火力發(fā)電廠儲能調(diào)頻系統(tǒng)應用研究

張玉林

摘要：本文通過查閱大量的資料，對儲能調(diào)頻技術特征、儲能調(diào)頻系統(tǒng)構(gòu)成進行了研究，對電儲能調(diào)頻實施方案中的電儲能容量配置、電儲能系統(tǒng)接入方式、機組RTU系統(tǒng)改造等進行了總結(jié)，并對運行性能結(jié)果與經(jīng)濟性效果進行分析，促進火力發(fā)電廠儲能調(diào)頻系統(tǒng)的優(yōu)化發(fā)展。

關鍵詞：火力發(fā)電廠;儲能調(diào)頻;系統(tǒng);應用

1 儲能調(diào)頻必要性

當前優(yōu)質(zhì)的調(diào)頻資源非常少，且電網(wǎng)的負荷波動比較大，電網(wǎng)的負荷和火電廠之間的出力偏差就會導致頻率的偏移。而隨著我國風光發(fā)電市場的逐漸成熟，使得電網(wǎng)短時間內(nèi)的供需平衡出現(xiàn)了較為嚴重的問題。靠現(xiàn)有燃煤機組的慣性調(diào)節(jié)不能滿足要求，而儲能可以把頻率調(diào)整回來，能夠在毫秒級中做出響應。

2 火電廠儲能調(diào)頻系統(tǒng)技術分析

2.1 火電廠儲能調(diào)頻技術特征

自動發(fā)電控制（AGC）通過實時調(diào)節(jié)電網(wǎng)中機組的有功出力，實現(xiàn)對電網(wǎng)頻率及聯(lián)絡線功率進行控制，解決分鐘或秒級短時間尺度內(nèi)，區(qū)域電網(wǎng)具有隨機特性的有功不平衡問題。目前電網(wǎng)AGC調(diào)頻功能主要由水電、燃氣機組以及火電機組提供。將一次能源轉(zhuǎn)換成電能將經(jīng)歷一系列復雜過程，目前作為主力的火電機組的AGC調(diào)頻性能與電網(wǎng)的調(diào)節(jié)期望差距較大，具體表現(xiàn)為調(diào)節(jié)的延遲、偏差（超調(diào)和欠調(diào)）等現(xiàn)象。而適用于電網(wǎng)AGC調(diào)頻的儲能系統(tǒng)，在額定功率范圍內(nèi)，可以在1s內(nèi)、以99%以上的精度完成指定功率的輸出，其綜合響應能力完全滿足在AGC調(diào)頻時間尺度內(nèi)的功率變換需求，即調(diào)節(jié)反向、調(diào)節(jié)偏差以及調(diào)節(jié)延遲等問題將不會出現(xiàn)。

2.2 儲能調(diào)頻系統(tǒng)構(gòu)成

儲能系統(tǒng)主要由鋰電池（含BMS）、雙向功率變換裝置等核心設備組成，主要包括：①鋰電池集裝箱。②雙向功率變換裝置集裝箱。③儲能鋰電池柜（含BMS）。④直流配電柜（含BMS供電系統(tǒng)）。⑤雙向功率變換裝置。⑥SCADA數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)。⑦系統(tǒng)的防雷及接地裝置。⑧集裝箱房土建基礎及輔助設施。

3 火電廠電儲能調(diào)頻實施方案

3.1火電廠電儲能容量配置

火電廠電儲能裝置容量一般按照電網(wǎng)AGC調(diào)頻特性、申請調(diào)頻機組容量決定。以某火力發(fā)電廠二期2×350MW機組申請參與電網(wǎng)調(diào)頻為例，統(tǒng)計電網(wǎng)對該廠機組下達AGC調(diào)頻指令，80%的調(diào)頻指令約為3%倍的機組全容量。因此，該廠需配備10.5MW左右電儲能裝置，同時結(jié)合發(fā)電機組本身的調(diào)節(jié)能力和機組調(diào)節(jié)余量，可以配置9MW儲能系統(tǒng)功率滿足調(diào)頻需要。

3.2 電儲能系統(tǒng)接入方式

考慮到單元制機組廠用變?nèi)萘肯拗啤⒐?jié)省施工改造成本及運行維護便捷性等，9MW電儲能裝置可將5個儲能單元分成5MW/2.5MW·h和4MW/2MW·h兩個模塊。儲能系統(tǒng)主功率回路通過電纜連接，接入廠內(nèi)3#（4#）機組高廠變用6kV母線B段備用間隔，以實現(xiàn)儲能系統(tǒng)在任何一臺機組停運期間都可以實現(xiàn)全容量參與電網(wǎng)調(diào)頻，并對儲能系統(tǒng)在3#機組與4#機組電氣接入回路間做互鎖聯(lián)動控制，使電儲能系統(tǒng)只能接入一臺機組廠作為用電系統(tǒng)，如圖1所示。

3.3 機組RTU系統(tǒng)改造

電儲能系統(tǒng)接入后，電廠原有RTU設備在向機組發(fā)送調(diào)峰指令的同時，需增設調(diào)峰指令發(fā)送給儲能系統(tǒng)總控制單元的信號。同時，儲能系統(tǒng)接入后，需要將機組出力與儲能系統(tǒng)出力進行合并，并將合并后的出力信號上傳至電網(wǎng)，作為調(diào)峰考核的依據(jù)。

（1）需將機組的出力信號和儲能裝置的出力信號疊加后作為機組出力反饋信號（回傳電網(wǎng)的遙測信號點名不變，不新加遙測回傳點）。

（2）儲能系統(tǒng)的控制系統(tǒng)與RTU以約定的通信協(xié)議進行通信（單向，RTU站發(fā)送，儲能系統(tǒng)總控制單元接收），以獲取實時運行數(shù)據(jù)。

4運行性能結(jié)果與經(jīng)濟性效果

儲能聯(lián)合調(diào)頻項目于某一時間并網(wǎng)投入試運行，截至目前，已經(jīng)歷近許久的考驗，期間進行各項技術性能測試和效益測算，均達到預期目標。

4.1火電廠儲能設備技術性能指標測試結(jié)果

在火電廠儲能系統(tǒng)試運行和正式上線運行期間，對系統(tǒng)的技術性能參數(shù)進行了各項測試，測試結(jié)果如下。

a）出力控制誤差小于30kW，小于儲能系統(tǒng)額定容量的1.5%。

b）額定功率下儲能系統(tǒng)并網(wǎng)線路損耗22.7kW，占儲能系統(tǒng)額定功率容量的1.1%。

c）直流側(cè)（電池側(cè)）能量效率92.66%;交流側(cè)（含PCS損耗和并網(wǎng)線路損耗）能量效率85.56%。

d）出力對AGC調(diào)度指令平均出力響應延遲約（含測量、控制、通訊回路延遲）3s。測試結(jié)果表明儲能系統(tǒng)出力控制精度高、響應速度快，對電網(wǎng)AGC調(diào)頻指令的響應速度、調(diào)節(jié)速率、響應精度明顯優(yōu)于火電機組。

4.2 火電廠并網(wǎng)運行AGC指標的改善

某火電廠2號機組帶儲能裝置試驗過程中，對機組、儲能裝置出力控制精度、響應時間，以及儲能裝置運行穩(wěn)定性和可靠性進行了監(jiān)控和測量。在整個AGC閉環(huán)運行試驗期間，2號機組帶儲能裝置進行ACE閉環(huán)試驗整體運行穩(wěn)定可靠，機組AGC性能指標得到了大幅度提升，達到設計要求。

a）儲能裝置接入后對2號機組變壓器運行穩(wěn)定性的影響。項目9MW儲能裝置主功率回路通新增6240開關柜接入2號機組6kV IIB段，輔助供電回路通過新增321902接入2號機組380V IIB段。測試運行過程中，對2號機組6kV段和低壓段內(nèi)電壓、潮流進行了長期監(jiān)控和測試。測試結(jié)果表明，火電廠儲能裝置的充放電功率相對于高壓廠用段負荷較小，火電廠儲能裝置的投切和運行均未對2號機組6kV段和低壓段內(nèi)造成不利沖擊，火電廠儲能裝置的2號機組與儲能裝置運行平穩(wěn)。

5 結(jié)語

火電廠儲能參與電網(wǎng)調(diào)頻的形式主要有獨立運行和與發(fā)電廠聯(lián)合運行兩種，在我國現(xiàn)有市場條件下，火電廠儲能不能作為獨立載體進入電力市場，因而與火電廠聯(lián)合運行提供調(diào)頻服務是最有效的市場模式。儲能調(diào)頻項目在提升火電運行效率、推廣電力新技術、以及智能電網(wǎng)建設等方面具有極高的商業(yè)價值和重要的意義。聯(lián)合火電機組的儲能調(diào)頻技術，將成為對電網(wǎng)調(diào)度產(chǎn)生顯著影響的新技術和創(chuàng)新性商用項目。

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