CN110601237A - 一种飞轮储能联合锂电储能进行火电调频的系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种飞轮储能联合锂电储能进行火电调频的系统，包括储能系统；储能系统由磷酸铁锂电池、飞轮储能、第一PCS电路、第二PCS电路和中压变压器构成。该飞轮储能联合锂电储能进行火电调频的系统设计合理，通过配置锂电池系统及飞轮系统的混合储能系统，充分发挥飞轮储能系统快速充放电响应、高倍率充放电、长寿命等优势，和锂离子电池储能系统进行协调配合，共同辅助火电机组完成AGC调频，提高AGC调频的性能指标(K值)，获得更高的调频里程补偿，对蓄电池储能子系统进行保护，使锂电储能系统能够大功率低倍率充放电，延长其工作寿命，提高系统的经济性；混合储能系统可以减少机组的出力波动，提高调频稳定区的调节精度。
Description
技术领域
本发明涉及一种火电调频系统，具体为一种飞轮储能联合锂电储能进行火电调频的系统，属于火电调频技术领域。
背景技术
目前火电调频系统的计算规则中以发电单元的调频里程为交易标的，其中最重要的为发电单元响应AGC控制指令的调节速率，响应时间和调节精度三个技术指标构成的调频性能指标K。
现在的储能参与电网AGC调频中，电网AGC调度指令下发到火电机组，储能系统同时获取该AGC指令同步参与调频，由于火电机组响应速度较慢，储能系统利用自身响应速度快(秒级)的特性弥补机组出力与AGC指令间的功率差值。等机组出力跟上之后，储能系统出力逐渐降低，以确保储能系统和机组联合出力与AGC指令保持一致。
飞轮储能装置作为一种实现电能和动能相互转换和能量存储的设备，突破了化学电池的局限，用物理的方式实现储能，通过电动机/发电机互逆式双向电机，实现电能与高速旋转机械动能之间的相互转换与存储，并通过电力电子设备实现与不同系统之间的接入与控制。在充电模式下，飞轮电机工作在电动机状态，驱动飞轮高速旋转,外部输入的电能转换为飞轮的动能存储；在放电模式下，电机工作在发电机状态，利用飞轮高速旋转的惯性带动转子旋转，通过发电机将飞轮存储的动能转换成电能输出，飞轮储能功率密度大，寿命长，适合短时大功率、频繁充放电，锂电储能系统能量密度大，适合长时间功率支撑，因此单独使用时会出现无法满足指令需求的情况发生。
发明内容
本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种飞轮储能联合锂电储能进行火电调频的系统。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的：一种飞轮储能联合锂电储能进行火电调频的系统，包括储能系统；所述储能系统由磷酸铁锂电池、飞轮储能、第一PCS电路、第二PCS电路和中压变压器构成，所述磷酸铁锂电池的直流电通过第一PCS电路转换为中频交流电，所述飞轮储能的直流电通过第二PCS电路转化为中频交流电，所述第一PCS电路和第二PCS电路的输出串联后产生的交流电接到中压变压器的输入侧，所述中压变压器的输出侧与电厂厂用电母线相连接；
其系统工作包括以下步骤：
步骤一、对于短时间/小功率指令，有飞轮储能系统单独出力
对于功率小于飞轮系统配置功率，优先由飞轮储能系统单独出力响应，如在飞轮储能系统储能量已能满足指令需求，或者飞轮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；
步骤二、对于长时间/大功率指令，两种储能系统协同联合出力
对于长时间/大功率指令，优先由飞轮储能系统出力承担指令初期尖峰功率需求，当飞轮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；
步骤三、飞轮储能系统提高调节精度指标
调用飞轮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。
作为本发明再进一步的方案：所述飞轮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。
作为本发明再进一步的方案：所述储能系统由总控制单元和子控制单元构成，且均安装在集控集装箱内，并在电厂主控室内放置储能系统的上位机，使储能系统重要的运行状态信号能够进行上传，以便于运行人员监视。
作为本发明再进一步的方案：所述储能系统的总控制单元与子控制单元间通过现场总线连接，且储能系统总控制单元与机组DCS控制系统数据通信采用通讯/硬接线方式实现。
作为本发明再进一步的方案：所述储能系统的控制子单元位于每个中压变流集装箱内。
本发明的有益效果是：该飞轮储能联合锂电储能进行火电调频的系统设计合理，通过配置锂电池系统及飞轮系统的混合储能系统，充分发挥飞轮储能系统快速充放电响应、高倍率充放电、长寿命等优势，和锂离子电池储能系统进行协调配合，共同辅助火电机组完成AGC调频，提高AGC调频的性能指标(K值)，获得更高的调频里程补偿，对蓄电池储能子系统进行保护，使锂电储能系统能够大功率低倍率充放电，延长其工作寿命，提高系统的经济性；混合储能系统可以减少机组的出力波动，提高调频稳定区的调节精度。
附图说明
图1为本发明接线方式结构示意图；
图2为本发明锂电池储能功率曲线示意图；
图3为本发明混合储能功率曲线示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1`3，一种飞轮储能联合锂电储能进行火电调频的系统，包括储能系统；所述储能系统由9MW/4.5MWh磷酸铁锂电池、4MW/120MWs飞轮储能、第一PCS电路、第二PCS电路和中压变压器构成，所述9MW/4.5MWh磷酸铁锂电池的直流电通过第一PCS电路转换为中频交流电，所述4MW/120MWs飞轮储能的直流电通过第二PCS电路转化为中频交流电，所述第一PCS电路和第二PCS电路的输出串联后产生的交流电接到中压变压器的输入侧，所述中压变压器的输出侧与电厂厂用电母线相连接；
其系统工作包括以下步骤：
步骤一、对于短时间/小功率指令，有飞轮储能系统单独出力
对于功率小于飞轮系统配置功率，优先由飞轮储能系统单独出力响应，如在飞轮储能系统储能量已能满足指令需求，或者飞轮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，减小锂电池充放电次数；
步骤二、对于长时间/大功率指令，两种储能系统协同联合出力
对于长时间/大功率指令，优先由飞轮储能系统出力承担指令初期尖峰功率需求，当飞轮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，由此可以减小锂电储能充放电倍率，减小尖峰出力时段充放电对锂离子电池的冲击，提高系统的运行安全性，同时延长锂离子电池的使用寿命；
步骤三、飞轮储能系统提高调节精度指标
AGC调频过程中，机组出力到达电网调度设点附近时，机组实际出力与AGC控制指令值仍会存在偏差，在目标值附近上下波动。为了减小机组出力波动对调节精度指标的影响，可以调用飞轮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。
根据电厂一个月的AGC调频指令分布统计，其中少于2MW持续时间少于60秒，少于4MW持续时间少于30秒的指令占总指令的25％左右。这些指令4MW/120MWs的飞轮系统可以独立响应，满足调频需求。深度小于4MW但是持续时间超过飞轮储能容量范围的指令部分可以通过飞轮储能与机组配合来完全响应，这些指令约占总体20％左右。飞轮可以完全响应指令，在飞轮的支撑时间内，机组出力完全可以达到指令设点值；以上飞轮储能与机组配合可以完全响应的指令数量合计为45％左右。由此，系统配置的4MW/120MWs飞轮储能子系统可完成近一半的指令响应需求，锂电池储能系统无需投入使用。从AGC指令深度分布来看，小于9MW的占比约为79％，9MW-11MW的指令占比为12％。随着这部分指令占比小，但由于调频里程长，因此对补偿收益的贡献率要超过40％。
进一步的，在本发明实施例中，所述飞轮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。与传统的纯化学储能系统相比，混合式储能系统除在安全性、使用寿命具备明显优势外，还可通过改善调频性能指标Kp提高调频里程补偿。
进一步的，在本发明实施例中，所述储能系统由总控制单元和子控制单元构成，且均安装在集控集装箱内，并在电厂主控室内放置储能系统的上位机，使储能系统重要的运行状态信号能够进行上传，以便于运行人员监视。
进一步的，在本发明实施例中，所述储能系统的总控制单元与子控制单元间通过现场总线连接，且储能系统总控制单元与机组DCS控制系统数据通信采用通讯/硬接线方式实现，通过与电厂DCS系统通讯接口/硬接线等方式，获得调频指令和机组出力等运行数据，接收DCS投切操作指令，同时上传储能系统状态信号。
进一步的，在本发明实施例中，所述储能系统的控制子单元位于每个中压变流集装箱内，接收总控单元指令，并实际控制储能系统运行和出力。
工作原理：在使用该飞轮储能联合锂电储能进行火电调频的系统时，当混合储能系统接到AGC设点指令时，飞轮与锂离子电池混合储能立即启动放(充)电响应，在机组出力没有跟上之前，混合储能系统以额定功率出力支撑，飞轮储能在这个时段将储电完全释放(或充满)后退出，当机组进入平稳运行阶段时，锂离子电池储能退出，飞轮启动快速充电(放电)，修正机组出力与AGC设点指令的偏差，直至本次指令结束。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (5)
1.一种飞轮储能联合锂电储能进行火电调频的系统，包括储能系统；其特征在于：所述储能系统由磷酸铁锂电池、飞轮储能、第一PCS电路、第二PCS电路和中压变压器构成，所述磷酸铁锂电池的直流电通过第一PCS电路转换为中频交流电，所述飞轮储能的直流电通过第二PCS电路转化为中频交流电，所述第一PCS电路和第二PCS电路的输出串联后产生的交流电接到中压变压器的输入侧，所述中压变压器的输出侧与电厂厂用电母线相连接；
其系统工作包括以下步骤：
步骤一、对于短时间/小功率指令，有飞轮储能系统单独出力
对于功率小于飞轮系统配置功率，优先由飞轮储能系统单独出力响应，如在飞轮储能系统储能量已能满足指令需求，或者飞轮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；
步骤二、对于长时间/大功率指令，两种储能系统协同联合出力
对于长时间/大功率指令，优先由飞轮储能系统出力承担指令初期尖峰功率需求，当飞轮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；
步骤三、飞轮储能系统提高调节精度指标
调用飞轮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。
2.根据权利要求1所述的一种飞轮储能联合锂电储能进行火电调频的系统，其特征在于：所述飞轮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。
3.根据权利要求1所述的一种飞轮储能联合锂电储能进行火电调频的系统，其特征在于：所述储能系统由总控制单元和子控制单元构成，且均安装在集控集装箱内，并在电厂主控室内放置储能系统的上位机。
4.根据权利要求3所述的一种飞轮储能联合锂电储能进行火电调频的系统，其特征在于：所述储能系统的总控制单元与子控制单元间通过现场总线连接，且储能系统总控制单元与机组DCS控制系统数据通信采用通讯/硬接线方式实现。
5.根据权利要求3或4所述的一种飞轮储能联合锂电储能进行火电调频的系统，其特征在于：所述储能系统的控制子单元位于每个中压变流集装箱内。
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