CN109412185A - 一种提高电厂agc调频性能的储能装置、控制系统及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种提高电厂AGC调频性能的储能装置、控制系统及控制方法，所述储能装置包括若干个储能子系统，每个储能子系统包括一个PCS集装箱和一个磷酸铁锂电池系统集装箱；PCS集装箱包括与电网高压母线连接的变压器和与变压器连接的双向PCS，所述磷酸铁锂电池系统集装箱包括与双向PCS连接的电池系统；所述变压器用于在储能子系统放电时将双向PCS输出的三相交流电升压至电厂用高压母线电压或用于在储能子系统充电时将电网高压母线电压降压到双向PCS输入电压；所述电池系统用于通过双向PCS进行储存电能或放电。本发明提供的储能装置及控制系统能够提高机组的AGC调频性能,本发明储能装置能够延长储能调频电池的寿命，提高储能调频系统的安全性。
Description
技术领域
本发明属于电厂AGC调频性能技术领域，尤其涉及一种提高电厂AGC调频性能的储能装置、控制系统及控制方法。
背景技术
电网中最重要的质量指标是：频率和电压。对电网而言，频率指标全网共用一个，频率的稳定靠用电负荷和发电功率的动态平衡来实现，这主要由系统调度员根据每时每刻电网频率变化下达调度指令，不断调整电网中发电机功率来实现的。系统频率的变化直接反应了电能供需的平衡状况。发电量大于负荷消耗，系统频率升高，负荷消耗大于发电量频率降低。所以电网调度人员要不停地向发电厂下达调频命令，以保证频率在合格范围。随着新能源发电机组大量的接入电网和具有冲击性负荷的增多，为了保证电网的安全经济运行，提高用户的用电质量，电网对机组的调频要求越来越高。
火电机组的生产工艺和控制过程复杂，在能量产生和转换过程中存在较大延迟，而且运行工况和煤种常常偏离设计要求，使得机组的响应速度和控制精度受到很大影响，因此，机组一次调频和AGC功能不能满足技术指标要求的问题比较突出。
电池储能系统具有快速响应、精确跟踪的特点，使得其比传统调频手段更为高效。近年来，将大规模电池储能系统取代发电厂进行调频，已受到业界的关注。与传统电源相比，储能为电网提供调频的技术优势较明显，并且经济性也将逐渐呈现，能有效改善电力系统的运行效率。
现有AGC储能调频项目运行中，出现了储能电池起火事故，因为控制方法不当导致储能电池寿命短(不足一年就更换电池)，调频的实际效果不理想的情况。
发明内容
本发明的目的在于提高电厂AGC调频性能，而提供了一种储能装置。
本发明首先提供了一种提高电厂AGC调频性能的储能装置，包括若干个储能子系统，每个储能子系统包括一个PCS集装箱和一个磷酸铁锂电池系统集装箱；PCS集装箱包括与电网高压母线连接的变压器和与变压器连接的双向PCS，所述磷酸铁锂电池系统集装箱包括与双向PCS连接的电池系统；所述变压器用于在储能子系统放电时将双向PCS输出的三相交流电升压至电厂用高压母线电压或用于在储能子系统充电时将电网高压母线电压降压到双向PCS输入电压；所述电池系统用于通过双向PCS进行储存电能或放电。
优选的，所述磷酸铁锂电池系统集装箱还包括BMS系统，该BMS系统与电池系统连接，用于对电池系统进行监控并当电池系统出现故障时进行报警。
优选的，所述磷酸铁锂电池系统集装箱还包括空调系统和消防系统；所述空调系统用于对电池系统提供良好的运行环境，所述消防系统包括消防探测装置和气体灭火装置，该消防探测装置用于在探测到磷酸铁锂电池系统集装箱起火时自动启动气体灭火装置，并且断开集装箱对外供电，同时触发储能子系统与电厂用高压母线连接的急停断开。
本发明还提供了一种提高电厂AGC调频性能的控制系统，包括电厂DCS系统、远动装置和测控装置，还包括所述的储能装置和一个储能控制器；所述储能控制器与储能装置的储能子系统、测控装置和电厂DCS系统连接，测控装置与电厂DCS系统连接，电厂DCS系统与远动装置连接；所述储能控制器用于对接收的AGC指令出力和机组出力进行处理得到储能调频系统出力值并将储能调频系统出力值发送给双向PCS和测控装置；所述双向PCS用于根据接收到的储能调频系统出力值进行储能子系统的储能出力，同时储能控制器用于测量储能子系统的储能出力并发送给测控装置；所述测控装置用于接收储能控制器发送的储能出力并与测量到的火电机组出力进行合并作为出力反馈信号上传至电厂DCS系统；远动装置用于采集电厂DCS系统的数据并将相应数据转换处理后经过远程通道送往电网调度中心，同时将电网调度中心发来AGC指令发送给电厂DCS系统；所述电厂DCS系统进一步将电网调度中心发送的AGC指令反馈给储能控制器和火电机组。
优选的，所述储能控制器为PLC控制器。
本发明最后提供了所述控制系统在储能AGC出力时的控制方法，所述控制方法包括：
1)读取机组AGC状态：储能控制器通过电厂DCS获取机组AGC调频状态，并判断火电机组是否在AGC状态，若火电机组为非AGC状态表示电网调度中心不需要机组参与调频,此时储能调频系统，以50％SOC为目标对电池进行充放电；
2)获取AGC出力与机组出力：若机组处于AGC调频状态，储能控制器通过电厂DCS获取AGC指令出力值Pa，机组当前出力值Pb，计算储能出力Pc＝Pa-Pb；
3)PLC判定充放电：若Pc>0储能调频系统(即储能装置)放电、若Pc<0储能调频系统充电；
4)读取储能SOC：储能控制器通过BMS系统读取当前电池系统的剩余容量；
5)积极放电：当电池剩余容量处于30％到100％时，储能调频系统出力Pc,若Pc>9MW(储能调频系统最大输出功率)，则输出9MW；
6)保守放电：当电池剩余容量处于20％到30％时，储能调频系统出力Pc,若Pc>6MW，则输出6MW；
7)消极放电：当电池剩余容量处于10％到20％时，储能调频系统出力Pc,若Pc>4MW，则输出4MW；
8)不放电：当电池剩余容量小于10％时，储能调频系统出力Pc,若Pc>0.1MW，则输出0.1MW；
9)积极充电：当电池剩余容量处于0％到70％时，储能调频系统吸收Pc,若Pc>9MW(储能调频系统最大充电功率)，则吸收9MW；
10)保守充电：当电池剩余容量处于70％到85％时，储能调频系统吸收Pc,若Pc>6MW，则吸收6MW；
11)消极充电：当电池剩余容量处于85％到95％时，储能调频系统出力Pc,若Pc>4MW，则吸收4MW；
12)不充电：当电池剩余容量大于95％时，储能调频系统吸收Pc,若Pc>0.1MW，则吸收0.1MW。
本发明解决了储能AGC调频技术的一次硬件设计方案，二次控制系统的设计方案，储能AGC出力控制方法，储能电池充放电策略问题。
本发明主要应用于电力调频辅助服务，可以显著提高电厂AGC调频性能。包括稳定可靠地硬件控制系统，和先进高效的控制算法。
一种提高电厂AGC调频性能的储能装置、控制系统及控制方法采用了安全性更高的磷酸铁锂电池作为储能调频电池，使用稳定性高的PLC控制器，结合BMS电池管理系统、双向PCS设备和空调、消防系统等辅助安全系统组成储能调频控制系统。使用了“积极”、“保守”，“消极”、“不响应”四级响应的等级的控制方法，在保证的收益前提下，解决储能调频电池的寿命问题。
本发明所采取的技术方案：
一次硬件方案包括：磷酸铁锂电池系统集装箱，PCS集装箱。
磷酸铁锂电池系统集装箱包括电池系统，空调系统，消防系统，BMS系统。BMS系统主要负责电池系统的监控，包括单体电压，总电流，电池温度，绝缘电阻，SOC，SOH等。当电池出现单体电压过高、过低，过流，过温等故障，BMS输出报警信号。空调系统负责为电池系统提供良好的运行环境，保证电池单元寿命和状态的一致性。消防系统保护消防探测和气体灭火装置，当集装箱内发生火灾时会自动启动灭火装置并断开集装箱对外供电，同时触发整个储能调频系统急停断开与厂用母线连接，保障系统整体安全与机组运行安全不受影响。PCS集装箱主要包括双向PCS和变压器。双向PCS是储能子系统中的核心设备，双向PCS作为储能子系统与电网连接的功率接口设备，承担控制电网与储能单元间能量双向流动的功能，满足功率控制精度和充放电快速转换的响应速度要求。变压器在储能系统放电时，将PCS输出三相交流电升压到厂用高压母线电压，在储能子系统充电式，将高压母线电压降到PCS输入电压。
二次控制系统：包括储能控制器、电厂测控装置、电厂DCS系统、电厂远动装置。储能控制器使用PLC控制器替代传统工控机，选用西门子S7-1500-cpu-1513-1PN。具有长时间运行可靠，抗干扰性强，调试方便等优点。远动装置，主要作用是采集运行现场的实时数据，并进行相应的数据转换处理后经远程通道送往电网调度中心，同时接受调度中心发来的遥控、遥调命令，驱动现场设备以达到控制和调节的目的。机组分散控制系统(DCS系统)涵盖了整个火电厂的一次、二次设备的监视、控制功能。测控装置主要功能测量火电机组出力、储能系统出力，并将两者出力进行合并后作为出力反馈信号上传至电网调度。
1.储能AGC出力控制方法，如下：读取机组AGC状态：储能控制器通过电厂DCS获取机组AGC调频状态，非AGC状态表示电网调度中心不需要机组参与调频,此时储能调频系统，以50％SOC为目标对电池进行充放电。
2.获取AGC出力与机组出力：若机组处于AGC调频状态，储能控制器通过电厂DCS获取AGC指令出力值Pa，机组当前出力值Pb，计算储能出力Pc＝Pa-Pb。
3.PLC判定充放电：若Pc>0储能调频系统放电、若Pc<0储能调频系统充电。
4.读取储能SOC：在储能调频系统进行充电或放电时，首先储能控制器通过BMS系统读取当前电池系统的剩余容量。
5.积极放电：当电池剩余容量处于30％到100％时，储能调频系统出力Pc,若Pc>9MW(储能调频系统最大输出功率)，则输出9MW。
6.保守放电：当电池剩余容量处于20％到30％时，储能调频系统出力Pc,若Pc>6MW，则输出6MW。
7.消极放电：当电池剩余容量处于10％到20％时，储能调频系统出力Pc,若Pc>4MW，则输出4MW。
8.不放电：当电池剩余容量小于10％时，储能调频系统出力Pc,若Pc>0.1MW，则输出0.1MW。
9.积极充电：当电池剩余容量处于0％到70％时，储能调频系统吸收Pc,若Pc>9MW(储能调频系统最大充电功率)，则吸收9MW。
10.保守充电：当电池剩余容量处于70％到85％时，储能调频系统吸收Pc,若Pc>6MW，则吸收6MW。
11.消极充电：当电池剩余容量处于85％到95％时，储能调频系统出力Pc,若Pc>4MW，则吸收4MW。
12.不充电：当电池剩余容量大于95％时，储能调频系统吸收Pc,若Pc>0.1MW，则吸收0.1MW。
储能调频系统调节效果：
将本发明的储能调频系统加入调频时，其调节效果如下表所述：下表第二行为储能调频系统加入前机组的月平均调频性能，第三行为加入储能调频系统后的月平均调频性能，可见考核指标显著提高，同时储能调频电池的健康度SOH一年衰减不到5％。
K1，K2，K3，Kp为电网对机组AGC调频性能进行考核的主要指标参数，其中K1为AGC调节速度，K2为AGC调节精度，K3为AGC响应时间，Kp＝K1*K2*K3为调频性能。
本发明的核心技术要点：储能调频的实现方式，系统集成方案。
储能AGC出力控制方法；储能电池充放电策略。
相对于现有技术，本发明的有益效果是：1：本发明提供的储能装置及控制系统能够提高机组的AGC调频性能,本发明储能装置能够延长储能调频电池的寿命，提高储能调频系统的安全性。
附图说明
图1是本发明控制系统的结构示意图；
图2是本发明的储能系统充放电的流程图。
具体实施方式
一种提高电厂AGC调频性能的储能装置，包括2个储能子系统，每个储能子系统包括一个PCS集装箱2和与PCS集装箱2连接的磷酸铁锂电池系统集装箱1；PCS集装箱2包括与火电机组的高压母线连接的变压器21和与变压器21连接的双向PCS 22。所述磷酸铁锂电池系统集装箱1包括与双向PCS 22连接的电池系统13，所述磷酸铁锂电池系统集装箱1还包括BMS系统14、消防系统11和空调系统12。所述变压器21用于在储能子系统放电时将双向PCS22输出的三相交流电升压至电厂用高压母线电压或者用于在储能子系统充电时将火电机组的高压母线电压降压到双向PCS输入电压；所述电池系统13用于通过双向PCS22进行储存电能或放电。所述BMS系统14与电池系统13连接，用于对电池系统13进行监控并当电池系统出现故障时进行报警。
所述空调系统12用于对电池系统13提供良好的运行环境，所述消防系统11包括消防探测装置和气体灭火装置，该消防探测装置用于在探测到磷酸铁锂电池系统集装箱起火时自动启动气体灭火装置，并且停止集装箱对外供电。
本发明还提供了一种提高电厂AGC调频性能的控制系统，包括电厂DCS系统5、远动装置6，还包括储能控制器3和测控装置4；所述储能控制器3与每个储能子系统的PCS集装箱和磷酸铁锂电池系统集装箱连接，所述储能控制器3还与所述测控装置4和所述电厂DCS系统5连接，电厂DCS系统5与远动装置6连接。所述储能控制器用于接收电厂DCS系统发送的AGC指令出力与机组出力，并根据两者出力和控制算法计算出储能调频系统出力值，并将储能调频系统出力值发送给双向PCS 22，双向PCS 22用于根据接收到的储能调频出力值进行储能出力；此时储能控制器3测量储能子系统的实际的储能出力情况并将该储能出力传输给测控装置4，测控装置4用于接收储能控制器发送的储能出力并与测量到的火电机组出力情况进行合并后作为出力反馈信号上传至电厂DCS系统5，电厂DCS系统5将出力反馈信号发送给远动装置；远动装置采集电厂DCS的数据并将相应数据转换处理后经过远程通道送往电网调度中心，同时将电网调度中心发来AGC指令发送给电厂DCS系统；电厂DCS系统进一步将电网调度中心发送的AGC指令发送、反馈给储能控制器和火电机组。所述储能控制器使用PLC控制器。根据上述控制系统，本发明还提供了所述控制系统的控制方法；
如图2所示；
步骤101：储能控制器读取机组AGC状态：储能控制器通过电厂DCS获取机组AGC调频状态，并进行步骤102：判断火电机组是否在AGC状态；
步骤103：若火电机组为非AGC状态，表示电网调度中心不需要机组参与调频,此时储能调频系统(即储能装置)，以50％SOC为目标对电池进行充放电。
步骤104：若火电机组在AGC状态，获取AGC出力与机组出力：，储能控制器通过电厂DCS获取AGC指令出力值Pa，机组当前出力值Pb，计算储能出力Pc＝Pa-Pb。
步骤105：储能控制器判定充放电：若Pc>0储能调频系统放电进行步骤106、若Pc<0储能调频系统充电，进行步骤107。
步骤106：在储能调频系统放电时，储能控制器通过BMS系统读取当前电池系统的剩余容量；
步骤107：在储能调频系统充电时，储能控制器通过BMS系统读取当前电池系统的剩余容量；
步骤108：积极放电：当电池剩余容量处于30％到100％时，储能调频系统出力Pc,若Pc>9MW(储能调频系统最大输出功率)，则输出9MW；
步骤109：保守放电：当电池剩余容量处于20％到30％时，储能调频系统出力Pc,若Pc>6MW，则输出6MW；
步骤110：消极放电：当电池剩余容量处于10％到20％时，储能调频系统出力Pc,若Pc>4MW，则输出4MW；
步骤111：不放电：当电池剩余容量小于10％时，储能调频系统出力Pc,若Pc>0.1MW，则输出0.1MW；
步骤112：积极充电：当电池剩余容量处于0％到70％时，储能调频系统吸收Pc,若Pc>9MW(储能调频系统最大充电功率)，则吸收9MW；
步骤113：保守充电：当电池剩余容量处于70％到85％时，储能调频系统吸收Pc,若Pc>6MW，则吸收6MW；
步骤114：消极充电：当电池剩余容量处于85％到95％时，储能调频系统出力Pc,若Pc>4MW，则吸收4MW；
步骤115：不充电：当电池剩余容量大于95％时，储能调频系统吸收Pc,若Pc>0.1MW，则吸收0.1MW。
Claims (6)
1.一种提高电厂AGC调频性能的储能装置，其特征在于：包括若干个储能子系统，每个储能子系统包括一个PCS集装箱和一个磷酸铁锂电池系统集装箱；PCS集装箱包括与电网高压母线连接的变压器和与变压器连接的双向PCS，所述磷酸铁锂电池系统集装箱包括与双向PCS连接的电池系统；所述变压器用于在储能子系统放电时将双向PCS输出的三相交流电升压至电厂用高压母线电压或用于在储能子系统充电时将电网高压母线电压降压到双向PCS输入电压；所述电池系统用于通过双向PCS进行储存电能或放电。
2.根据权利要求1所述的一种提高电厂AGC调频性能的储能装置，其特征在于：所述磷酸铁锂电池系统集装箱还包括BMS系统，该BMS系统与电池系统连接，用于对电池系统进行监控并当电池系统出现故障时进行报警。
3.根据权利要求2所述的一种提高电厂AGC调频性能的储能装置，其特征在于：所述磷酸铁锂电池系统集装箱还包括空调系统和消防系统；所述空调系统用于对电池系统提供良好的运行环境，所述消防系统包括消防探测装置和气体灭火装置，该消防探测装置用于在探测到磷酸铁锂电池系统集装箱起火时自动启动气体灭火装置，并且断开集装箱对外供电。
4.一种提高电厂AGC调频性能的控制系统，包括电厂DCS系统、远动装置和测控装置，其特征在于：还包括权利要求1-3任一一项所述的储能装置、一个储能控制器；所述储能控制器与储能装置的储能子系统、测控装置和电厂DCS系统连接，测控装置与电厂DCS系统连接，电厂DCS系统与远动装置连接；所述储能控制器用于对接收的AGC指令出力和机组出力进行处理得到储能调频系统出力值并将储能调频系统出力值发送给双向PCS；所述双向PCS用于根据接收到的储能调频系统出力值进行储能子系统的储能出力，同时储能控制器用于测量储能子系统的储能出力并发送给测控装置；所述测控装置用于接收储能控制器发送的储能出力并与测量到的火电机组出力进行合并作为出力反馈信号上传至电厂DCS系统；远动装置用于采集电厂DCS系统的数据并将相应数据转换处理后经过远程通道送往电网调度中心，同时将电网调度中心发来AGC指令发送给电厂DCS系统并且所述电厂DCS系统进一步将电网调度中心发送的AGC指令反馈给储能控制器和火电机组。
5.根据权利要求4所述的控制系统，其特征在于：所述储能控制器为PLC控制器。
6.权利要求4或5所述的控制系统在储能AGC出力时的控制方法，其特征在于：所述控制方法包括：
1)读取机组AGC状态：储能控制器通过电厂DCS获取机组AGC调频状态，并判断火电机组是否在AGC状态，若火电机组为非AGC状态表示电网调度中心不需要机组参与调频,此时储能调频系统，以50％SOC为目标对电池进行充放电；
2)获取AGC出力与机组出力：若机组处于AGC调频状态，储能控制器通过电厂DCS获取AGC指令出力值Pa，机组当前出力值Pb，计算储能出力Pc＝Pa-Pb；
3)PLC判定充放电：若Pc>0储能调频系统放电、若Pc<0储能调频系统充电；
4)读取储能SOC：储能控制器通过BMS系统读取当前电池系统的剩余容量；
5)积极放电：当电池剩余容量处于30％到100％时，储能调频系统出力Pc,若Pc>9MW(储能调频系统最大输出功率)，则输出9MW；
6)保守放电：当电池剩余容量处于20％到30％时，储能调频系统出力Pc,若Pc>6MW，则输出6MW；
7)消极放电：当电池剩余容量处于10％到20％时，储能调频系统出力Pc,若Pc>4MW，则输出4MW；
8)不放电：当电池剩余容量小于10％时，储能调频系统出力Pc,若Pc>0.1MW，则输出0.1MW；
9)积极充电：当电池剩余容量处于0％到70％时，储能调频系统吸收Pc,若Pc>9MW(储能调频系统最大充电功率)，则吸收9MW；
10)保守充电：当电池剩余容量处于70％到85％时，储能调频系统吸收Pc,若Pc>6MW，则吸收6MW；
11)消极充电：当电池剩余容量处于85％到95％时，储能调频系统出力Pc,若Pc>4MW，则吸收4MW；
12)不充电：当电池剩余容量大于95％时，储能调频系统吸收Pc,若Pc>0.1MW，则吸收0.1MW。
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