CN106786693A - 用于一次调频与agc辅助调节技术的一种储能装置系统 - Google Patents

Abstract

用于一次调频与AGC辅助调节技术的储能装置系统，其包括发电机组、变压器、电网、直流‑交流变换器、储能电池组，其特征在于：另有多端口直流‑直流变换器，从而使多个储能电池组连接端口直流‑直流变换器的各自端口，而且，至少有一超级电容也连接到直流‑直流变换器的各自端口；另有负荷分配系统接收调度的AGC指令或者根据电网频率形成负荷指令，分成两路，一路经过能量管理系统连接到多端口直流‑直流变换器和直流‑交流变换器；另一路连接进机组的DCS(机组分布式控制)、DEH(汽轮机数字电液控制)控制系统，控制发电机组工作；从而可以提高电力系统调峰能力、提高燃煤机组一次调频能力、AGC响应能力，保证电厂的稳定运行与节能。

Description

用于一次调频与AGC辅助调节技术的一种储能装置系统

技术领域

本发明涉及电能储存与转换技术，尤其是涉及到电力系统中储能技术装置，用于消峰填谷、一次调频、AGC(自动发电控制)辅助调节、提高电网稳定性、改善电能质量、提高电网利用率的作用。

背景技术

随着社会经济形式的发展，电网的用电结构也发生了一定的变化：一方面特高压输入电量稳步增加，同时电网日负荷曲线峰谷差日趋增大，加之国内国民经济结构的调整，大部分火电机组利用小时数将出现大幅度下降。因此，电网方面对发电机组提出了新的要求：1)机组需要快速响应一次调频动作，能够快速往上调频；2)机组需要深度调峰，能够调峰到更低负荷。3)提高AGC的控制水平，即调节速率、调节精度、响应时间乘积的综合控制水平达到最优。

现有的燃煤机组的一次调频、AGC、深度调峰只能通过协调控制系统优化、滑压曲线测试优化、低负荷工况下提高烟气温度防止SCR(选择性催化还原剂)的退出等措施来改善上述调节性能，以满足《发电厂并网运行管理实施细则》、《并网发电厂辅助服务管理实施细则》的“两个细则”考核要求。

电能存储技术现在一般用在风力发电、太阳能光伏发电等新能源发电设备中。现行燃煤机组中很少有采用储能技术来大幅改善一次调频、AGC性能的应用。

电力系统一般采用抽水储能技术，以提高电网的调峰能力。

现有的储能技术如图3所示，采用一组电池，电能储存及电能释放采用同组电池，电池组储存电能时通过直流-交流变换器把交流母线上的交流电能转换为直流对电池组进行充电；当电池组储能释放时，再通过直流-交流变换器把电池电能转换为交流补充到电网。

图3中只使用一组电池，存在如下缺点：1)电池很难完成充放循环整个过程，不能完成充到额定电量后，再释放到电池最佳的低电量；2)无冗余备用，不能进行在线维护，电池组或直流-交流变换器发生故障时就不能使用该储能技术。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的现状，提供一种用于一次调频与AGC辅助调节技术的储能装置系统，它可以提高电力系统调峰能力、提高燃煤机组一次调频能力、AGC响应能力，保证电厂的稳定运行与节能。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：用于一次调频与AGC辅助调节技术的储能装置系统，其包括发电机组、变压器、电网、直流-交流变换器、储能电池组；其特征在于：

另有多端口直流-直流变换器，使发电机组的输出端经过交流母线连接直流-交流变换器，再连接到多端口直流-直流变换器的直流母线上，经过多端口直流-直流变换器的各自端口连接到多个储能电池组和超级电容，多个储能电池组和超级电容的输出汇总到直流-直流变换器的直流母线上，再经过直流-交流变换器连接到交流母线，经过交流母线连接变压器，经过变压器连接到电网；

另有负荷分配系统接收调度的AGC指令或者根据电网频率形成负荷指令，分成两路，一路经过能量管理系统连接到多端口直流-交流变换器和直流-直流变换器，使能量管理系统管理储能电池组和超级电容的充电与放电，接受来自负荷分配系统的负荷指令，向交流母线提供系统负荷或吸收系统负荷；另一路连接进机组的DCS(机组分布式控制)、DEH(汽轮机数字电液控制)控制系统，控制发电机组工作。

作为优选，所述储能电池组采用两组，超级电容采用一组。

作为改进，所述负荷分配系统接收调度的AGC指令或根据电网频率形成负荷指令，逻辑中一次调频优先于AGC指令，同方向时两负荷指令叠加，反方向时一次调频闭锁AGC反向调节。

作为改进，所述多端口直流-直流变换器接入太阳能电池板、风力发电装置、超导体储能装置、飞轮储能装置或者压缩空气储能装置。

优选，所述机组响应为秒级，而系统响应级别为毫秒级。

最后，所述负荷分配系统与特高压输电系统连锁，发电机组改为电网的配电站，从而成为特高压输电系统的应急电源。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1、提高一次调频响应的快速性，瞬间稳定电网频率；

2、极大提高AGC的响应能力，保证全程AGC负荷响应瞬间(毫秒级)达到电网的负荷给定值，提高机组的经济性；

3、可减小机组负荷变化率的设定值，保证机组稳定、节能、安全运行；变化率减小有利于主汽压力、主汽温度、再热器压力、再热器温度等参数的稳定，减小机组的热应力变化；

4、储能可提供应急电源，为黑启动等关键应用提供支撑，提高应对突发故障的能力；

5、采用混合储能，能发挥不同储能的特点，取长补短，拓展各储能装置自身优势发挥的空间；

6、通过能量管理系统调控储能运行于各自的优化工作区间，延长储能装置的循环使用寿命；

7、储能装置的冗余配置，可实现在线维护，提高系统的利用率；

8、与特高压输电配合使用，做为特高压闭锁时电网的应急电源，提高电网电能质量。

附图说明

图1为本发明的储能装置系统原理图；

图2为多端口DC－DC转换器内部电路原理图；

图3为传统的储能装置系统原理图；

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

如图1为本发明的系统图，它采用复合储能多端接入系统，通过负荷分配系统来辅助机组的一次调频及AGC，提高机组对“两个细则”的响应能力。

图1中的1、2、3为不同的储能装置实现复合储能，利用不同储能之间的互补特性满足机组的一次调频、AGC响应能力。其中，1是储存电池组1，2是储能电池组2，3是超级电容。

4为多端口直流-直流变换器，即多端口DC－DC变换器，其内部电路为DC－AC，AC-DC，它实现多种储能的接入和能量控制，再利用某端口通过DC－AC变换器即直流-交流变换器12连接交流母线8。DC－AC(AC－DC)变换器采用高频开关电源电路，转换中的交流为高频电源，输送电能的效率高，故变压器的体积很小。

5为能量管理系统，它有下述两个功能：(A)管理储能装置中储存电池组1、储存电池组2、超级电容3的充电与放电；(B)接受来自负荷分配系统的负荷指令，向交流母线8提供系统负荷或吸收系统负荷。

对于功能(A)，在正常情况下超级电容处于等待状态，只要电容未充满它随时可以吸收或释放电能，当储能为低限时，只能吸收电能，当储能为高限时只能释放电能；储能电池组1、2，可使用同种性能的电池，也可使用不同性能的电池。正常情况下一组电池处于吸收电能状态，一直充电到最高限值为止；另一组处于释放状态，一直放电到最低限值，从而实现完整的充放电过程，以提高电池的寿命。在特殊状态时，储存电池组1、储存电池组2、超级电容3可同时储能或同时释放储能，以满足电网对负荷的需求。

功能(B)根据负荷分配系统11的负荷指令，把储能装置的电能释放到交流母线，或吸收负荷储存到储能装置。

负荷分配系统11接收调度的AGC指令或根据电网频率形成负荷指令，逻辑中一次调频优先于AGC指令，同方向时两负荷指令叠加，反方向时一次调频闭锁AGC反向调节。11把负荷指令形成两路：一路去储能装置，另一路进机组的DCS(机组分布式控制)、DEH(汽轮机数字电液控制)控制系统。由于储能装置的响应时间为毫秒级，而机组的响应为秒级，故瞬间负荷响应就达到电网需求。

其系统连接关系是：

发电机组6的输出端经过交流母线8连接直流-交流变换器12，再连接到多端口直流-直流变换器4的直流母线上，经过多端口直流-直流变换器4的各自端口连接到储能电池组1、储能电池组2和超级电容3，储能电池组1、储能电池组2和超级电容3的输出汇总到直流-直流变换器4的直流母线上，再经过直流-交流变换器12连接到交流母线8，经过交流母线8连接变压器7，经过变压器7连接到电网9；

另有负荷分配系统11接收调度的AGC指令或者根据电网频率形成负荷指令，分成两路，一路经过能量管理系统5连接到多端口直流-直流变换器4和直流-交流变换器12，使能量管理系统5管理储能电池组1、2和超级电容3的充电与放电，接受来自负荷分配系统11的负荷指令，通过直流-交流变换器12向交流母线8提供系统负荷或吸收系统负荷；另一路连接进机组的DCS(机组分布式控制)、DEH(汽轮机数字电液控制)控制系统10，控制发电机组6工作。

现以增负荷为例进行说明：当电网频率降低时，说明电网负荷大于发电机负荷，通过转速不等率对应一次调频目标负荷，此目标负荷分两路：一路进储能装置能瞬间(毫秒级)达到目标负荷，另一路进机组的DEH、DCS，响应时间为秒级。两路负荷之和为目标负荷，即P_目标＝P_储能+P_机组。故负荷分配原则为：储能装置初期向系统提供的是目标负荷值，终期向系统提供的负荷值为0。其负荷指令的公式为P_储能＝P_目标－P_{机组实发负荷}。AGC负荷分配原则与一次调频相同。

采用本储能系统做为辅助的一次调频与AGC调节，能极大提高负荷响应能力，机组侧的已调试完成的一次调频与AGC不需要另外调试，AGC机组侧升降负荷速率可以因此而降低，以提高机组运行的稳定性、节能性、安全性。

具体应用例

图1为储能用于燃煤机组的系统图，能提高机组的一次调频与AGC响应能力。若把图1中的发电机组6改为电网的配电站，把负荷分配系统11与特高压输电系统连锁。当特高压输电系统故障时连锁启用储能装置，能改善电网频率稳定、电压稳定，提高电能质量。

可替代方案

多端口DC－DC变换器可接入绿色能源，在火力发电厂各建筑物的屋顶布置太阳能电池板或者风力发电装置，将收集到的电能通过多端口DC－DC变换器储存到储能装置中，以降低机组供电煤耗。

Claims (6)

1.用于一次调频与AGC辅助调节技术的储能装置系统，其包括发电机组、变压器、电网、直流-交流变换器、储能电池组；其特征在于：

另有多端口直流-直流变换器，使发电机组的输出端经过交流母线连接直流-交流变换器，再连接到多端口直流-直流变换器的直流母线上，经过多端口直流-直流变换器的各自端口连接到多个储能电池组和超级电容，多个储能电池组和超级电容的输出汇总到直流-直流变换器的直流母线上，再经过直流-交流变换器连接到交流母线，经过交流母线连接变压器，经过变压器连接到电网；

另有负荷分配系统接收调度的AGC指令或者根据电网频率形成负荷指令，分成两路，一路经过能量管理系统连接到多端口直流-交流变换器和直流-直流变换器，使能量管理系统管理储能电池组和超级电容的充电与放电，接受来自负荷分配系统的负荷指令，向交流母线提供系统负荷或吸收系统负荷；另一路连接进机组的DCS(机组分布式控制)、DEH(汽轮机数字电液控制)控制系统，控制发电机组工作。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于所述储能电池组采用两组，超级电容采用一组。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于所述负荷分配系统接收调度的AGC指令或根据电网频率形成负荷指令，逻辑中一次调频优先于AGC指令，同方向时两负荷指令叠加，反方向时一次调频闭锁AGC反向调节。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于所述多端口直流-直流变换器接入太阳能电池板、风力发电装置、超导体储能装置、飞轮储能装置或者压缩空气储能装置。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于所述机组响应为秒级，而系统响应级别为毫秒级。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于所述负荷分配系统与特高压输电系统连锁，发电机组改为电网的配电站，从而成为特高压输电系统的应急电源。