一种火电混合储能调频控制方法与流程

1.本发明涉及火电机组agc调频技术领域，尤其涉及一种适用于火电机组联合agc调频的混合储能系统控制方法。


背景技术：

2.在电力系统运行中，自动发电控制(agc)主要通过实时调节电网中的调频电源的有功出力，实现对电网频率及联络线功率进行控制，解决秒或分钟级短时间尺度的区域电网内的具有随机特性的有功不平衡问题，其对agc电源性能提出了调节速率快、调节精度高、频繁转换功率调节方向等较高要求。
3.通常电网agc调频功能主要由包括以水电、燃气机组以及火电机组的常规电源提供。由于这些电源均为具有旋转惯性的机械器件组成，将一次能源转换成电能将经历一系列复杂过程，特别是火电机组的agc调频性能与电网的调节期望比较尚有差距，具体表现为调节的延迟、偏差（超调和欠调）等现象。
4.储能具有快速响应的特点，参与电力调频、调峰服务，可以增强电网的调节能力，促进可再生能源的消纳，是解决这一问题必不可少的重要技术。储能形式众多，其中抽水蓄能和电化学储能是目前最为成熟的商业化储能技术，特别是电化学储能因具有高能量密度和能源转化效率、技术组合灵活、基本不受应用场景限制的特点，成为近年来增速最快、增长潜力最大的储能技术。
5.目前国内外电厂调频储能系统多使用磷酸铁锂电池，虽然取得了较好的经济效益，但是普遍存在以下问题：由于比功率和快充特性较差，储能系统频繁快充快放会导致电池soc下降，进而会影响寿命和安全性，单一储电池储能系统普遍存在年均成本偏高的现象。
6.超级电容器是一种新型高性能储能器件，介于传统电容器和二次电池之间，具有充电迅速、循环寿命长、工作温度范围宽、安全可靠、清洁环保等突出的优点，特别适合用于长寿命、短时间高功率输出、快速充电、能量回收短等场合，妥善解决了储能设备高比功率和高比能量输出之间的矛盾，是理想的环保型储能器件之一。与磷酸铁锂电池相比，超级电容器的优点在于响应速度快（ms级）、高比功率、寿命长、快充能力强，造价比同级锂电池更低。但其缺点在于能量密度较低、很难长时间充放电，更适合快充快放的应用，因此超级电容器很难独立作为电源参与辅助调频。


技术实现要素：

7.为解决火电频繁快充快放导致电池寿命及安全性下降等问题，本发明提供一种全新火电机组联合agc调频的混合储能系统控制方法，将高功率、快速响应的超级电容器与高能量密度的电池二者的优势相互结合，进而优化系统整体性能，提高经济效益。
8.本发明解决上述问题所采用的技术方案是：一种火电混合储能调频控制方法，其特征在于：建立一种超级电容与电池的控制逻辑流程，通过控制超级电容储能单元及电池
储能单元的协同工作，充分发挥超级电容响应速度快、高比功率、寿命长、快充能力强、造价低、适于快充快放应用的优点以及电池能量密度大、适用于长时间充放电的优势，从而达到提高火电机组agc联合调频性能指标，延长储能电池寿命，提高经济效益的目的。
9.超级电容及电池均接至火电厂高压厂用电，其充放电主要由能量管理系统控制，在agc调频过程中，依据电网agc指令，需要火电机组提高有功时，储能系统放电，需要火电机组降低有功时，储能系统充电，储能系统充放电数值为电网agc指令减火电机组实际有功；在储能系统充放电过程中，由储能控制系统控制超级电容优先充放电，超级电容功率不足或不具备充放电条件时再由电池配合充放电。
10.本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：通过控制超级电容储能单元及电池储能单元的协同工作，充分发挥超级电容响应速度快、高比功率、寿命长、快充能力强、造价低、适于快充快放应用的优点以及电池能量密度大、适用于长时间充放电的优势，从而达到提高火电机组agc联合调频性能指标，延长储能电池寿命，提高经济效益的目的。将高功率、快速响应的超级电容器与高能量密度的电池二者的优势相互结合，优化了系统的整体性能，提高了经济效益。
附图说明
11.图1是本发明实施例中的火电机组调频策略示意图；图2是本发明实施例中的火电机组一次系统示意图；图3是本发明实施例中的火电机组agc指令及信号框图。
具体实施方式
12.下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。
13.实施例。
14.本实施例中，一种火电混合储能调频控制方法，超级电容及电池混合储能辅助机组联合参与电网调频控制，尽量避免对机组控制器稳定性的影响。储能系统超级电容及电池均接至火电机组高压厂用电，储能系统充电时，由厂用电系统经储能系统的功率双向逆变器（pcs）对储能电池充电；放电时，储能系统由功率双向逆变器转换为交流电源，注入高压厂用电系统。随着储能系统的充放电，改变了厂用电功率，从而间接地调整了发电机组的功率，火电机组一次系统如图2所示。
15.超级电容及电池混合储能出力由能量管理系统控制，其agc指令控制如图3所示。储能系统能量管理单元包含集散控制器、协调控制器和储能系统主控制器，集散控制器和协调控制器需实时接受电厂ems调度，并根据当前agc指令和超级电容、电池储能装置的soc值来协调机组、超级电容和电池的实际出力，达到源、网、储三者协调统一，达到储能参与调频后带来的净效益期望最大。
16.以超级电容a mw 电池b mw混合储能系统为例，其逻辑流程如图1所示：超级电容储能：大功率、短时充放电、承担尖峰出力部分。
17.电池储能：承担基础出力部分，减少充放电倍率，提高安全性，延长使用寿命。
18.调频指令：等于agc目标功率与机组实际功率的差值。
19.1）对于指令≤a mw时，由超级电容储能系统单独出力优先由超级电容储能系统单独出力响应，如在超级电容储能系统储能量已能满足指令需求，或者超级电容储能系统与机组配合可满足指令需求，则无需锂电储能系统动作；2）对于a mw＜指令≤a b mw时，两种储能系统协同联合出力优先由超级电容储能系统出力承担指令初期尖峰功率需求，当超级电容储能系统单独出力无法满足指令需求时，由锂电储能系统配合出力；3）对于指令＞a b mw时，超级电容 电池 机组联合调解优先由超级电容储能系统出力承担指令初期尖峰功率需求，当超级电容储能系统单独出力无法满足指令需求时，由锂电储能系统配合出力，当超级电容储能系统与锂电池储能系统配合后也无法满足指令需求时，由机组参与配合调解；4）超级电容储能系统提高调节精度指标调用超级电容储能系统快速充放电进行弥补，改善机组调频的调节精度指标。超级电容储能在火电机组进入agc调频平稳运行阶段，通过频繁充电或者放电来补偿机组实际出力与agc目标出力的偏差，使得混合储能联合调频并网侧的功率迅速向agc设点功率收敛，实现对联合出力的精确控制，从而提高调节精度的值。
20.本说明书中未作详细描述的内容均属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
21.虽然本发明已以实施例公开如上，但其并非用以限定本发明的保护范围，任何熟悉该项技术的技术人员，在不脱离本发明的构思和范围内所作的更动与润饰，均应属于本发明的保护范围。


技术特征：
1.一种火电混合储能调频控制方法，其特征在于：超级电容及电池均接至火电厂高压厂用电，其充放电主要由能量管理系统控制，在agc调频过程中，依据电网agc指令，需要火电机组提高有功时，储能系统放电，需要火电机组降低有功时，储能系统充电，储能系统充放电数值为电网agc指令减火电机组实际有功；在储能系统充放电过程中，由储能控制系统控制超级电容优先充放电，超级电容功率不足或不具备充放电条件时再由电池配合充放电。2.根据权利要求1所述的火电混合储能调频控制方法，其特征在于：超级电容及电池混合储能辅助机组联合参与电网调频控制，避免对机组控制器稳定性的影响；储能系统超级电容及电池均接至火电机组高压厂用电，储能系统充电时，由厂用电系统经储能系统的功率双向逆变器对储能电池充电；放电时，储能系统由功率双向逆变器转换为交流电源，注入高压厂用电系统；随着储能系统的充放电，改变厂用电功率，间接地调整发电机组的功率；超级电容及电池混合储能出力由能量管理系统控制，储能系统能量管理单元包含集散控制器、协调控制器和储能系统主控制器，集散控制器和协调控制器实时接受电厂ems调度，并根据当前agc指令和超级电容、电池储能装置的soc值来协调机组、超级电容和电池的实际出力，达到源、网、储三者协调统一，达到储能参与调频后带来的净效益期望最大；超级电容a mw 电池b mw混合储能系统的控制流程如下：超级电容储能：大功率、短时充放电、承担尖峰出力部分；电池储能：承担基础出力部分，减少充放电倍率，提高安全性，延长使用寿命；调频指令：等于agc目标功率与机组实际功率的差值；1）对于指令≤a mw时，由超级电容储能系统单独出力优先由超级电容储能系统单独出力响应，在超级电容储能系统储能量已能满足指令需求，或者超级电容储能系统与机组配合可满足指令需求时，则无需锂电储能系统动作；2）对于a mw＜指令≤a b mw时，两种储能系统协同联合出力优先由超级电容储能系统出力承担指令初期尖峰功率需求，当超级电容储能系统单独出力无法满足指令需求时，由锂电储能系统配合出力；3）对于指令＞a b mw时，超级电容 电池 机组联合调解优先由超级电容储能系统出力承担指令初期尖峰功率需求，当超级电容储能系统单独出力无法满足指令需求时，由锂电储能系统配合出力，当超级电容储能系统与锂电池储能系统配合后也无法满足指令需求时，由机组参与配合调解；4）超级电容储能系统提高调节精度指标调用超级电容储能系统快速充放电进行弥补，改善机组调频的调节精度指标；超级电容储能在火电机组进入agc调频平稳运行阶段，通过频繁充电或者放电来补偿机组实际出力与agc目标出力的偏差，使得混合储能联合调频并网侧的功率迅速向agc设点功率收敛，实现对联合出力的精确控制，从而提高调节精度的值。

技术总结
本发明公开了一种火电混合储能调频控制方法，属于火电机组AGC调频技术领域，建立一种超级电容与电池的控制逻辑流程，通过控制超级电容储能单元及电池储能单元的协同工作，充分发挥超级电容响应速度快、高比功率、寿命长、快充能力强、造价低、适于快充快放应用的优点以及电池能量密度大、适用于长时间充放电的优势，从而达到提高火电机组AGC联合调频性能指标，延长储能电池寿命，提高经济效益的目的。提高经济效益的目的。提高经济效益的目的。


技术研发人员：于龙飞 王天阔 王华卫 黄佳 张平 马党国 朱浩然 郭剑雄 杨浚 方正
受保护的技术使用者：华电电力科学研究院有限公司
技术研发日：2022.02.18
技术公布日：2022/6/1