量安全而处于开机状态的运行需求。
3）当系统风电装机规模增加50%时，电化学储能运营商的最优构网型改造比例由29%增加至64%，说明在降低系统运行成本的驱动下，新能源装机规模的扩大将会进一步增加系统对电化学储能进行构网型改造的需求。
未来还可以进一步开展计及多场景、多市场主体博弈均衡下的电化学储能构网型改造策略研究。
作者简介
胡涛（2001），男，硕士研究生，主要研究方向为电力市场、储能系统规划，E-mail：taohu@stu.xjtu.edu.cn；
闫志彬（1972），男，硕士，高级工程师，主要从事电网规划设计、电力系统分析和新能源发展工作；
齐屹（1975），男，本科，高级工程师，主要从事电网规划研究、电网规划设计及技术经济工作；
靳盘龙（1988），男，硕士，高级工程师，主要从事电网规划工作；
张恒（1988），男，硕士，高级工程师，主要从事输电网规划、新型电力系统规划、新能源技术及政策研究工作；
肖云鹏（1990），男，博士，副教授，通信作者，主要研究方向为电力市场、新能源电力系统运行与规划，E-mail：ypxiao@xjtu.edu.cn。
评论