论文部分内容阅读
摘要：随着新能源发电比例的快速提高，电网调频容量不足的问题凸显，采用新的手段提升电网整体调频能力成为研究的方向。这其中，火电厂灵活性改造和储能调频技术是“十三五”期间发展方向。针对火力发电厂联合储能调频系统的技术和商业可行性进行研究，得出结论，火电厂联合储能调频系统，不仅可提高火电厂安全运行水平、降低设备损耗，同时满足电网AGC辅助服务需要，实现多赢。
关键词：储能系统；发电厂；应用
引言
近年来，风电及光伏发电等新能源大规模并入电网，由于其固有的发电特性，对电力系统稳定运行造成了一定的影响，主要表现为调峰和调频两个方面。特别是在冬季风电大发的时期，由于大量火电机组进入供热期，使得电网的调频能力进一步下降，风电弃风现象严重。随着电网中风电装机容量不斷增大，如不能满足电网对AGC调频辅助服务的需求，将对风电等新能源的开发利用形成严重制约。
1储能调频系统概述
1.1储能调频技术特征
储能调频技术主要是通过对电网中的机组并网和联网进行一系列的干预，来实现对电网频率的调节和联网效率的提高，进而解决短时间内电网局部频率不一致以及联网损耗大等问题。研究发现，目前，电网AGC调频功能主要是由水电、燃气机以及火电机组所构成的，主要是实现对电能转化过程中所造成的电流峰值和频率的调节和控制，但是原有的储能调频技术逐渐暴漏出调节延迟、偏差等问题。利用AGC调频时所有调节指令均可以在1s内实现，即当前的AGC储能调频系统能够完全符合系统调节的需要。
1.2储能调频系统构成
储能调频系统主要是由锂电池、双向功率转换装置等构成，具体构成部分主要有：（1）锂电池集装箱；（2）双向功率变换装置集装箱；（3）储能锂电池箱；（4）直流柜；（5）数据采集系统；（6）功率转换器；（7）防护装置；（8）基础设施（厂房和土建基础）。
2火力发电厂储能调频系统设计及在发电厂中的应用
2.1火电厂对储能调频系统需求
对火电厂增加储能调频系统，不仅能够提高火电厂的可靠性、使用寿命，也可以在一定程度上提高火电厂的发电效率以及新能源电力的联网效率，并降低传输过程中的损耗。火电厂对储能调频系统的需求主要体现在以下几个方面：（1）由于现在模块化设计的便利性和规模化生产需求，通过对储能调频模块的并联操作可以实现20MW以上的规模；（2）由于电力并网和传输速度较快，所以要想确保储能调频的有效性，就必须要实现调频动作的高速度和效率，目前常用的AGC调频效率较高，其指令的输入和输出往往能够在毫秒内实现；（3）储能系统由于对于电网的运行状况以及后期的运行维护和故障维修都具有重要的作用，所以该系统必须具备良好的安全性和可靠性，以确保运行过程中出错率较小，并且在其运行过程中还应该具备防火、防雷击和抗震等功能，以确保储能系统的正常运行。
2.2储能系统的原理图
对储能系统进行研究，必不可少的就是其运行原理图，其具体原理图如图1所示。
2.3控制系统及其应用
研究发现，在通常情况下，600MW的发电机组，往往是由两组300MW的机组所构成的，其储能系统一般是有两组9MW的储能系统所构成。其控制系统一般包涵主控单元、自控制单元以构成，且控制系统的主控单元主要通过RTU和DCS系统由通讯接口来构成，且在运行过程中受到AGC的调节和控制，并且定时对发电厂控制终端上传储能系统讯号。储能系统自身还应该具备运算功能，即储能系统接收到AGC指令后，储能系统对这些数据进行处理后将命令传递给自控制系统，以确保控制系统的正常运行。由于储能系统并网后，其接受信号量增多，就会在一定程度上减慢储能系统的工作效率和整个电网的工作效率，这里涉及到RTU的改造，其具体措施包涵以下几个部分：（1）储能系统的工作方式应该与电网的工作方式一致，即当储能系统接受电力时，其信号为正，输出电力时，其信号为负，此时发电机组和储能装置所发出的信号经过叠加处理后对系统各个节点发出指令；（2）储能系统与电网之间的指令传输需要根据双方约定的协议进行，且在风电或者光伏发电联网后，系统需要根据所接受到的指令进行生产，这些指令主要包涵调度指令、发动机工作与停机指令以及储能指令等。
3火力发电厂储能调频系统设计
3.1火电厂对储能调频系统需求
火电厂联合储能系统AGC调频应用中，对储能调频系统在可靠性、循环寿命、充放电时间比，以及外形尺寸方面提出了全面的要求，主要包括：1）系统规模：模块化设计，通过并联可实现20MW以上系统规模。2）响应速度：毫秒级实现额定功率范围内的有功无功的输入和输出。3）精确控制：能够在可调范围内的任何功率点保持稳定输出。4）双向调节能力：充电为用电负荷，放电为发电电源，额定功率双倍的调节能力。5）系统寿命：管理良好的储能系统的循环寿命可以达到百万次以上。
3.2控制系统及RTU系统的信号接入与改造
一台300MW机组配套9MW的储能系统，由3组3MW储能子系统并联构成，控制系统由一个总控单元与3组子控单元构成，子控制单元采用PLC。储能系统的总控单元与电厂RTU和DCS系统通过通讯接口/硬接线方式连接，接受AGC调度、DCS投切操作等指令，同时上传储能系统状态信号。储能系统总控单元根据接收到的AGC指令等运行数据，经过算储能系统接入后，现有的RTU设备在向机组发送AGC指令的同时，需增设发送给储能系统的信号。同时，储能系统接入后需要将机组出力与储能系统出力进行合并，并将合并后的出力信号上传电网，作为AGC考核依据。RTU改造内容包括：1）储能系统出力方向定义与发电机组相同，即向电网馈电时为正出力，从电网吸收电能时为负出力。将发电机机组出力信号和新加入储能装置的出力信号叠加后作为机组出力反馈信号（回传电网的遥测信号点名不变，不新加遥测回传点），参与AGC调度和AGC考核。2）储能系统需要从RTU站获取一些机组信息，即装置的控制系统与RTU以约定的通讯协议进行通讯（单向，RTU站发送，储能系统主控制单元接收），获取实时生产数据，包括电网AGC调度指令、发电机组实时出力、储能装置出力反馈等）。
3.3未来预期
1）电网未来几年的AGC调频总需求还会迅速增加。一方面风电装机在快速增加，区域电网内缺乏AGC性能优异的机组，另一方面，近年来发电企业已经意识到，火电机组频繁进行大范围AGC调节，对机组设备损耗造成影响，不利于机组的安全稳定运行。2）预计未来AGC单价下降的风险将被AGC任务量的增长抵消。随着储能调频技术的推广应用，电网内机组AGC性能普遍提高，预计电网将优先考虑提高AGC考核指标，进而调节任务量增加。
结语
储能参与电网调频辅助服务的形式主要有独立运行和与发电厂联合运行两种，在我国现有市场条件下，储能不能作为独立载体进入电力市场，因而与火电厂联合运行提供调频服务是最有效的市场模式。储能调频项目在提升火电运行效率、推广电力新技术、以及智能电网建设等方面具有极高的商业价值和重要的意义。联合火电机组的储能调频技术，将成为对电网调度产生显著影响的新技术和创新性商用项目。
参考文献：
[1]黄永皓，尚金成，康重庆，等.电力辅助服务交易市场的运作机制及模型[J].电力系统自动化，2013，27（2）：33-36.
[2]国家能源局关于促进电储能参与“三北”地区电力辅助服务补偿（市场）机制试点工作的通知[Z].2016.
关键词：储能系统；发电厂；应用
引言
近年来，风电及光伏发电等新能源大规模并入电网，由于其固有的发电特性，对电力系统稳定运行造成了一定的影响，主要表现为调峰和调频两个方面。特别是在冬季风电大发的时期，由于大量火电机组进入供热期，使得电网的调频能力进一步下降，风电弃风现象严重。随着电网中风电装机容量不斷增大，如不能满足电网对AGC调频辅助服务的需求，将对风电等新能源的开发利用形成严重制约。
1储能调频系统概述
1.1储能调频技术特征
储能调频技术主要是通过对电网中的机组并网和联网进行一系列的干预，来实现对电网频率的调节和联网效率的提高，进而解决短时间内电网局部频率不一致以及联网损耗大等问题。研究发现，目前，电网AGC调频功能主要是由水电、燃气机以及火电机组所构成的，主要是实现对电能转化过程中所造成的电流峰值和频率的调节和控制，但是原有的储能调频技术逐渐暴漏出调节延迟、偏差等问题。利用AGC调频时所有调节指令均可以在1s内实现，即当前的AGC储能调频系统能够完全符合系统调节的需要。
1.2储能调频系统构成
储能调频系统主要是由锂电池、双向功率转换装置等构成，具体构成部分主要有：（1）锂电池集装箱；（2）双向功率变换装置集装箱；（3）储能锂电池箱；（4）直流柜；（5）数据采集系统；（6）功率转换器；（7）防护装置；（8）基础设施（厂房和土建基础）。
2火力发电厂储能调频系统设计及在发电厂中的应用
2.1火电厂对储能调频系统需求
对火电厂增加储能调频系统，不仅能够提高火电厂的可靠性、使用寿命，也可以在一定程度上提高火电厂的发电效率以及新能源电力的联网效率，并降低传输过程中的损耗。火电厂对储能调频系统的需求主要体现在以下几个方面：（1）由于现在模块化设计的便利性和规模化生产需求，通过对储能调频模块的并联操作可以实现20MW以上的规模；（2）由于电力并网和传输速度较快，所以要想确保储能调频的有效性，就必须要实现调频动作的高速度和效率，目前常用的AGC调频效率较高，其指令的输入和输出往往能够在毫秒内实现；（3）储能系统由于对于电网的运行状况以及后期的运行维护和故障维修都具有重要的作用，所以该系统必须具备良好的安全性和可靠性，以确保运行过程中出错率较小，并且在其运行过程中还应该具备防火、防雷击和抗震等功能，以确保储能系统的正常运行。
2.2储能系统的原理图
对储能系统进行研究，必不可少的就是其运行原理图，其具体原理图如图1所示。
2.3控制系统及其应用
研究发现，在通常情况下，600MW的发电机组，往往是由两组300MW的机组所构成的，其储能系统一般是有两组9MW的储能系统所构成。其控制系统一般包涵主控单元、自控制单元以构成，且控制系统的主控单元主要通过RTU和DCS系统由通讯接口来构成，且在运行过程中受到AGC的调节和控制，并且定时对发电厂控制终端上传储能系统讯号。储能系统自身还应该具备运算功能，即储能系统接收到AGC指令后，储能系统对这些数据进行处理后将命令传递给自控制系统，以确保控制系统的正常运行。由于储能系统并网后，其接受信号量增多，就会在一定程度上减慢储能系统的工作效率和整个电网的工作效率，这里涉及到RTU的改造，其具体措施包涵以下几个部分：（1）储能系统的工作方式应该与电网的工作方式一致，即当储能系统接受电力时，其信号为正，输出电力时，其信号为负，此时发电机组和储能装置所发出的信号经过叠加处理后对系统各个节点发出指令；（2）储能系统与电网之间的指令传输需要根据双方约定的协议进行，且在风电或者光伏发电联网后，系统需要根据所接受到的指令进行生产，这些指令主要包涵调度指令、发动机工作与停机指令以及储能指令等。
3火力发电厂储能调频系统设计
3.1火电厂对储能调频系统需求
火电厂联合储能系统AGC调频应用中，对储能调频系统在可靠性、循环寿命、充放电时间比，以及外形尺寸方面提出了全面的要求，主要包括：1）系统规模：模块化设计，通过并联可实现20MW以上系统规模。2）响应速度：毫秒级实现额定功率范围内的有功无功的输入和输出。3）精确控制：能够在可调范围内的任何功率点保持稳定输出。4）双向调节能力：充电为用电负荷，放电为发电电源，额定功率双倍的调节能力。5）系统寿命：管理良好的储能系统的循环寿命可以达到百万次以上。
3.2控制系统及RTU系统的信号接入与改造
一台300MW机组配套9MW的储能系统，由3组3MW储能子系统并联构成，控制系统由一个总控单元与3组子控单元构成，子控制单元采用PLC。储能系统的总控单元与电厂RTU和DCS系统通过通讯接口/硬接线方式连接，接受AGC调度、DCS投切操作等指令，同时上传储能系统状态信号。储能系统总控单元根据接收到的AGC指令等运行数据，经过算储能系统接入后，现有的RTU设备在向机组发送AGC指令的同时，需增设发送给储能系统的信号。同时，储能系统接入后需要将机组出力与储能系统出力进行合并，并将合并后的出力信号上传电网，作为AGC考核依据。RTU改造内容包括：1）储能系统出力方向定义与发电机组相同，即向电网馈电时为正出力，从电网吸收电能时为负出力。将发电机机组出力信号和新加入储能装置的出力信号叠加后作为机组出力反馈信号（回传电网的遥测信号点名不变，不新加遥测回传点），参与AGC调度和AGC考核。2）储能系统需要从RTU站获取一些机组信息，即装置的控制系统与RTU以约定的通讯协议进行通讯（单向，RTU站发送，储能系统主控制单元接收），获取实时生产数据，包括电网AGC调度指令、发电机组实时出力、储能装置出力反馈等）。
3.3未来预期
1）电网未来几年的AGC调频总需求还会迅速增加。一方面风电装机在快速增加，区域电网内缺乏AGC性能优异的机组，另一方面，近年来发电企业已经意识到，火电机组频繁进行大范围AGC调节，对机组设备损耗造成影响，不利于机组的安全稳定运行。2）预计未来AGC单价下降的风险将被AGC任务量的增长抵消。随着储能调频技术的推广应用，电网内机组AGC性能普遍提高，预计电网将优先考虑提高AGC考核指标，进而调节任务量增加。
结语
储能参与电网调频辅助服务的形式主要有独立运行和与发电厂联合运行两种，在我国现有市场条件下，储能不能作为独立载体进入电力市场，因而与火电厂联合运行提供调频服务是最有效的市场模式。储能调频项目在提升火电运行效率、推广电力新技术、以及智能电网建设等方面具有极高的商业价值和重要的意义。联合火电机组的储能调频技术，将成为对电网调度产生显著影响的新技术和创新性商用项目。
参考文献：
[1]黄永皓，尚金成，康重庆，等.电力辅助服务交易市场的运作机制及模型[J].电力系统自动化，2013，27（2）：33-36.
[2]国家能源局关于促进电储能参与“三北”地区电力辅助服务补偿（市场）机制试点工作的通知[Z].2016.