风电场站与储能联合煤电机组调频实证平台及方法与流程

本发明属于电力系统运行与控制，具体涉及一种风电场站与储能联合煤电机组调频实证平台及方法。

背景技术：

1、在新型电力系统建设进程中，煤电机组承担电网调频与稳定运行关键作用，但受调节速率、响应时延及爬坡能力限制，难以满足新能源高渗透率场景下高精度、快响应调频需求。风电场站出力具间歇性、波动性，单独调频稳定性不足；当前火储联合调频多采用锂离子电池与pcs组合方案，存在容量超配致投资高、电池循环寿命短、热失控隐患、soc窗口窄及单一技术路线缺乏对比数据等问题。现有功率型储能多单一应用，缺乏多元储能与风电场站协同的联合实证平台，无法为多元储能联合煤电机组与风电调频提供标准化实证支撑。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种风电场站与储能联合煤电机组调频实证平台及方法，用以解决现有火储联合调频方案成本高、隐患大、单一技术路线无对比及缺乏多元储能与风电协同实证平台的技术缺陷。

2、为了实现上述目的，本技术提供如下技术方案：

3、本技术的第一方面，提供了一种风电场站与储能联合煤电机组调频实证平台，包括：

4、风电场站、多元储能子系统、功率变换系统、能量管理系统及实证评估模块；风电场站通过电气联络线接入煤电机组厂用电母线，与多元储能子系统、煤电机组共同构成联合调频电源；

5、所述多元储能子系统包括一套混合型超级电容储能舱、一套钛酸锂储能电池舱及一套飞轮储能舱，混合型超级电容储能舱、钛酸锂储能电池舱及飞轮储能舱的额定输出功率均标定为p0/3，且三者的充放电倍率、额定持续运行时长电气参数相同；

6、所述功率变换系统包括三套规格完全相同的pcs、一台并网开关柜、一台升压变压器及一套高压开关站，混合型超级电容储能舱、钛酸锂储能电池舱及飞轮储能舱的直流输出端分别与三套pcs的直流输入端一一对应电连接，三套pcs的交流输出端经汇流母排汇接后接入升压变压器的低压输入端，升压变压器的高压输出端经并网开关柜、高压开关站依次串联后与煤电机组厂用电母线实现电气互联，风电场站同样经高压开关站接入煤电机组厂用电母线，且三套pcs的安装基准面、电气接口协议及控制信号接口完全匹配；

7、所述能量管理系统包括ems主控制器、远动通信装置、高精度同步时钟及工业级数据采集服务器；ems主控制器通过远动通信装置分别与机组分布式控制系统（dcs）、电网调度自动发电控制（agc）/一次调频系统、风电场站构建双向电气信号交互链路，实现调频指令、风电场站出力数据与设备运行数据的实时同步传输；

8、所述ems主控制器还通过独立屏蔽电缆与每套pcs单独构建闭环控制信号链路，用于将接收的调频目标功率信号均等拆分后，以无优先级策略同步下发至各pcs的控制单元，实现风电场站、各储能子系统与煤电机组的协同响应控制；实证评估模块包括设备健康度评估单元、横向对比评分软件及本地/云端双冗余数据库；其中，实证评估模块的数据采集端通过电压/电流采集回路及通信接口，分别与风电场站、混合型超级电容储能舱、钛酸锂储能电池舱、飞轮储能舱及三套pcs一一对应建立电气信号连接，用于实时采集各设备的电气运行参数、工况状态数据及故障告警信号；

9、所述横向对比评分软件内置基于设备健康度、电气安全性、运行经济性及调频响应效果构建的四维加权评分模型，用于对采集的电气及工况数据进行分析处理后完成横向量化评分，并将评分结果存储至本地/云端双冗余数据库。

10、在一种可选的实施例中，所述p0通过以下方式标定：

11、采集煤电机组、风电场站连续12个月的自动发电控制（agc）指令信号及一次调频运行电气数据，并采用95%概率功率统计法分别计算得到agc工况下的额定特征功率p1、一次调频工况下的额定特征功率p2；

12、选取p1与p2中的最大值作为基准功率，将该基准功率向上取整至与标准集装箱式储能舱体电气及机械规格匹配的整数功率，即为p0。

13、在一种可选的实施例中，混合型超级电容储能舱、钛酸锂储能电池舱及飞轮储能舱的充放电倍率调节范围为5c~10c，额定持续运行时长设定为10min；

14、其中，混合型超级电容储能舱、钛酸锂储能电池舱及飞轮储能舱任一舱体的额定储能容量按公式：

15、额定储能容量=（p0/3）×（10/60）mwh计算确定，且各舱体实际输出容量与额定储能容量的偏差绝对值不超过3%，确保风电场站与各储能舱体能量输出能力的电气一致性。

16、在一种可选的实施例中，所述pcs为高频隔离式双向功率变换装置，其直流输入端电压等级为690v dc，交流输出端电压等级为6kv ac，额定频率为50hz；

17、其中，三套pcs的额定功率、电路拓扑结构、开关器件参数及控制算法均相同，且在额定工况下运行时，任意两套pcs的功率损耗差值不超过自身额定功率的2%，以匹配风电场站与多元储能子系统的协同出力要求。

18、在一种可选的实施例中，所述能量管理系统的高精度同步时钟配置gps/北斗双模授时模块，时间同步精度优于1μs；

19、其中，该高精度同步时钟通过rs485总线或以太网接口分别与ems主控制器、风电场站监控系统、各pcs控制单元及实证评估模块建立同步信号连接，用于校准各设备的时间基准，保障风电场站、多元储能子系统及煤电机组响应时序偏差不超过5ms。

20、在一种可选的实施例中，所述实证评估模块的本地数据库采用raid 5冗余阵列存储架构，搭载工业级冗余服务器；

21、其中，云端数据库通过ssl/tls 1.2及以上版本加密通信协议与本地数据库实现实时数据同步；

22、本地及云端数据库的数据存储时长均不低于3年，且支持按风电场站编号、设备编号、时间区间及电气参数类型进行历史数据追溯查询。

23、在一种可选的实施例中，所述四维加权评分模型中，设备健康度、电气安全性、运行经济性、调频响应效果的基准权重占比分别为30%、25%、25%、20%；

24、其中，设备健康度、电气安全性、运行经济性、调频响应效果各维度权重可通过ems主控制器的远程参数配置界面进行在线调整，支持根据风电场站参与联合调频的不同实证场景需求动态优化权重分配，且所有维度权重的总和恒为1，权重调整精度为1%。

25、在一种可选的实施例中，所述混合型超级电容储能舱、钛酸锂储能电池舱及飞轮储能舱采用密闭式钢结构箱体，箱体内置高精度温度传感器、湿度传感器及电气烟雾传感器，且配备强制风冷散热系统及过温保护回路；

26、风电场站配套设置独立的气象监测单元与出力预测单元，并与能量管理系统通信连接。

27、在一种可选的实施例中，所述功率变换系统还包括：

28、金属氧化物避雷器、电磁式电压互感器及电流互感器；

29、所述金属氧化物避雷器并联于升压变压器高压输出端与接地极之间，构成过电压保护回路，用于抑制雷电过电压及操作过电压；

30、所述电压互感器与电流互感器串联于并网开关柜的出线端与高压开关站的进线端之间，其二次信号输出端通过屏蔽电缆接入实证评估模块的信号采集单元，用于实时采集电网侧、风电场站侧电压、电流电气参数并反馈至评分模型。

31、本技术的第二方面，提供了一种风电场站与储能联合煤电机组调频实证平台使用方法，所述方法是采用如上所述的风电场站与储能联合煤电机组调频实证平台进行的，包括以下步骤：

32、步骤一：采集煤电机组、风电场站连续12个月的自动发电控制（agc）指令信号及一次调频运行电气数据，并采用95%概率功率统计法分别计算得到agc工况下的额定特征功率p1、一次调频工况下的额定特征功率p2，选取p1与p2中的最大值作为基准功率，将该基准功率向上取整至与标准集装箱式储能舱体电气及机械规格匹配的整数功率，确定基准功率p0；

33、步骤二：将混合型超级电容储能舱、钛酸锂储能电池舱及飞轮储能舱的额定输出功率均配置为p0/3，设定三者的充放电倍率调节范围为5c~10c、额定持续运行时长为10min；同步校准三套高频隔离式双向功率变换装置（pcs）的额定功率、电路拓扑结构、开关器件参数及控制算法，使任意两套pcs在额定工况下的功率损耗差值不超过自身额定功率的2%，满足风电场站与多元储能协同调频要求；

34、步骤三：通过远动通信装置将ems主控制器分别与机组分布式控制系统（dcs）、电网调度agc/一次调频系统、风电场站构建双向电气信号交互链路；采用独立屏蔽电缆将ems主控制器与每套pcs单独构建闭环控制信号链路；同时将高精度同步时钟通过rs485总线或以太网接口分别与ems主控制器、风电场站监控系统、各pcs控制单元及实证评估模块建立同步信号连接，校准各设备时间基准，使风电场站、多元储能子系统及煤电机组响应时序偏差不超过5ms；

35、步骤四：ems主控制器接收电网调度agc/一次调频系统下发的调频指令信号，结合风电场站实时出力状态，将调频目标功率信号均等拆分后，以无优先级策略同步下发至各pcs的控制单元；各pcs根据指令驱动对应的储能舱执行充放电操作，实现风电场站、多元储能子系统与煤电机组的协同调频响应；

36、步骤五：通过实证评估模块的电压/电流采集回路及通信接口，实时采集风电场站、混合型超级电容储能舱、钛酸锂储能电池舱、飞轮储能舱及三套pcs的电气运行参数、工况状态数据及故障告警信号；利用实证评估模块内置的四维加权评分模型对采集的电气及工况数据进行分析处理，完成横向量化评分，并将评分结果同步存储至本地/云端双冗余数据库。

37、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

38、通过多元储能子系统（混合型超级电容、钛酸锂、飞轮储能舱）解决现有单一锂离子电池方案容量超配、寿命短、热失控隐患及 soc 窗口窄的缺陷；依托三套规格一致的pcs 及能量管理系统，实现风电场站、多元储能与煤电机组协同调频，解决风电单独调频不稳问题；通过实证评估模块及四维加权评分模型，解决单一技术路线缺乏对比数据的缺陷，搭建标准化协同实证平台。