火电联合储能调频技术的研究与应用

2021-03-19

科学与信息化 2021年5期

山西河坡发电有限责任公司山西阳泉 045000

引言

随着新能源发电的快速发展，因其固有的发电特性，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。火电作为华北地区电网主力机组，长期承担繁重的AGC调节任务，造成了发电煤耗增高、设备磨损增加等一系列问题，同时也有可能造成一定设备运行风险。电储能由于其快速响应的特点，参与AGC调频效果明显。火电联合相对适量的储能系统参与调峰调频，能够迅速并有效地解决区域电网调频资源不足的问题，改善电网运行的可靠性及安全性。对构建坚强型智能电网并改善电网对可再生能源的接纳能力具有重要意义。本文以某电厂两台350MW超临界循环流化床燃煤机组为例，研究了火电机组与电储能联合调频系统的设计方案和性能提升效果。

1 容量选择

在储能火电联合调频系统中，在确定储能系统功率配置时考虑以下要求，一是储能功率配置应大于机组调节死区，二是储能功率应覆盖大部分AGC目标出力与机组实际出力偏差值，三是应兼顾储能设备的经济性。

根据电网AGC调频的特性统计，80%的调频指令在3%倍的机组全容量左右，即350MW×3%＝10.5MW，结合目前发电机组本身的调节能力及机组调节余量，综合考虑投资收益率、设备利用率等因素，配置储能系统功率为9MW可在一定程度上避免机组频繁折返运行，减少机组的磨损[1]。

电网的ACE调频指令发送周期大部分以5min为限，为了保证储能系统的调节能力，设计电池的容量能够在满功率的情况下支持3个周期，即15min的满功率输出／输入容量，可以得出电池的有效容量为9×1/4＝2.25MWh。但是此容量下电池工作状态为全容量的充放，为保证储能系统同时具备正向和反向调节的能力，储能系统电池组荷电状态估计（SOC）维持在75%左右，同时考虑电池有效利用系数为95%（放电深度×放电效率），以及电厂自身性能，配置容量为4.5MWh。

2 与厂内一次系统的接入

图1 电储能系统一次接入

每个储能逆变器单元通过升压变压器升压到6KV后接至储能调频装置6KV母线段，再通过切换开关分别接入两台机组的高压6KV厂用母线。考虑到机组调频深度，其中，分别与两台机组交互的两个6KV电源开关互为闭锁，即只能同时参与一台机组的调频任务。储能系统辅助用电分别接入两台机组380V公用变，以保证供电中断情况下系统的运行安全。如图1所示。

3 控制方法

储能系统接入机组后，储能控制系统接收来自机组DCS的信号，获取实时生产数据，判断机组运行现状，并结合电网对机组调度要求，经过内置算法分析处理，计算出优化数据，下发给储能系统功率装置执行，实现对机组生产的优化性干预，达到提升机组生产性能指标的目的[2]。

在储能系统投运过程中，闭锁储能系统充放电的情况有：电储能调频控制装置是否故障，如果故障，则储能辅助装置不动作，同时与机组NCS进行信息交互；，根据《华北区域发电厂并网运行管理实施细则》中第十七条第七项相关规定，当机组AGC与一次调频反向时，则储能装置不动作；ƒ在正常参与调频过程中，为了保护电池，延长电池寿命，当持续充电至90%或持续放电至20%以下时，则储能装置不动作。

正常情况下，当AGC为升负荷指令时，储能装置进行放电，使机组增加出力，以实现机组的输出快速响应AGC指令；同时随着机组自身出力的增加，储能放电量逐渐减小，始终保持机组联合出力与AGC相等。当AGC为降负荷指令时，储能装置进行充电，使机组减小出力来实现机组的输出快速响应 AGC指令；同时随着机组自身出力的减小，储能充电量也逐渐减小，始终保持机组联合出力与AGC相等。如图2所示。