CN111555372B - 一种可变速率的储能辅助电厂agc调频控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明一种可变速率的储能辅助电厂AGC调频控制方法，属于电力系统调频技术领域，特别是涉及到一种储能辅助电厂AGC调频控制方法；本发明根据机组制粉系统的不同和AGC指令大小的不同，以储能的有功功率变化速率作为控制变量，在储能系统容量一定的情况下，提高整体的调频效果，减少储能系统不充电和不放电的状态，使储能系统可以长时间参与AGC调频，降低储能系统的动作频度和动作深度，避免频繁充放电模式转换导致的电池寿命损伤，达到了更优的调频效果，具有良好的经济性，同时提高了电池寿命和储能调频系统的安全性，减少了储能系统的运行成本，也为储能系统在不同类型火电机组的应用奠定了基础。

Description

一种可变速率的储能辅助电厂AGC调频控制方法

技术领域

本发明属于电力系统调频技术领域，尤其涉及一种储能辅助电厂AGC调频控制方法。

背景技术

提高电网频率的稳定性就必须提高区域的AGC控制性能即提高机组对AGC信号的响应能力包括响应时间、调节速率和调节精度等指标。在新能源大量接入以及传统机组发展受限的情况下，储能技术以其快速、精确的功率响应能力成为新型调频辅助手段的关注热点。大规模电池储能系统响应速度快，短时功率吞吐能力强，且调节方向易改变，与常规调频电源相结合，可作为辅助传统机组调频的有效手段。电池储能系统的快速响应与精确跟踪能力使得其比常规调频方式高效，可显著减少电网所需旋转备用容量,因电池储能系统参与调频而节省的旋转备用容量可用于电网调峰、事故备用等，能够进一步提高电网运行的安全性与可靠性。除了技术上的优势外，储能系统在参与电网调频的应用中，不仅能够节省电力系统的投资和运行费用，降低煤耗，提高静态效益，而且由于其响应快速，运行灵活，可以满足系统运行的调频需求，从而产生动态效益，目前国内外已有众多储能系统辅助火电机组AGC调频的工程应用。

目前公知的方法存在以下问题：

1.没有考虑火电机组类型的不同和AGC指令大小的不同，只用AGC指令与机组实际负荷相减作为储能指令给储能系统，这种控制方法储能系统虽然能以最快的速率到达AGC指令，但当AGC指令一直升高或者降低负荷时，由于电池容量限制，储能系统处于不充电和不放电的状态，无法继续响应，特别是火电机组由于制粉系统原因响应速率慢，而AGC指令超出储能系统的最大功率时时，储能系统长期处于不充电和不放电的状态，降低了总体的调频效果；

2.只考虑了储能系统的禁充，禁放条件，未设置和火电机组相关的储能系统禁充，禁放条件，增加了储能系统长时间处于不充电和不放电的状态的概率，使储能系统无法长时间响应AGC指令，降低了总体的调频效果。

3.当AGC指令不变，机组负荷并围绕AGC指令出现振荡情况时，现有控制方法储能系统在充电和放电状态下频繁转换，储能系统频繁动作，导致储能电池寿命短，经济成本升高。

发明内容

本发明目的在于提供一种可变速率的储能辅助电厂AGC调频控制方法，以解决储能系统长期处于不充电和不放电的状态，储能系统无法长时间响应AGC指令，降低了总体的调频效果；以及现有控制方法储能系统在充电和放电状态下频繁转换，储能系统频繁动作，导致储能电池寿命短，经济成本升高的技术问题。

为实现上述目的，本发明的一种可变速率的储能辅助电厂AGC调频控制方法的具体技术方案如下：

电池SOC：电池剩余电量。

一次调频：是指电网的频率一旦偏离额定值时，电网中机组的控制系统就自动地控制机组有功功率的增减，限制电网频率变化，使电网频率维持稳定的自动控制过程，主要针对那些变化幅度小，周期短的偶然性负荷波动。

AGC：又名二次调频，电网调度考核各厂AGC响应情况的依据是调节速率，响应时间和调节精度。

调节速率：发电单元在指令调节过程中单位时间的调节量。

响应时间：发电单元开始响应指令时刻与指令下发时刻的差值。

调节精度：发电单元最后稳定负荷和目标值之间的差值。

调节速率越快、响应时间越短、调节精度越小，同等发电量下AGC考核指标越好。

为满足上述条件，火电机组引进储能系统，即通过电池来辅助AGC调频。电池响应时间短，发电速率快，调节精度高，可以带来一定的经济效益。然而经研究发现，电池寿命受到充放电次数影响，深度充放电会大大降低电池寿命。因此既要减少电池深度充放电次数又希望电池参与调节次数多。

负荷速率对火电机组十分重要，速率太快影响机组稳定，太慢不满足调度要求，直接影响电网的考核指标，负荷速率对电网调频也十分重要，速度越快越有利于电网频率的调整，南方电网调频性能指标k值计算中，速率占的比重最大，按照行业标准或电网要求，根据火电机组制粉系统的不同，对火电机组的负荷速率是有不用的要求，在DL/T 657-2015《火力发电厂模拟量控制系统验收测试规程》中储式制粉系统火电机组和直吹式制粉系统火电机组要求负荷指令变化速率≥1.5％Pe，循环流化床机组要求负荷指令变化速率≥1％Pe，Pe是火电机组额定负荷，火电机组实际运行中，中储式制粉系统火电机组的速率往往大于直吹式制粉系统火电机组。

根据机组制粉系统的不同和AGC指令大小的不同，本发明以储能的有功功率变化速率作为控制变量，提出一种可变速率的储能辅助电厂AGC调频控制方法，在储能系统容量一定的情况下，解决火电机组AGC调频性能指标低，储能系统长时间处于不充电和不放电的状态，充放电模式频繁转换的问题，综合提升储能系统辅助火电机组AGC调频性能指标，保护电网频率，为储能系统在不同类型火电机组的应用奠定了基础。

一种可变速率的储能辅助电厂AGC调频控制方法，储能系统投入，并且火电机组AGC功能投入，所述控制方法包括：

步骤一、实时读取火电机组状态、AGC状态和储能系统状态；

步骤二、判断制粉系统方式和AGC指令大小；

步骤三、根据所述制粉系统方式以及AGC指令大小确定可变速率的储能理论负荷指令；

步骤四、所述储能理论负荷指令按照一定速率升高或者降低直至与AGC指令相等；

步骤五、所述理论负荷指令和火电机组一次调频指令相结合后与机组实际负荷相减，相减后的差作为储能指令下放给储能系统，储能系统执行充放电指令。

进一步，所述步骤五中，储能系统执行积极放电、保守放电、不放电、积极充电、保守充电或不充电的指令。

进一步，所述步骤四中，当理论负荷指令等于AGC指令，机组功率首次等于AGC指令，并围绕AGC指令出现高频往复波动时，设置范围为1.5％Pe的死区，当理论负荷指令与机组负荷相减在死区范围内时，储能系统不动作，输出0。

进一步，所述步骤五中，所述理论负荷指令加火电机组一次调频指令与机组实际负荷相减，相减后的差作为储能指令下放给储能系统，储能系统执行充放电指令。

进一步，所述步骤五中，当下列情况之一出现时，储能系统执行不充电的策略，即Pc＝0，Pc为储能系统充电功率：

当电池剩余容量处于90％到100％时；

或，依据电网要求，当电网频率＜48Hz时；

或，当火电机组出现故障时；

或，当火电机组出现闭锁减并且机组负荷-AGC指令＞Pmax时，Pmax为储能系统的最大功率。

进一步，所述步骤五中，当下列情况之一出现时，储能系统执行不放电的策略，即Pf＝0，Pf为储能系统放电功率：

当电池剩余容量处于0％到10％时；

或，依据电网要求，当电网频率＞50.5Hz时；

或，当火电机组出现故障时，

或，当火电机组出现闭锁增并且AGC指令-机组负荷＞Pmax时，Pmax为储能系统的最大功率。

进一步，所述步骤二中，所述制粉系统包括直吹式制粉系统的火电机组、中储式制粉系统的火电机组或循环流化床组的火电机组。

进一步，所述Pmax为储能系统的最大功率为，Pe为火电机组额定功率，Pd为动作死区，U1为保持时间，Pd和U1的目的是认为火力发电机组真实地响应了AGC指令，Pd和U1依据不同电网要求具体设置。

本发明的一种可变速率的储能辅助电厂AGC调频控制方法具有以下优点：考虑火电机组制粉系统的不同，设置不同的负荷指令速率；考虑AGC指令的大小不同，设置不同的负荷指令速率；设置和火电机组相关的储能系统禁充，禁放条件；当AGC指令不变，机组负荷并围绕AGC指令出现振荡情况时，设置死区，储能系统不动作；增强火电机组一次调频功能；

本方法在储能系统容量一定的情况下，提高了响应时间，调节速率，调节精度三个调频性能指标，提高整体的调频效果，减少储能系统不充电和不放电的状态，使储能系统可以长时间参与AGC调频，保护电网频率，降低储能系统的动作频度和动作深度，避免频繁充放电模式转换导致的电池寿命损伤，达到了更优的调频效果，具有良好的经济性，同时提高了电池寿命和储能调频系统的安全性，减少了储能系统的运行成本，也为储能系统在不同类型火电机组的应用奠定了基础，由于储能系统的加入，火电机组的一次调频也得到加强。

附图说明

图1为本发明的一种可变速率的储能辅助电厂AGC调频控制方法的系统框图。

图2为本发明的一种可变速率的储能辅助电厂AGC调频控制方法的实施流程图。

图3为本发明的一种可变速率的储能辅助电厂AGC调频控制方法的储能理论负荷指令按照一定速率升高的示意图。

图4为本发明的一种可变速率的储能辅助电厂AGC调频控制方法的储能理论负荷指令按照一定速率降低的示意图。

具体实施方式

为了更好地了解本发明的目的、结构及功能，下面结合附图，对本发明一种可变速率的储能辅助电厂AGC调频控制方法做进一步详细的描述。

如图1-图2所示，本发明根据机组制粉系统的不同和AGC指令大小的不同，以储能的有功功率变化速率作为控制变量，在储能系统容量一定的情况下，提高响应时间，调节速率，调节精度三个调频性能指标，生成一个响应时间快，调节精度高，可变速率的理论负荷指令，该理论负荷指令按照一定速率升高或者降低直至与AGC指令相等，为了保证一次调频动作的准确性，该理论负荷指令加火电机组一次调频指令与机组实际负荷相减，相减后的差作为储能指令下放给储能系统，储能系统按照设置的相关的死区，禁充，禁放条件等，执行积极放电、保守放电、不放电、积极充电、保守充电、不充电的策略；提高整体的调频效果，减少储能系统不充电和不放电的状态，使储能系统可以长时间参与AGC调频，降低储能系统的动作频度和动作深度，避免频繁充放电模式转换导致的电池寿命损伤，达到了更优的调频效果，具有良好的经济性，同时提高了电池寿命和储能调频系统的安全性，减少了储能系统的运行成本，也为储能系统在不同类型火电机组的应用奠定了基础；

当检测到AGC指令更新后，根据火电机组和储能系统各自的运行信息判断火电机组和储能系统各自的运行状态是否正常，如果正常，记录AGC指令的大小，读取火电机组的信息，生成一个响应时间快，调节精度高，可变速率的理论负荷指令：其中(Pmax为储能系统的最大功率，Pe为火电机组额定功率，Pd为动作死区，U1为保持时间，Pd和U1的目的是认为火力发电机组真实地响应了AGC指令，Pd和U1依据不同电网要求具体设置)。

如图3所示，当AGC指令要求升负荷，AGC由P1增加到P2，然后理论值立刻出死区升高Pd，保持U1秒，然后按照一定速率升高直到和P2相等；

如图4所示，当AGC指令要求降负荷，AGC由P1降低到P2，然后理论值立刻出死区升高Pd，保持U1秒，然后按照一定速率降低直到和P2相等；

1、直吹式制粉系统的火电机组，这个理论负荷指令具体描述为：如果AGC指令变化的绝对值≥Pmax，从检测到AGC指令变化开始，立刻出死区Pd，保持U1秒，然后以3％Pe/min速率升高或降低，直至与AGC指令相等，为了保证一次调频动作的准确性，该理论负荷指令加火电机组一次调频指令与机组实际负荷相减，相减后的差作为储能指令下放给储能系统；

如果AGC指令变化的绝对值＜Pmax，这个理论负荷指令具体描述为：从检测到AGC指令变化开始，立刻出死区Pd，保持U1秒，然后以6％Pe/min速率升高或降低，直至与AGC指令相等，为了保证一次调频动作的准确性，该理论负荷指令加火电机组一次调频指令与机组实际负荷相减，相减后的差作为储能指令下放给储能系统。

2、中储式制粉系统的火电机组，这个理论负荷指令具体描述为：如果AGC指令变化的绝对值≥Pmax，从检测到AGC指令变化开始，立刻出死区Pd，保持U1秒，然后以4％Pe/min速率升高或降低，直至与AGC指令相等，为了保证一次调频动作的准确性，该理论负荷指令加火电机组一次调频指令与机组实际负荷相减，相减后的差作为储能指令下放给储能系统；

如果AGC指令变化的绝对值＜Pmax，这个理论负荷指令具体描述为：从检测到AGC指令变化开始，立刻出死区Pd，保持U1秒，然后以8％Pe/min速率升高或降低，直至与AGC指令相等，该理论负荷指令加火电机组一次调频指令与机组实际负荷相减，相减后的差作为储能指令下放给储能系统。

3、循环流化床机组的火电机组，这个理论负荷指令具体描述为：如果AGC指令变化的绝对值≥Pmax，从检测到AGC指令变化开始，立刻出死区Pd，保持U1秒，然后以2％Pe/min速率升高或降低，直至与AGC指令相等，为了保证一次调频动作的准确性，该理论负荷指令加火电机组一次调频指令与机组实际负荷相减，相减后的差作为储能指令下放给储能系统；

如果AGC指令变化的绝对值＜Pmax，这个理论负荷指令具体描述为：从检测到AGC指令变化开始，立刻出死区Pd，保持U1秒，然后以4％Pe/min速率升高或降低，直至与AGC指令相等，该理论负荷指令加火电机组一次调频指令与机组实际负荷相减，相减后的差作为储能指令下放给储能系统。

AGC指令不变时，为了保证一次调频动作的准确性，理论负荷指令等于一次调频动作后的火电机组指令，该指令与机组实际负荷相减，相减后的差作为储能指令下放给储能系统。

当理论负荷指令等于AGC指令，机组功率首次等于AGC指令，并围绕AGC指令出现高频往复波动时，设置范围为1.5％Pe的死区，当理论负荷指令与机组负荷相减在死区范围内时，储能系统不动作，输出0，有效解决了充电和放电状态下频繁转换，储能系统频繁动作，导致储能电池寿命短，经济成本升高的问题。

读取储能系统电池容量SOC：

积极放电：当电池剩余容量处于20％到100％时，储能系统放电功率Pf,若Pf>Pmax，则Pf＝Pmax；

保守放电：当电池剩余容量处于10％到20％时，储能系统放电功率Pf,若Pf>60％Pmax，则Pf＝60％Pmax。

不放电，即储能系统放电功率Pf＝0：

1、当电池剩余容量处于0％到10％时；

2、依据电网要求，当电网频率＞50.5Hz时；

3、当火电机组出现故障时(MFT动作，ETS动作，OPC动作、RB动作、发电机跳闸、AGC退出)；

4、当火电机组出现闭锁增并且AGC指令-机组负荷＞Pmax时；

积极充电：当电池剩余容量处于0％到80％时，储能系统充电功率Pc,若Pc>Pmax，则Pc＝Pmax；

保守充电：当电池剩余容量处于80％到90％时，储能系统充电功率Pc,若Pc>60％Pmax，则Pc＝60％Pmax。

不充电，即储能系统充电功率Pc＝0：

1、当电池剩余容量处于90％到100％时；

2、依据电网要求，当电网频率＜48Hz时；

3、当火电机组出现故障时(MFT动作，ETS动作，OPC动作、RB动作、发电机跳闸、AGC退出)；

4、当火电机组出现闭锁减并且机组负荷-AGC指令＞Pmax时。

可以理解，本发明是通过一些实施例进行描述的，本领域技术人员知悉的，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本发明所保护的范围内。

Claims (6)

1.一种可变速率的储能辅助电厂AGC调频控制方法，其特征在于，储能系统投入，并且火电机组AGC功能投入，所述控制方法包括：

步骤一、实时读取火电机组状态、AGC状态和储能系统状态；

步骤二、判断制粉系统方式和AGC指令大小；

所述制粉系统包括直吹式制粉系统的火电机组、中储式制粉系统的火电机组或循环流化床组的火电机组；

步骤三、根据所述制粉系统方式以及AGC指令大小确定可变速率的储能理论负荷指令；

直吹式制粉系统的火电机组，理论负荷指令为：如果AGC指令变化的绝对值≥Pmax，从检测到AGC指令变化开始，立刻出死区Pd，保持U1秒，然后以3％Pe/min速率升高或降低，直至与AGC指令相等，理论负荷指令加火电机组一次调频指令与机组实际负荷相减，相减后的差作为储能指令下放给储能系统；

如果AGC指令变化的绝对值＜Pmax，理论负荷指为：从检测到AGC指令变化开始，立刻出死区Pd，保持U1秒，然后以6％Pe/min速率升高或降低，直至与AGC指令相等，理论负荷指令加火电机组一次调频指令与机组实际负荷相减，相减后的差作为储能指令下放给储能系统；

中储式制粉系统的火电机组，理论负荷指令为：如果AGC指令变化的绝对值≥Pmax，从检测到AGC指令变化开始，立刻出死区Pd，保持U1秒，然后以4％Pe/min速率升高或降低，直至与AGC指令相等，理论负荷指令加火电机组一次调频指令与机组实际负荷相减，相减后的差作为储能指令下放给储能系统；

如果AGC指令变化的绝对值＜Pmax，理论负荷指令为：从检测到AGC指令变化开始，立刻出死区Pd，保持U1秒，然后以8％Pe/min速率升高或降低，直至与AGC指令相等，理论负荷指令加火电机组一次调频指令与机组实际负荷相减，相减后的差作为储能指令下放给储能系统；

循环流化床机组的火电机组，理论负荷指令为：如果AGC指令变化的绝对值≥Pmax，从检测到AGC指令变化开始，立刻出死区Pd，保持U1秒，然后以2％Pe/min速率升高或降低，直至与AGC指令相等，理论负荷指令加火电机组一次调频指令与机组实际负荷相减，相减后的差作为储能指令下放给储能系统；

如果AGC指令变化的绝对值＜Pmax，这个理论负荷指令具体描述为：从检测到AGC指令变化开始，立刻出死区Pd，保持U1秒，然后以4％Pe/min速率升高或降低，直至与AGC指令相等，理论负荷指令加火电机组一次调频指令与机组实际负荷相减，相减后的差作为储能指令下放给储能系统；

AGC指令不变时，理论负荷指令等于一次调频动作后的火电机组指令，该指令与机组实际负荷相减，相减后的差作为储能指令下放给储能系统；

当理论负荷指令等于AGC指令，机组功率首次等于AGC指令，并围绕AGC指令出现高频往复波动时，设置范围为1.5％Pe的死区，当理论负荷指令与机组负荷相减在死区范围内时，储能系统不动作，输出0；

其中，Pe为火电机组额定功率，Pmax为储能系统的最大功率；

步骤四、所述储能理论负荷指令按照一定速率升高或者降低直至与AGC指令相等；

步骤五、所述理论负荷指令和火电机组一次调频指令相结合后与机组实际负荷相减，相减后的差作为储能指令下放给储能系统，储能系统执行充放电指令。

2.根据权利要求1所述的一种可变速率的储能辅助电厂AGC调频控制方法，其特征在于，所述步骤五中，储能系统执行积极放电、保守放电、不放电、积极充电、保守充电或不充电的指令；

积极放电：当电池剩余容量处于20％到100％时，储能系统放电功率Pf,当Pf>Pmax时，规定Pf＝Pmax；

保守放电：当电池剩余容量处于10％到20％时，储能系统放电功率Pf,当Pf>60％Pmax时，规定Pf＝60％Pmax；

不放电，即储能系统放电功率Pf＝0；

积极充电：当电池剩余容量处于0％到80％时，储能系统充电功率Pc,当Pc>Pmax时，规定Pc＝Pmax；

保守充电：当电池剩余容量处于80％到90％时，储能系统充电功率Pc,当Pc>60％Pmax，规定Pc＝60％Pmax；

不充电，即储能系统充电功率Pc＝0。

3.根据权利要求1所述的一种可变速率的储能辅助电厂AGC调频控制方法，其特征在于，所述步骤四中，当理论负荷指令等于AGC指令，机组功率首次等于AGC指令，并围绕AGC指令出现高频往复波动时，设置范围为1.5％Pe的死区，Pe为火电机组额定功率；

当理论负荷指令与机组负荷相减在死区范围内时，储能系统不动作，输出0。

4.根据权利要求2所述的一种可变速率的储能辅助电厂AGC调频控制方法，其特征在于，所述步骤五中，所述理论负荷指令加火电机组一次调频指令与机组实际负荷相减，相减后的差作为储能指令下放给储能系统，储能系统执行充放电指令。

5.根据权利要求2所述的一种可变速率的储能辅助电厂AGC调频控制方法，其特征在于，所述步骤五中，当下列情况之一出现时，储能系统执行不充电的策略，即Pc＝0，Pc为储能系统充电功率：

当电池剩余容量处于90％到100％时；

或，依据电网要求，当电网频率＜48Hz时；

或，当火电机组出现故障时；

或，当火电机组出现闭锁减并且机组负荷-AGC指令＞Pmax时，Pmax为储能系统的最大功率。

6.根据权利要求2所述的一种可变速率的储能辅助电厂AGC调频控制方法，其特征在于，所述步骤五中，当下列情况之一出现时，储能系统执行不放电的策略，即Pf＝0，Pf为储能系统放电功率：

当电池剩余容量处于0％到10％时；

或，依据电网要求，当电网频率＞50.5Hz时；

或，当火电机组出现故障时，

或，当火电机组出现闭锁增并且AGC指令-机组负荷＞Pmax时，Pmax为储能系统的最大功率。

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