火电联合储能调频技术的研究与应用

火电联合储能调频技术的研究与应用

陈广生

（中节能宁夏新能源股份有限公司宁夏银川750002）

摘要：与当前普遍应用的火电机组相比，电池储能系统在对充放电功率的控制方面，具有十分显著的优势，其控制精度、响应速度等均远远高于火电机组。因此，将储能系统接入电厂已有的火电机组中，实现火电联合储能调频，能够大大提高电网运行过程中的稳定性以及安全性。当前我国在火电联合储能调频技术的应用方面，仍处于起步阶段，缺乏足够的经验。本文以某省发电厂对火联合储能调技术的实际应用为例，对火电联合储能调频技术在实际生产中的具体应用进行了分析研究。

关键词：火电联合储能调频技术；研究；应用

1引言

随着各国经济的发展，各种资源的消耗量与日俱增，为了保证可持续发展，可再生能源的应用至关重要。在电力行业，因为可再生能源的应用而造成的调频问题急需解决，火电联合储能调频技术的应用能够有效解决这一问题。

2储能调频现状

随着相关技术的发展，在电网中自动发电控制的调频领域中，大容量的储能系统已经开始被应用其中，并且通过多年的理论和实践论证，在美国已得到了比较广泛的应用。根据纽约州的电力系统的实际运行情况来看，在整体电网的调频容量中，虽然储能调频系统只占到了3.3%，但其负担的调频任务数量却高达23.8%，储能系统在电网中的应用显著降低了电网的调频容量。

目前，我国已开始建设一些工程建设，以期能够通过储能的应用，实现削峰填谷。大型的火电机组目前仍然是我国北方电源结构的主要部分，其也是调频电源的主要依靠，在这种情况下，火电机组在调节功率方面的压力十分大。这些繁重且长期的功率调节任务，会使得发电机组的相关设备产生严重的磨损现象，同时也会影响超净排放相关目标的有效实现，对于电力系统的安全高效运行产生了极为严重的不良影响。与常规的发电技术相比，储能系统在调频方面具有极为显著的优势，因此为了对发电机组进行调频性能的提高，储能系统的引入就显得势在必行。

3电网的调频需求分析

以我国北方地区某省为例进行分析，在其电源结构中，大型的火电机组仍然是其主要构成部分，以火电机组作为主要的调频电源。但是因为火电机组在控制区域偏差方买诺的调节能力有限，使得该省的调频能力在整体上都十分有限，尤其是在冬天的时候，风电的发电量大幅度提高，但是火电机组则是到了供热期，使得其调节能力更加弱，整体电网在运行过程中也存在了更大的安全隐患。区域AGC控制能力的提高是加强频率稳定性的必需手段，也就是说，对于ACG发出的各种信号，火电机组要提高对其的响应能力，主要包括调节精度和速率、响应时间等。火电机组的主要缺点是爬坡的速率比较低，响应时间比较长，对于AGC命令无法进行准确的跟踪，甚至有时候会发生反方向的控制误差调节现象。

4储能联合调频系统

4.1储能联合调频系统介绍

储能联合调频系统的工作原理是，通过将储能设备添加进传统的火电机组中，在对AGC调频指令的响应方面，用火电机组作为基础的响应单元，储能系统则作为进行快速响应的补充单元。因为储能系统能够对输出功率进行高效的调节，其的应用能够对机组AGC信号的响应精度与速度进行有效的改善，同时还能够大幅度的降低机组在运行过程中的风险，缓解机组中的设备在运行过程中的磨损情况。在实际应用过程中，储能系统不需要与电厂机组共用相同的生产控制逻辑，为了最大程度上减少因为改造而造成的运行风险，要尽量减少对机组的控制系统的变更。

4.2储能联合调频系统结构

4.2.1接入方案设计

在火电机组中接入储能系统以实现联合调频之前，相关部门和工作人员首先要对有关的安全问题进行全面深入的考虑，利用数值仿真、理论分析等手段进行安全分析，接入风险、储能系统的容量选用、火电机组的检修计划、施工成本与周期、安装场地的限制等诸多因素进行全面的考虑，以此确定具体的接入方案。需要注意的是在设计接入方案的时候，要尽可能降低对火电机组的运行安全的影响，同时也要对施工成本和施工周期进行有效的控制。

4.2.2储能联合调频系统

通信和控制单元、PCS功率变换装置以及储能单元是储能系统的主要构成部分，储能联合调频系统中包含有MW级储能单元，将双向功率MVA级变换功率装置接入其中，将其接入厂用电6.3kV的高压回路中，是借助升压变压器实现的。电厂中380V的厂用电是储能系统的辅助用电的主要来源。在进行储能系统设计时，3MW电池标准化储能单元是其主要前提，为了使功率容量有比较显著的提高，将3MW的变换双向功率装置和储能单元进行并联，然后对其进行升压，利用升压变压器进行。将储能系统的辅助用电并入电厂的用电回路之中，能够为控制系统提供用电，并保证储能系统的冷却和照明，与此同时，在储能系统内部有UPS设置，能够在辅助供电发生中断的情况下，有效保证系统的整体运行安全。

5协调控制分析

以某省发电公司的某一机组为例，将储能系统接入该机组的机端之后，电厂的储能控制系统可以实时借助远动终端的单元系统和该机组的控制系统之间的通讯连接，获取到该机组的生产信息数据，在此基础上，对机组的运行情况进行分析。然后再考虑到电网高效安全运行针对该机组的具体调度要求，利用内置算法的处理，得到相关的优化数据，然后将这些优化数据发送到储能系统的功率装置进行实际执行，最终对该机组实现优化生产干预，大幅度的提高该机组在实际生产过程中的性能指标。

在将储能系统接入火电机组之后，会对极端的RTU设备加以相应的改造，改造之后，储能系统的出力和火电机组的出力就可以在RTU设备的后台软件中被合并之后，然后作为系统的整体出力信号，被传送到电网的AGC系统中。与此同时，还会把原有火电机组的出力信号传输到电厂的DCS中，将其作为对机组出力进行控制的反馈信号。

6系统运行的性能和经济效果

将储能系统接入电厂中原有的火电机组之后，在试运行以及前期正式运行阶段，电厂相关部门对储能联合调频系统的各项性能参数进行测试。测试结果表明，储能联合调频系统在出力控制方面，其实际误差平均低于28kW，只占储能系统的额定容量的1.4%。储能系统在额定功率情况下，其并网线路的实际损耗只有21.4kW，低于额定功率容量的1%。在直流侧，储能联合调频系统的能量效率高达93%，在交流侧，其能量效率能够高达86%。根据技术人员的测试，可以发现，储能联合调频系统在出力控制方面具有高响应速度、高精度的特点，与火电机组相比，储能联合调频系统对于电网的AGC调频指令的调节速率、响应速度以及响应精度均具有十分明显的优势。

结束语

在目前的电力行业中，由于可再生能源大量的被加以应用，需要进行规模的并网操作，因此而引发的调频问题急需解决，火电联合储能技术的应用对于发电机组AGC调节性能的调高具有十分显著的作火电联合储能技术的推广应用具有十分重大的现实意义，在实际应用过程中，要积极学习别的国家和以往的经验，结合自身实际情况，合理加以运用。

参考文献：

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