2024年3月7日发(作者：)
储能调频系统接入火力发电厂电气一次系统研究发布时间：2021-11-09T02:48:00.109Z 来源：《中国电业》2021年第17期 作者： 安宇[导读] 近年来，电网的规模、负荷结构日趋复杂，部分时段负荷波动速率较大 安宇 阜新发电有限责任公司 辽宁省阜新市 123000 摘要：近年来，电网的规模、负荷结构日趋复杂，部分时段负荷波动速率较大，此外，风能、太阳能等可再生能源电源比例日益增加，电网的安全稳定运行面临严重挑战，对优质调频的需求日益提升。 关键词:接入方案;电气一次系统;容量校核;短路电流核算
引言 随着可再生能源在电力系统中的渗透率不断提高，区域控制偏差（areacontrolerror,ACE）的高频成分随之增加，传统的火电调频机组由于响应速度和爬坡速率有限，难以满足调频需求。储能电池具有充放电灵活、响应快、控制精度高等优势，将其加入到自动发电控制（automaticgenerationcontrol,AGC）系统中可以改善调频效果。
1 2×330MW机组火力发电厂厂用电接线
以某个火力发电厂为例，燃煤机组的发电机额定功率为330MW、共2台，各发电机均以发电机—变压器组单元接线接入厂内220kV升压站母线。发电机引出线至主变、厂用分支采用全链式离相封闭母线。每台机组设一台双分裂的高厂变，电源由发电机出口引接;每两台机组设置一台有载调压启备变，启备变电源由厂内220kV母线引接。厂用电系统采用6kV和0.38kV两级电压。每台机组设两段6kV工作段母线，6kV工作段工作电源取自高厂变，备用电源取自启备变。每两台机组各设有两段6kV公用段;6kV03A/B公用段工作电源引自3号机6kV工作A/B段;6kV04A/B公用段工作电源引自4号机6kV工作A/B段;6kV03/04公用段备用电源分别引自3/4号启备变。另设有单母线分段的6kV输煤段和6kV配煤段。按照行业以往经验，调频用储能系统功率一般按机组额定容量的3%进行配置，2×330MW燃煤机组配套储能，储能配置容量约为10MW，采用6kV电压等级接入。
2储能电池的设计原则 ＡＧＣ调频具有功率大、时间短、次数多等特点，这就对储能系统在可靠性、安全性、响应速度、循环寿命、能量效率及外形尺寸方面提出了全面的要求。ａ．高可靠性、高安全性。火电厂机端应用对储能系统可靠性和安全性提出严格的要求，包括各种正常和电网／机组故障工况下的可靠运行；储能系统运行及投切不影响机组本身正常运行；储能系统应具备完善的故障管理功能，储能系统故障不应当影响机组的正常运行；储能系统应具备完善的防爆、防火、抗震等保护，满足运行安全要求；储能系统应选用世界先进锂离子电池制造商的成熟产品，以保证系统整体可靠性及使用寿命，最小化储能技术本身的风险。ｂ．快速的充放电响应速度。储能系统应具备快速的充放电响应速度，满足ＡＧＣ调频应用场景下短时大功率的需求。ｃ．高循环寿命。在ＡＧＣ调频应用场景下，储能系统会频繁往复充放电，这也就要求储能系统具有较高的循环寿命。ｄ．高能量效率。降低储能系统运行的用电损耗以提高储能系统的可利用率；储能系统可用率应达到９７％以上，整体能量转换效率高于９０％。3储能调频系统接入火电厂的接入方案 3.1统一频率模型介绍 目前，国内华东地区电力调度机构和科研院所主要基于BPA软件开展电力系统仿真分析工作，软件已被国内运行、生产、规划、科研以及大学等单位广泛应用。但是，在BPA关于频率的仿真计算中，首先需要对系统进行潮流计算，再基于潮流计算的结果，获取系统稳态运行点，进行暂态计算。用来表征频率的参数是各台机组的转速，基于此利用加权平均的方式获得整个系统的频率。在这种计算方式下，程序运行速度缓慢。另外，由于BPA的局限性，无法自主增加新的模型和模块。针对此问题，本文基于浙江电网和机电网潮流组数据，搭建了统一频率模型。其中Meq为系统惯性，由系统全机组惯性特性决定，Deq为省内负荷调节系数。另外，新能源并网功率包括风电功率和光伏功率，新能源并网功率和直流外受电作为本文主要功率扰动输入。 3.2储能系统接入系统方案 储能调频系统主要由储能电池、电气一二次设备、储能变流器、储能控制系统，储能能量管理系统（energymanagementsystem,EMS）、升压变压器和动力电缆、消防设施等构成。调度AGC指令下发到发电机组，该AGC指令同时被储能系统读取，由于火电机组响应速度较慢（分钟级），储能系统可以利用自身响应速度快（秒级）的特性先短时间内弥补机组出力与AGC指令间的偏差。待机组响应逐渐跟上指令后，储能系统可以降低出力，确保储能系统和机组联合出力与AGC指令一致，并做好响应下一次AGC指令的准备。控制方面，机组原有控制方式不变，接收AGC指令和机组出力反馈信号，控制火电机组出力跟随AGC指令。无论是否接入储能系统，机组均独立控制出力跟踪AGC指令，不控制和管理储能系统的出力。
3.3飞轮储能辅助火电机组一次调频模型 在电力系统发展过程中，其运行模式逐渐由各单一电力系统独立运行转变为电力系统间建立联络线的互联运行模式。在某控制区中产生负荷扰动后会引起功率的不平衡进而导致频率出现偏差，此时调频机组开始进行一次调频，而不同区域的发电机组转速变化的不一致会导致区域间联络线上交换功率出现变化，此时其他区域可以通过该功率变化对该控制区进行支援以使得整个互联电力系统的频率保持一致，在能够体现联络线作用的情况下对多区域互联电网进行简化，采用两区域模型进行仿真实验。本文主要针对系统中功率变化与频率变化进行仿真研究，当电网频率发生波动后，飞轮储能与火电机组对频率变化信号共同做出反应，通过改变输出功率以减少机械功率与电磁功率的差值进而减少电力系统频率的偏差，以此为根据建立包含飞轮储能的一次调频模型。 3.4电池系统均衡控制 电池运行过程中，通过全时被动均衡技术，有针对性的充放电策略及均衡算法，有效减少电池箱内单体的不一致性，提高电池使用寿命，保障电池系统长期高性能运行。被动均衡技术较为成熟，结构简单成本低，可在充电过程始终投入。充电过程中，在采取小电流、大电流和多阶降流等恒流充电方法，使得电池组充入更多电量。充放电过程全程实时监控，发现异常立刻采取报警、保护动作，确保电池安全。
结束语 本文分析了新政下的储能调频指标，提出了一种机组储能联合系统接入设计方案和控制策略，通过在中电荔新电厂的应用表明，该方案能够大幅改善火电机组的综合调频性能指标，有效降低了中压抽汽亚临界机组对联合调频的影响，明显地增强了其在调频辅助服务市场中的竞争力，并取得了较好的经济效益，该智能型储能AGC控制器是首次在储能联合火电机组调频场景中成功应用，该项技术将继续在其他集团所属电厂推广使用。参考文献 [1]张锋,印欣,樊国伟,亢朋朋,王诗铭,郑华.储能参与系统调峰、调频的关键技术研究[C].中国电力科学研究院.用电与能效专题讲座暨智能用电及能效管理技术研讨会论文集.中国电力科学研究院:北京市海淀区太极计算机培训中心,2019:84-91.
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