火電聯(lián)合儲能調(diào)頻技術(shù)的研究與應用

山西河坡發(fā)電有限責任公司 山西 陽泉 045000

引言

隨著新能源發(fā)電的快速發(fā)展，因其固有的發(fā)電特性，對電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行造成了一定的影響，主要表現(xiàn)為調(diào)峰和調(diào)頻兩個方面。火電作為華北地區(qū)電網(wǎng)主力機組，長期承擔繁重的AGC調(diào)節(jié)任務，造成了發(fā)電煤耗增高、設備磨損增加等一系列問題，同時也有可能造成一定設備運行風險。電儲能由于其快速響應的特點，參與AGC調(diào)頻效果明顯。火電聯(lián)合相對適量的儲能系統(tǒng)參與調(diào)峰調(diào)頻，能夠迅速并有效地解決區(qū)域電網(wǎng)調(diào)頻資源不足的問題，改善電網(wǎng)運行的可靠性及安全性。對構(gòu)建堅強型智能電網(wǎng)并改善電網(wǎng)對可再生能源的接納能力具有重要意義 。 本文以某電廠兩臺350MW超臨界循環(huán)流化床燃煤機組為例，研究了火電機組與電儲能聯(lián)合調(diào)頻系統(tǒng)的設計方案和性能提升效果 。

1 容量選擇

在儲能火電聯(lián)合調(diào)頻系統(tǒng)中，在確定儲能系統(tǒng)功率配置時考慮以下要求，一是儲能功率配置應大于機組調(diào)節(jié)死區(qū)，二是儲能功率應覆蓋大部分AGC目標出力與機組實際出力偏差值，三是應兼顧儲能設備的經(jīng)濟性。

根據(jù)電網(wǎng)AGC調(diào)頻的特性統(tǒng)計，80%的調(diào)頻指令在3%倍的機組全容量左右，即350MW×3%＝10.5MW，結(jié)合目前發(fā)電機組本身的調(diào)節(jié)能力及機組調(diào)節(jié)余量，綜合考慮投資收益率、設備利用率等因素，配置儲能系統(tǒng)功率為9MW可在一定程度上避免機組頻繁折返運行，減少機組的磨損[1]。

電網(wǎng)的ACE調(diào)頻指令發(fā)送周期大部分以5min為限，為了保證儲能系統(tǒng)的調(diào)節(jié)能力，設計電池的容量能夠在滿功率的情況下支持3個周期，即15min的滿功率輸出／輸入容量，可以得出電池的有效容量為9×1/4＝2.25MWh。但是此容量下電池工作狀態(tài)為全容量的充放，為保證儲能系統(tǒng)同時具備正向和反向調(diào)節(jié)的能力，儲能系統(tǒng)電池組荷電狀態(tài)估計（SOC）維持在75%左右，同時考慮電池有效利用系數(shù)為95%（放電深度×放電效率），以及電廠自身性能，配置容量為4.5MWh。

2 與廠內(nèi)一次系統(tǒng)的接入

圖1 電儲能系統(tǒng)一次接入

每個儲能逆變器單元通過升壓變壓器升壓到6KV后接至儲能調(diào)頻裝置6KV母線段，再通過切換開關(guān)分別接入兩臺機組的高壓6KV廠用母線。考慮到機組調(diào)頻深度，其中，分別與兩臺機組交互的兩個6KV電源開關(guān)互為閉鎖，即只能同時參與一臺機組的調(diào)頻任務。儲能系統(tǒng)輔助用電分別接入兩臺機組380V公用變，以保證供電中斷情況下系統(tǒng)的運行安全。如圖1所示。

3 控制方法

儲能系統(tǒng)接入機組后，儲能控制系統(tǒng)接收來自機組DCS的信號，獲取實時生產(chǎn)數(shù)據(jù)，判斷機組運行現(xiàn)狀，并結(jié)合電網(wǎng)對機組調(diào)度要求，經(jīng)過內(nèi)置算法分析處理，計算出優(yōu)化數(shù)據(jù)，下發(fā)給儲能系統(tǒng)功率裝置執(zhí)行，實現(xiàn)對機組生產(chǎn)的優(yōu)化性干預，達到提升機組生產(chǎn)性能指標的目的[2]。

在儲能系統(tǒng)投運過程中，閉鎖儲能系統(tǒng)充放電的情況有：電儲能調(diào)頻控制裝置是否故障，如果故障，則儲能輔助裝置不動作，同時與機組NCS進行信息交互；，根據(jù)《華北區(qū)域發(fā)電廠并網(wǎng)運行管理實施細則》中第十七條第七項相關(guān)規(guī)定，當機組AGC與一次調(diào)頻反向時，則儲能裝置不動作；?在正常參與調(diào)頻過程中，為了保護電池，延長電池壽命，當持續(xù)充電至90%或持續(xù)放電至20%以下時，則儲能裝置不動作。

正常情況下，當AGC為升負荷指令時，儲能裝置進行放電，使機組增加出力，以實現(xiàn)機組的輸出快速響應AGC指令；同時隨著機組自身出力的增加，儲能放電量逐漸減小，始終保持機組聯(lián)合出力與AGC相等。當AGC為降負荷指令時，儲能裝置進行充電，使機組減小出力來實現(xiàn)機組的輸出快速響應 AGC指令；同時隨著機組自身出力的減小，儲能充電量也逐漸減小，始終保持機組聯(lián)合出力與AGC相等。如圖2所示。

圖2 電儲能充放電過程

4 效益分析

4.1 AGC性能指標評估方法

依據(jù)電網(wǎng) “雙細則” 文件，調(diào)頻性能指標包括調(diào)節(jié)速率K1、調(diào)節(jié)精度K2與響應時間K3。 AGC 調(diào)節(jié)性能計算公式為 ：

式中，Ki，jp衡量的是AGC機組i第j次調(diào)節(jié)過程中的調(diào)節(jié)性能好壞程度；Ki，j1為第i臺機組第j次調(diào)節(jié)的調(diào)節(jié)速率的考核指標；Ki，j2是AGC機組i第j次實際調(diào)節(jié)偏差量與其允許偏差量相比達到的程度；Ki，j3是該AGC機組i該第j次實際響應時間與標準響應時間相比達到的程度[3]。

4.2 調(diào)節(jié)深度

基于調(diào)節(jié)深度指標，對具備不同響應能力的調(diào)頻資源給予不同程度的補償。響應能力強、調(diào)節(jié)速度快、跟蹤性能好的機組對電網(wǎng)調(diào)頻的貢獻更大，應獲得更多的補償。

日調(diào)節(jié)深度定義為每日調(diào)節(jié)量的總和，即：

式中，D為機組當天AGC調(diào)節(jié)深度；n為日調(diào)節(jié)次數(shù)；Dj為機組第 j 次的調(diào)節(jié)深度，MW。

4.3 調(diào)頻收益

根據(jù)山西電網(wǎng)兩個細則，日收益為=日平均綜合性能指標kp ×日調(diào)節(jié)深度。

4.4 收益比較

下表為按5元競價（區(qū)間為5～10元）

表1 儲能系統(tǒng)投運性能及效益對照表

續(xù)表

由上表可以看出，在8月16日至8月20日期間，電儲能參與#1機組聯(lián)合調(diào)頻的情況下，其綜合性能指標（Kp值）基本達到6.0以上，日均收益在8萬元左右。而未投入電儲能的#2機組，在升負荷率為6mw/min機組在調(diào)門大幅度頻繁動作的情況其日均收益也只有5萬元左右[4]。

5 結(jié)束語

項目投運后，綜合性能指標（Kp值）可提升至6.0以上，同時還有助于延長機組運行壽命、降低消耗、減少排放，對電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行、提高電網(wǎng)對可再生能源接納水平等方面有重要意義。