CN112117769B - 储能agc联合电网调频系统及电网调频方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种储能AGC联合电网调频系统，其包括电网调度设备、发电机组、储能装置、机组分布式控制设备、储能分布式控制设备以及输出电网；当电网AGC指令为功率提升指令时，电网AGC指令包括第一储能装置放电子指令、第一储能装置充电子指令、以及功率提高稳定子指令；当电网AGC指令为功率降低指令时，电网AGC指令包括第二储能装置充电子指令、第二储能装置放电子指令、以及控功率降低稳定子指令。本发明通过储能装置对发电机组输出功率进行超调操作，避免了功率调节延迟、偏差以及反向的发生；同时碳基电容电池的高倍率充放电能力以及高循环使用寿命，提高了发电机组输出功率的调整精度以及调整频率，降低了调整成本。

Description

储能AGC联合电网调频系统及电网调频方法

技术领域

本发明涉及电网调频领域，特别是涉及一种储能AGC联合电网调频系统及电网调频方法。

背景技术

在电力系统运行中，AGC(Automatic Generation Control，自动发电控制)主要通过实时调节电网中的调频电源的有功处理，实现对电网频率及联络线功率的控制，解决秒或分钟级短时间尺度的区域电网内的具有随机特性的有功平衡问题，其对AGC电源性能提出了调节速率快、调节精度高、频繁转换功率调节方向等较高要求。

现有电网AGC调频功能主要由水电、燃气机组以及火电机组等常规电源提供，这些电源具有旋转惯性的机械器件组成，将一次能源转换成电能将经历一系列复杂的过程，使得其AGC调频性能与电网的调节期望尚有一定差距。

具体的，如图1所示，图1为现有的火电机组响应电网AGC指令的响应过程示意图，其中A曲线为调度AGC指令的调度目标功率曲线，B曲线为火电机组的调度实际功率曲线。可见一般火电厂的负荷响应存在着调节延迟(如B1区域)、调节偏差(如B2区域)和调节反向(如B3区域)的问题，尤其在调节指令刚下达和方向改变时尤为突出。

故，有必要提供一种储能AGC联合电网调频系统及电网调频方法，以解决现有技术所存在的问题。

发明内容

本发明实施例提供一种可实现电网快速实时调频的储能AGC联合电网调频系统及电网调频方法，以解决现有的电网调频系统以及电网调频方法容易存在功率调节延迟、功率调节偏差以及功率调节反向的技术问题。

本发明实施例提供一种储能AGC联合电网调频系统，其包括：

电网调度设备，用于基于用电需求生成电网AGC指令，以生成发电机组额定功率；

发电机组，用于进行发电操作，以输出发电机组输出功率；

储能装置，用于储存能量，并基于所述发电机组额定功率使用所述储存能量对所述发电机组输出功率进行修正；

机组分布式控制设备，与所述电网调度设备连接，用于基于所述电网AGC指令，驱动所述发电机组进行发电控制操作；

储能分布式控制设备，与所述电网调度设备连接，用于基于所述电网AGC指令，驱动所述储能装置进行能量储存或能量释放操作；以及

输出电网，分别于所述发电机组和所述储能装置连接，用于基于修正后的发电机组输出功率输出所述用电需求对应的电能；

其中当所述电网AGC指令为功率提升指令时，所述电网AGC指令包括控制发电机组输出功率达到发电机组额定功率的第一储能装置放电子指令、控制发电机组输出功率高于发电机组额定功率的第一储能装置充电子指令、以及控制发电机组输出功率等于发电机组额定功率的功率提高稳定子指令；

当所述电网AGC指令为功率降低指令时，所述电网AGC指令包括控制发电机组输出功率达到发电机组额定功率的第二储能装置充电子指令、控制发电机组输出功率高于发电机组额定功率的第二储能装置放电子指令、以及控制发电机组输出功率等于发电机组额定功率的功率降低稳定子指令。

在本发明所述的储能AGC联合电网调频系统中，所述发电机组具有最大机组功率调节速度；

如所述电网AGC指令为功率提升指令，且所述电网AGC指令设定的功率提升速度大于所述发电机组的最大机组功率调节速度；则所述电网AGC指令包括：

第一储能装置放电子指令，所述发电机组处于发电功率提升状态，所述储能装置释放能量到所述输出电网中；

第一储能装置充电子指令，所述发电机组处于发电高功率波动状态，所述储能装置从所述输出电网中存储能量；

功率提高稳定子指令，所述发电机组处于发电高功率稳定状态，所述储能装置处于待机状态；

如所述电网AGC指令为功率降低指令，且所述电网AGC指令设定的功率降低速度大于所述发电机组的最大机组功率调节速度，则所述电网AGC指令包括：

第二储能装置充电子指令，所述发电机组处于发电功率降低状态，所述储能装置从所述输出电网中存储能量；

第二储能装置放电子指令，所述发电机组处于发电低功率波动状态，所述储能装置释放能量到所述输出电网中；

功率降低稳定子指令，所述发电机组处于发电低功率稳定状态，所述储能装置处于待机状态。

在本发明所述的储能AGC联合电网调频系统中，所述储能装置在所述电网AGC指令的第一储能装置放电子指令阶段释放到所述输出电网中的能量小于等于所述储能装置在所述电网AGC指令的第一储能装置充电子指令阶段从所述输出电网中存储的能量；

所述储能装置在所述电网AGC指令的第二储能装置充电子指令阶段从所述输出电网中存储的能量，大于等于所述储能装置在所述电网AGC指令的第二储能装置放电子指令阶段释放到所述输出电网中的能量。

在本发明所述的储能AGC联合电网调频系统中，在所述第一储能装置放电子指令阶段，根据所述电网AGC指令设定的功率提升速度与所述发电机组的最大机组功率调节速度的差值，确定所述储能装置的能量释放速度；

在所述第一储能装置充电子指令阶段，根据所述储能装置的能量释放量，确定所述发电机组处于发电高功率波动状态的时间；

在所述第二储能装置充电子指令阶段，根据所述电网AGC指令设定的功率降低速度与所述发电机组的最大机组功率调节速度的差值，确定所述储能装置的能量存储速度；

在所述第二储能装置放电子指令阶段，根据所述储能装置的能量存储量，确定所述发电机组处于发电低功率波动状态的时间。

在本发明所述的储能AGC联合电网调频系统中，所述发电高功率波动状态的发电机组的最高输出功率为对应发电高功率稳定状态的发电机组的稳定输出功率的104％-106％；

所述发电低功率波动状态的发电机组的最低输出功率为对应的发电低功率稳定状态的发电机组的稳定输出功率的97％-98％。

在本发明所述的储能AGC联合电网调频系统中，所述储能装置为碳基电容电池，所述储能装置的储能功率为所述发电机组的额定功率的2％-3％。

在本发明所述的储能AGC联合电网调频系统中，所述储能装置的初始储存能量为最大储存能量的45％-65％。

在本发明所述的储能AGC联合电网调频系统中，所述储能AGC联合电网调频系统还包括：

输出检测装置，分别与所述电网调度设备、所述发电机组以及所述储能装置连接，用于检测所述发电机组的机组输出能量以及所述储能装置的电池输出能量，并将所述机组输出能量和所述电池输出能量反馈给所述电网调度设备；

所述电网调度设备还用于根据所述机组输出能量以及所述电池输出能量，生成用于调节所述机组输出能量以及所述电池输出能量的电网AGC修正指令。

在本发明所述的储能AGC联合电网调频系统中，所述储能AGC联合电网调频系统还包括：

电能输出模块，与所述储能装置连接，用于输出所述储能装置的能量。

本发明实施例还提供一种使用上述的储能AGC联合电网调频系统进行电网调频的方法，其包括：

所述电网调度设备生成电网AGC指令；

如所述电网AGC指令为功率提升指令，且所述电网AGC指令设定的功率提升速度大于所述发电机组的最大机组功率调节速度；则所述电网调度设备通过所述机组分布式控制设备控制所述发电机组处于发电功率提升状态，所述电网调度设备通过所述储能分布式控制设备控制所述储能装置释放能量到所述输出电网中；所述输出电网基于所述电网AGC指令提升输出功率；

所述电网调度设备通过所述机组分布式控制设备控制所述发电机组处于发电高功率波动状态，所述电网调度设备通过所述储能分布式控制设备控制所述储能装置从所述输出电网中存储能量；所述输出电网基于所述电网AGC指令输出稳定高功率；

所述电网调度设备通过所述机组分布式控制设备控制所述发电机组处于发电高功率稳定状态，所述电网调度设备通过所述储能分布式控制设备控制所述储能装置处于待机状态；所述输出电网基于所述电网AGC指令输出稳定高功率；

如所述电网AGC指令为功率降低指令，且所述电网AGC指令设定的功率降低速度大于所述发电机组的最大机组功率调节速度；则所述电网调度设备通过所述机组分布式控制设备控制所述发电机组处于发电功率降低状态，所述电网调度设备通过所述储能分布式控制设备控制所述储能装置从所述输出电网中存储能量；所述输出电网基于所述电网AGC指令降低输出功率；

所述电网调度设备通过所述机组分布式控制设备控制所述发电机组处于发电低功率波动状态，所述电网调度设备通过所述储能分布式控制设备控制所述储能装置释放能量到所述输出电网中；所述输出电网基于所述电网AGC指令输出稳定低功率；

所述电网调度设备通过所述机组分布式控制设备控制所述发电机组处于发电低功率稳定状态，所述电网调度设备通过所述储能分布式控制设备控制所述储能装置处于待机状态；所述输出电网基于所述电网AGC指令输出稳定低功率。

本发明的储能AGC联合电网调频系统及电网调频方法通过储能装置对实际电网功率进行超调操作，以使得实际电网功率可以快速达到目标电网功率，避免了功率调节延迟、功率调节偏差以及功率调节反向的发生；有效解决了现有的电网调频系统以及电网调频方法容易存在功率调节延迟、功率调节偏差以及功率调节反向的技术问题。

附图说明

图1为现有的火电机组响应电网AGC指令的响应过程示意图；

图2为本发明的储能AGC联合电网调频系统的一实施例的结构示意图；

图3为本发明的储能AGC联合电网调频系统的一实施例的电网AGC指令的相应过程示意图；

图4为使用本发明的储能AGC联合电网调频系统进行电网调频的流程示意图；

图5为本发明的储能AGC联合电网调频系统的发电机组、储能装置以及输出电网的功率调整示意图；

图6为本发明的碳基电容电池的第一实施例的内部结构图；

图7为本发明的碳基电容电池的第二实施例的整体结构示意图；

图8为本发明的碳基电容电池的第二实施例的冷凝管处于形变状态的示意图；

图9为本发明的碳基电容电池的第三实施例的结构示意；

图10为本发明的碳基电容电池的第三实施例的导向组件的结构示意图；

图11为本发明的碳基电容电池的第三实施例的导向组件的使用示意图之一；

图12为本发明的碳基电容电池的第三实施例的导向组件的使用示意图之二。

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。

本发明提供了一种储能AGC联合电网调频系统，请参照图2，图2为本发明的储能AGC联合电网调频系统的一实施例的结构示意图。本实施例的储能AGC联合电网调频系统可用于对火电机组对应的出电网的电网调频指令进行快速实时响应，避免功率调节延迟、功率调节偏差以及功率调节反向的问题发生。

本实施例的储能AGC联合电网调频系统包括电网调度设备、发电机组、储能装置、机组分布式控制设备、储能分布式控制设备以及输出电网。

电网调度设备用于基于用电需求生成电网AGC指令，以生成发电机组额定功率；发电机组用于进行发电操作，以输出发电机组输出功率；储能装置用于储存能量，并基于发电机组额定功率使用储存能量对发电机组输出功率进行修正；机组分布式控制设备与电网调度设备连接，用于基于电网AGC指令，驱动发电机组进行发电控制操作；储能分布式控制设备与电网调度设备连接，用于基于电网AGC指令，驱动储能装置进行能量储存或能量释放操作；输出电网分别与发电机组和储能装置连接，用于基于修正后的发电机组输出功率输出用电需求对应的电能。

具体的，当电网AGC指令为功率提升指令时，电网AGC指令包括控制发电机组输出功率达到发电机组额定功率的第一储能装置放电子指令、控制发电机组输出功率高于发电机组额定功率的第一储能装置充电子指令、以及控制发电机组输出功率等于发电机组额定功率的功率提高稳定子指令。即本实施例的储能AGC联合电网调频系统通过第一储能装置充电子指令控制实际电网功率高于目标电网功率，对发电机组进行超频调节，有效的降低了功率提升的迟延以及偏差等问题。

这里的发电机组输出功率为电网调频系统控制输出电网的实际输出功率，发电机组额定功率为电网AGC指令希望电网调频系统控制输出电网输出的目标输出功率。

具体的，如电网AGC指令为功率提升指令，且电网AGC指令设定的功率提升速度大于发电机组的最大机组功率调节速度，则电网AGC指令的第一储能装置放电子指令用于控制发电机组处于发电功率提升状态，控制储能装置释放能量到输出电网中，即发电机组和储能装置同时向输出电网中输出电能，其中储能装置的能量释放速度可由电网AGC指令设定的功率提升速度与发电机组的最大机组功率调节速度的差值确定，即发电机组的最大机组功率调节速度与储能装置的能量释放速度的和应等于电网AGC指令设定的功率提升速度，从而保证在第一储能装置放电子指令阶段，输出电网的输出电能与电网AGC指令的设定一致。

电网AGC指令的第一储能装置充电子指令用于控制发电机组处于发电高功率波动状态，控制储能装置从输出电网中存储能量，即发电机组向输出电网中输出电能，储能装置从输出电网中回收电能。发电机组处于发电高功率波动状态的时间可由储能装置在第一储能装置充电子指令阶段中的能量释放量确定，即储能装置的能量释放量越大，发电机组处于发电高功率波动状态的时间越长；储能装置的能量释放量越小，发电机组处于发电高功率波动状态的时间越短。该波动状态的时间一般在20s以内，以保证对其他环节的通信、采样以及控制不会造成影响。

优选的，该发电机组的发电高功率波动状态应是一个从高于发电机组额定功率的发电机组输出功率逐渐降低到发电机组额定功率的波动过程，发电机组的发电高功率波动状态的最高输出功率可为发电机组的发电高功率稳定状态的稳定输出功率的104％-106％，以便有效的在规定时间内对储能装置进行充电操作。

电网AGC指令的功率提高稳定子指令用于控制发电机组处于发电高功率稳定状态，控制储能装置处于待机状态，即发电机组向输出电网中输出稳定功率的电能，储能装置返回到初始的待机状态。

由于这里储能装置需要返回到初始待机状态，以便后续辅助发电机组进行输出功率调整，储能装置在电网AGC指令的第一储能装置放电子指令释放到输出电网中的能量应小于等于储能装置在电网AGC指令的第一储能装置充电子指令阶段从输出电网中存储的能量，以保证储能装置中的初始能量保持不变(随着时间的推移，储能装置中的初始能量即使不用于输出功率调整也会缓慢减少，因此这里存储的能量可以大于释放的能量)。

如电网AGC指令设定的功率提升速度小于等于发电机组的最大机组功率调节速度，由于发点机组自身能力可以执行该功率提升指令，因此可直接使用发电机组来完成该电网AGC指令对应的输出电能调整，从而减少储能装置的使用频率，提高储能装置的使用寿命。

如电网AGC指令为功率降低指令，且电网AGC指令设定的功率降低速度大于发电机组的最大机组功率调节速度，则电网AGC指令的第二储能装置充电子指令用于控制发电机组处于发电功率降低状态，控制储能装置从输出电网中回收能量，即发电机组降低输出电能，同时储能装置回收输出电能。其中储能装置的能量存储速度可由电网AGC指令设定的功率降低速度与发电机组的最大机组功率调节速度的差值确定，即发电机组的最大机组功率调节速度与储能装置的能量存储速度的和应等于电网AGC指令设定的功率降低速度，从而保证在第二储能装置充电子指令阶段，输出电网的输出电能与电网AGC指令的设定一致。

电网AGC指令的第二储能装置放电子指令用于控制发电机组处于发电低功率波动状态，控制储能装置释放能量到输出电网中，即发电机组向输出电网输出电能，同时储能装置也将回收的电能输出到输出电网中。发电机组处于发电低功率波动状态的时间可由存储电池在第二储能装置充电子指令阶段中的能量存储量确定，即储能装置的能量存储量越大，发电机组处于发电低功率波动状态的时间越长；储能装置的能量存储量越小，发电机组处于发电低功率波动状态的时间越短。该波动状态的时间一般在20s以内，以保证对其他环节的通信、采样以及控制不会造成影响。

优选的，该发电机组的发电低功率波动状态应是一个从低于发电机组额定功率的发电机组输出功率逐渐升高到发电机组额定功率的波动过程，发电机组的发电低功率波动状态的最低输出功率可为发电机组的发电低功率稳定状态的稳定输出功率的97％-98％，以便有效的在规定时间内对储能装置进行放电操作。

电网AGC指令的功率降低稳定子指令用于控制发电机组处于发电低功率稳定状态，控制储能装置处于待机状态，即发电机组向输出电网中输出稳定功率的电能，储能装置返回初始的待机状态。

同理储能装置在电网AGC指令的第二储能装置充电子指令阶段从输出电网中存储的能量应大于等于储能装置在电网AGC指令的第二储能装置放电子指令阶段释放到输出电网中的能量，以保证储能装置中的初始能量保持不变。

如电网AGC指令设定的功率降低速度小于等于发电机组的最大机组功率调节速度，由于发点机组自身能力可以执行该功率降低指令，因此可直接使用发电机组来完成该电网AGC指令对应的输出电能调整，从而减少储能装置的使用频率，提高储能装置的使用寿命。

由于储能装置需要进行能量存储操作或能量释放操作，因此储能装置应设置初始存储能量，储能装置的初始储存能量优选设置为最大储存能量的45％-65％。

本实施例的储能装置优选使用碳基电容电池，该储能装置的储能功率可设置为发电机组的额定功率的2％-3％左右。如发电机组为330MW的火电机组，则储能装置的最大储能功率可设置为7-10MW。

本实施例的储能装置采用碳基电容电池具有两个核心优势，一是高倍率的充放电能力，能满足秒级/分钟级的调频服务；二是高循环使用寿命，可满足电厂调频高于300-400次/日的浅充浅放需求。

同时从成本的角度，储能装置采用碳基电容电池可降低投资成本、运营维护成本以及全寿命周期的电池成本。

碳基电容电池支持10C-20C大电流充放电，而市场上其他中了电池的充放电倍率基本为2C，因此不具备高倍率的充放电能力。因此在充放电额定功率的条件下，碳基电容电池所需的电量只要其他种类电容容量的1/2左右，因此可有效的降低投资成本。

此外碳基电容电池不需要设置专门的电池管理系统，3C以下电流连续运行不需要散热系统，对空调系统的要求明显小于其他类型的电池，因此该储能装置的运营维护成本较低。

另外，碳基电容电池的循环使用寿命是20000次左右，是其他类型电池的4-5倍，按照10年的系统使用周期，完全不需要更换电池；而其他类型的电池在调频环境下全寿命周期需要更换1-2次，因此该储能装置的全寿命周期的电池成本较低。

由于碳基电容电池属于物理类电池，使用过程无污染，无其他产生；在短路、过充、跌落、挤压、火烧、针刺以及枪击测试中均不会发生爆炸或火灾。单体电池在短路情况下温度不会超过80度，安全性能极其优越。反观锂电池和铅碳电池属于电化学类电池，均有爆炸和火灾的风险。

碳基电容电池具备高倍率充放电的特点，放电后恢复时间快，电池组在完成调频指令后，即使电量放空，在5分钟左右可充满80％的电量，20分钟电量可全部恢复；而其他种类的电池容量恢复时间需要1小时以上。并且碳基电容电池可适当增加储能装置的变流器容量，利用碳基电容电池充放电短期峰值倍率特性，可以有效的解决电网AGC指令影响综合调频性能参数的问题。

为了进一步提高本实施例的储能AGC联合电网调频系统的电网实时调频能力，本实施例的储能AGC联合电网调频系统还可包括输出检测装置以及电能输出模块。

其中输出检测装置分别与电网调度设备、发电机组以及储能装置连接，用于检测发电机组的机组输出能量以及储能装置的电池输出能量，并将机组输出能量和电池输出能量反馈给电网调度设备；这样电网调度设备还可基于机组输出能量以及电池输出能量，生成用于调节机组输出能量以及电池输出能量的电网AGC修正指令。

通过机组分布式控制设备控制发电机组进行发电控制操作以及通过储能分布式控制设备控制储能装置进行能量储存或能量释放操作，由于驱动设备之间的问题，如部分设备出现异常等情况，可能导致输出电网并不能输出用电需求对应的电能。这时输出检测装置直接基于机组输出能量以及电池输出能量生成对应的调整反馈，即电网AGC修正指令，以基于输出电网的实时输出电能，对当前机组输出能量以及电池输出能量进行调整。

该电网AGC修正指令可直接对储能装置的电池输出能量进行修正，以使得输出电网的输出用电需求对应的电能。

由于储能装置需要一直保持最大储存能量的45％-65％的储存能量，以便实现最佳的调频效果。而在之前的每次调频中，只考虑到了储能装置的能量损耗，即只保证了在每个调频阶段，储能装置存储的能量一定要高于储能装置释放的能量。因此在多次调频操作后，储能装置的储存能量有可能会大于最大储存能量的85％，甚至达到最大储存能量的90％。这时储能装置已经不能很好的进行调频时的能量存储操作，因此本实施例的储能AGC联合电网调频系统还可设置电能输出模块，将储能装置的能量输出，以保证储能装置的储存能量一直维持在最大储存能量的45％-65％。

因此本实施例的储能AGC联合电网调频系统通过碳基电容电池的储能装置对实际电网功率进行超调操作，以使得实际电网功率可以快速达到目标电网功率，避免了功率调节延迟、功率调节偏差以及功率调节反向的发生。

根据国家能源局对AGC调节性能是采用Kp的衡量，其定义为调节速率指标K1、调节精度指标K2和响应时间指标K3的乘积，即Kp＝K1*K2*K3。

本发明的储能AGC联合电网调频系统可以大幅度提高调节速率和响应时间指标，同时对调节精度指标也有改善。

如本发明的储能AGC联合电网调频系统具有330MW的发电机组以及9MW的储能装置。则对AGC调节性能的改善如下：

一、对AGC调节速率指标K1的改善。

AGC调节速率指标K1计算公式如下：

K1＝2－VN/V1

其中，VN为机组基础调节速率要求(以330MW发电机组为例VN定义机组额定功率的1.5％/min，即5MW/min)，V1为机组参与AGC调频运行过程中的实测速率。

储能装置可以提供充电和放电双方向的调节能力，峰值功率为-9MW(充电)和+9MW(放电)。储能装置自身从额定充电功率至额定放电功率(或反向)的调节时间为秒级。已实施项目中实测调节时间小于5S，即储能装置可在5秒中内完成18MW的功率调节。因此，其与发电机组联合运行，可大幅提高系统功率总体调节速率。综合实际AGC调频各种因素，储能装置接入后可保证联合运行速率不低于9MW/min，对应调节速率指标K1不低于1.5。

二、对AGC响应时间指标K3的改善。

AGC响应时间指标K3用于机组在接收到AGC指令后，跳出调节死区(定义为发电机组额定容量的1％)的响应时间，计算公式如下：

K3＝2－ti/tN

其中，tN为机组响应时间，为1min，ti为机组参与AGC调频运行过程中的实际响应时间。储能装置配置为9MW峰值功率远大于机组调节死区。储能装置的快速精确出力调节能力，即便考虑各环节通讯、采样和控制延迟，也可保证系统总体响应时间控制在20S以内，对应响应时间指标K3不低于1.67。

三、对AGC调节精度指标K2的改善。

AGC调节精度指标K2用于考核发电机组对AGC指令的稳态跟踪误差，计算公式如下：

K2＝2－△P/DN

其中，DN为机组基础精度要求，为机组额定容量的1％，△P为进入稳态后机组实际出力与AGC指令间偏差的平均值。储能装置的出力调节误差小于储能额定功率的3％，远小于发电机组额定调节精度要求的数值。在联合运行过程中，储能装置可以有效补偿发电机组的稳态调节误差，将调节精度指标K2提升至1.7以上。

四、对AGC调节性能指标KP的改善。

基于现有储能配置方案，储能装置与发电机组联合运行的AGC调节性能指标KP可达4.0(K1>1.5，K2>1.7，K3>1.67)以上。传统火电机组KP要达到此数值，需要发电机组的升负荷速率长期保证在3％以上或保持很大的调门前馈量，如果长时间这样运行，势必会造成机组调门、磨煤机等设备的磨损，影响机组安全稳定运行，此外，机组频繁改变出力以及较低负荷运行都会导致煤耗增加。

对成熟的储能装置而言，在额定功率范围内，都可以在1min内以99％以上的精度完成指定功率的输出，其综合响应能力完全满足在AGC调频时间内的功率变换需求。美国西北太平洋国家实验室(PNNL)2008年的研究报告显示，储能装置的调频效果是水电机组的1.4倍，是天然气机组的2.3倍，是燃煤机组的20倍以上。10MW储能装置从+10MW到-10MW只需要2min。储能装置的AGC实际曲线C几乎与电网AGC指令曲线D重合，即调节反向、调节偏差以及调节延迟等问题将不会出现。具体如图3所示。

本发明还提供一种电网调频方法，使用上述的储能AGC联合电网调频系统进行电网调频，请参照图4和图5，图4为使用本发明的储能AGC联合电网调频系统进行电网调频的流程示意图，图5为本发明的储能AGC联合电网调频系统的发电机组、储能装置以及输出电网的功率调整示意图。该电网调频方法包括：

步骤S401，电网调度设备生成电网AGC指令；

步骤S402，如电网AGC指令为功率提升指令，且电网AGC指令设定的功率提升速度大于发电机组的最大机组功率调节速度，则转到步骤S403；如电网AGC指令为功率提升指令，且电网AGC指令设定的功率提升速度小于等于发电机组的最大机组功率调节速度，则转到步骤S406；如电网AGC指令为功率降低指令，且电网AGC指令设定的功率降低速度大于发电机组的最大机组功率调节速度，则转到步骤S407；如电网AGC指令为功率降低指令，且电网AGC指令设定的功率降低速度小于等于发电机组的最大机组功率调节速度，则转到步骤S410；

步骤S403，电网调度设备通过机组分布式控制设备控制发电机组处于发电功率提升状态，电网调度设备通过储能分布式控制设备控制储能装置释放能量到输出电网中(储能装置处于放电状态)；输出电网基于电网AGC指令提高输出功率；随后转到步骤S404；

步骤S404，电网调度设备通过机组分布式控制设备控制发电机组处于发电高功率波动状态，电网调度设备通过储能分布式控制设备控制储能装置从所述输出电网中存储能量(储能装置处于充电状态)；充电的能量如图5中A区域所示，其与步骤S403中储能装置的放电能量相当；输出电网基于电网AGC指令从提高输出功率转换为输出稳定高功率；随后转到步骤S405；

步骤S405，电网调度设备通过机组分布式控制设备控制所述发电机组处于发电高功率稳定状态，电网调度设备通过储能分布式控制设备控制储能装置处于待机状态；输出电网基于电网AGC指令输出稳定高功率。

步骤S406，发电机组来独立完成该电网AGC指令对应的输出电能调整，输出电网基于电网AGC指令输出稳定高功率。

步骤S407，电网调度设备通过机组分布式控制设备控制发电机组处于发电功率降低状态，电网调度设备通过储能分布式控制设备控制所述储能装置从输出电网中存储能量(储能装置处于充电状态)；输出电网基于电网AGC指令降低输出功率；随后转到步骤S408。

步骤S408，电网调度设备通过机组分布式控制设备控制发电机组处于发电低功率波动状态，电网调度设备通过储能分布式控制设备控制储能装置释放能量到输出电网中(储能装置处于放电状态)；放电的能量如图5中B区域所示，其与步骤S407中储能装置的充电能量相当；输出电网基于电网AGC指令从降低输出功率转换为输出稳定低功率；随后转到步骤S409。

步骤S409，电网调度设备通过机组分布式控制设备控制发电机组处于发电低功率稳定状态，电网调度设备通过储能分布式控制设备控制储能装置处于待机状态；输出电网基于电网AGC指令输出稳定低功率。

步骤S410，发电机组来独立完成该电网AGC指令对应的输出电能调整，输出电网基于电网AGC指令输出稳定低功率。

这样即完成了本实施例的使用储能AGC联合电网调频系统进行电网调频的过程。

本发明的储能AGC联合电网调频系统及电网调频方法通过储能装置对实际电网功率进行超调操作，以使得实际电网功率可以快速达到目标电网功率，避免了功率调节延迟、功率调节偏差以及功率调节反向的发生；有效解决了现有的电网调频系统以及电网调频方法容易存在功率调节延迟、功率调节偏差以及功率调节反向的技术问题。

下面对本发明中使用的碳基电容电池的具体结构进行描述。请参照图6，图6为本发明的碳基电容电池的第一实施例的内部结构图；该碳基电容电池包括：电池外壳61、多组电池电芯62、电池极柱63、排气安全阀64以及气体回收箱65。其中多组电池电芯62设置在电池外壳61内；电池极柱63设置在电池外壳61上，电池极柱63与电池电芯62连接，用于提供电能；排气安全阀64设置在电池外壳61上，用于当电池外壳61内的压强大于设定值时，排出电池外壳61内的气体。气体回收箱65设置在电池外壳11外，且气体回收箱65与电池外壳61之间隔热连接，气体回收箱65内设置有铝箔散热片，气体回收箱65通过冷凝管66与排气安全阀64连接，以便回收排气安全阀64排出的气体。其中，冷凝管66侧壁与电池外壳61接触，冷凝管66用于给电池外壳61散热。

请参照图7，其中图7为本发明的碳基电容电池的第二实施例的整体结构示意图。该碳基电容电池包括电池外壳71、多组模组电芯(图中未示出)、模组极柱73、气体回收箱75、冷凝管76、第一排气安全阀77以及第二排气安全阀78。其中本实施例中的电池外壳71的外部设置有散热空间，冷凝管76设置在该散热空间中，以提高气体排出时，电池外壳71的散热能力。

进一步的，第一排气安全阀77以及第二排气安全阀78设置在碳基电容电池的散热空间中；其中第一排气安全阀77用于连通电池外壳71内部与散热空间中的冷凝管76；第二排气安全阀78用于连通冷凝管76与外部空间，本实施例中优选为第二排气安全阀78通过连接管与气体回收箱75连接。

冷凝管76设置在第一排气安全阀77和第二排气安全阀78之间。且第二排气安全阀78的排气压强高于第一排气安全阀77的排气压强。

请参照图8，图8为本发明的碳基电容电池的第二实施例的冷凝管处于形变状态的示意图。本实施例中的冷凝管76为可变形金属冷凝管，当电池外壳71的压强低于第一排气安全阀77的排气压强时，冷凝管76处于收纳状态；当电池外壳71的压强高于第一排气安全阀77的排气压强，低于第二排气安全阀78的排气压强，冷凝管76开始发生形变，以提高电池外壳71的散热能力；当电池外壳71的压强高于第二排气安全阀78的排气压强，第二排气安全阀78开始排气。

本发明中处于收纳状态的冷凝管76的横截面积，小于发生形变的冷凝管76的横截面积。本发明的冷凝管76在排气时可有效提升了冷凝管76的冷却效率。

此外，本发明优选采用的冷凝管76在排出大部分热气后，冷凝管76从膨胀的状态可形变恢复，逐渐减小冷凝管76的直径，从而提高了碳基电容电池正常工作时的保温效果。

结合图9和图10，图9为本发明的碳基电容电池的第三实施例的结构示意，图10为本发明的碳基电容电池的第三实施例的导向组件的结构示意图。

本实施例的碳基电容电池中冷凝管96的延伸方向，与第一排气安全阀97以及第二排气安全阀98所在直线交叉；且本实施例的电池外壳91上还设置有用于调整冷凝管96延伸方向的导向组件911，导向组件911包括导向槽9111、滑块9112以及弹性件9113；其中导向槽9111设置在电池外壳91上，导向槽9111的长边与第一排气安全阀97以及第二排气安全阀98所在直线交叉。滑块9112与冷凝管96的底端连接，滑块9112与导向槽9111滑动连接，弹性件9113设置在导向槽9111一端的侧壁，弹性件9113用于限定滑块9112的位置。

滑块9112在导向槽9111的运动轨迹上包括第一固定位以及第二固定位，其中第一固定位设置在导向槽9111靠近第一排气安全阀97以及第二排气安全阀98所在直线的一端，第二固定位处于导向槽9111远离第一排气安全阀97以及第二排气安全阀98所在直线的一端。

结合图11，当滑块9112位于第一固定位，此时弹性件9113挤压滑块9112，且冷凝管96处于收纳状态；滑块9112带动冷凝管96固定，尽量保持收纳状态冷凝管96的延伸方向，位于第一排气安全阀97以及第二排气安全阀98所在直线上。

结合图12，当冷凝管96开始发生形变时，滑块9112在冷凝管96形变的作用力下挤压弹性件9113，从而沿导向槽9111从第一固定位往第二固定位滑动。

结合图9，当冷凝管96位于第二固定位，此时冷凝管96处于膨胀状态，导向组件911避免冷凝管96与汽车内其他部件接触，避免冷凝管96或汽车部件的损坏。

上述碳基电容电池的结构在保证有效供电的基础上，还具有防爆保温的作用，进一步提高了储能AGC联合电网调频系统的使用稳定性。

综上所述，虽然本发明已以实施例揭露如上，实施例前的序号仅为描述方便而使用，对本发明各实施例的顺序不造成限制。并且，上述实施例并非用以限制本发明，本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与润饰，因此本发明的保护范围以权利要求界定的范围为准。

Claims (8)

1.一种储能AGC联合电网调频系统，其特征在于，包括：电网调度设备、发电机组、储能装置、机组分布式控制设备、储能分布式控制设备以及输出电网；

其中电网调度设备，用于基于用电需求生成电网AGC指令，以生成发电机组额定功率；

发电机组，用于进行发电操作，以输出发电机组输出功率；

储能装置，用于储存能量，并基于所述发电机组额定功率使用所述储存能量对所述发电机组输出功率进行修正；其中所述储能装置为碳基电容电池，所述储能装置的储能功率为所述发电机组的额定功率的2%-3%；所述碳基电容电池包括电池外壳、多组模组电芯、模组极柱、气体回收箱、冷凝管、第一排气安全阀以及第二排气安全阀；其中电池外壳的外部设置有散热空间，冷凝管设置在散热空间中；冷凝管设置在第一排气安全阀和第二排气安全阀之间；且第二排气安全阀的排气压强高于第一排气安全阀的排气压强；冷凝管为可变形金属冷凝管，当电池外壳的压强低于第一排气安全阀的排气压强时，冷凝管处于收纳状态；当电池外壳的压强高于第一排气安全阀的排气压强，低于第二排气安全阀的排气压强，冷凝管开始发生形变，以提高电池外壳的散热能力；当电池外壳的压强高于第二排气安全阀的排气压强，第二排气安全阀开始排气；

机组分布式控制设备，与所述电网调度设备连接，用于基于所述电网AGC指令，驱动所述发电机组进行发电控制操作；

储能分布式控制设备，与所述电网调度设备连接，用于基于所述电网AGC指令，驱动所述储能装置进行能量储存或能量释放操作；以及

输出电网，分别于所述发电机组和所述储能装置连接，用于基于修正后的发电机组输出功率输出所述用电需求对应的电能；

其中当所述电网AGC指令为功率提升指令时，所述电网AGC指令包括控制发电机组输出功率达到发电机组额定功率的第一储能装置放电子指令、控制发电机组输出功率高于发电机组额定功率的第一储能装置充电子指令、以及控制发电机组输出功率等于发电机组额定功率的功率提高稳定子指令；

当所述电网AGC指令为功率降低指令时，所述电网AGC指令包括控制发电机组输出功率达到发电机组额定功率的第二储能装置充电子指令、控制发电机组输出功率高于发电机组额定功率的第二储能装置放电子指令、以及控制发电机组输出功率等于发电机组额定功率的功率降低稳定子指令；

所述储能装置在所述电网AGC指令的第一储能装置放电子指令阶段释放到所述输出电网中的能量小于等于所述储能装置在所述电网AGC指令的第一储能装置充电子指令阶段从所述输出电网中存储的能量；以保证储能装置中的初始能量保持不变，储能装置返回到初始的待机状态；

所述储能装置在所述电网AGC指令的第二储能装置充电子指令阶段从所述输出电网中存储的能量，大于等于所述储能装置在所述电网AGC指令的第二储能装置放电子指令阶段释放到所述输出电网中的能量，以保证储能装置中的初始能量保持不变，储能装置返回到初始的待机状态。

2.根据权利要求1所述的储能AGC联合电网调频系统，其特征在于，所述发电机组具有最大机组功率调节速度；

如所述电网AGC指令为功率提升指令，且所述电网AGC指令设定的功率提升速度大于所述发电机组的最大机组功率调节速度；则所述电网AGC指令包括：

第一储能装置放电子指令，所述发电机组处于发电功率提升状态，所述储能装置释放能量到所述输出电网中；

第一储能装置充电子指令，所述发电机组处于发电高功率波动状态，所述储能装置从所述输出电网中存储能量；

功率提高稳定子指令，所述发电机组处于发电高功率稳定状态，所述储能装置处于待机状态；

如所述电网AGC指令为功率降低指令，且所述电网AGC指令设定的功率降低速度大于所述发电机组的最大机组功率调节速度，则所述电网AGC指令包括：

第二储能装置充电子指令，所述发电机组处于发电功率降低状态，所述储能装置从所述输出电网中存储能量；

第二储能装置放电子指令，所述发电机组处于发电低功率波动状态，所述储能装置释放能量到所述输出电网中；

功率降低稳定子指令，所述发电机组处于发电低功率稳定状态，所述储能装置处于待机状态。

3.根据权利要求2所述的储能AGC联合电网调频系统，其特征在于，

在所述第一储能装置放电子指令阶段，根据所述电网AGC指令设定的功率提升速度与所述发电机组的最大机组功率调节速度的差值，确定所述储能装置的能量释放速度；

在所述第一储能装置充电子指令阶段，根据所述储能装置的能量释放量，确定所述发电机组处于发电高功率波动状态的时间；

在所述第二储能装置充电子指令阶段，根据所述电网AGC指令设定的功率降低速度与所述发电机组的最大机组功率调节速度的差值，确定所述储能装置的能量存储速度；

在所述第二储能装置放电子指令阶段，根据所述储能装置的能量存储量，确定所述发电机组处于发电低功率波动状态的时间。

4.根据权利要求3所述的储能AGC联合电网调频系统，其特征在于，

所述发电高功率波动状态的发电机组的最高输出功率为对应发电高功率稳定状态的发电机组的稳定输出功率的104%-106%；

所述发电低功率波动状态的发电机组的最低输出功率为对应的发电低功率稳定状态的发电机组的稳定输出功率的97%-98%。

5.根据权利要求1所述的储能AGC联合电网调频系统，其特征在于，所述储能装置的初始储存能量为最大储存能量的45%-65%。

6.根据权利要求1所述的储能AGC联合电网调频系统，其特征在于，所述储能AGC联合电网调频系统还包括：

输出检测装置，分别与所述电网调度设备、所述发电机组以及所述储能装置连接，用于检测所述发电机组的机组输出能量以及所述储能装置的电池输出能量，并将所述机组输出能量和所述电池输出能量反馈给所述电网调度设备；

所述电网调度设备还用于根据所述机组输出能量以及所述电池输出能量，生成用于调节所述机组输出能量以及所述电池输出能量的电网AGC修正指令。

7.根据权利要求1所述的储能AGC联合电网调频系统，其特征在于，所述储能AGC联合电网调频系统还包括：

电能输出模块，与所述储能装置连接，用于输出所述储能装置的能量。

8.一种使用权利要求1-7中任一的储能AGC联合电网调频系统进行电网调频的方法，其特征在于，包括：

所述电网调度设备生成电网AGC指令；

如所述电网AGC指令为功率提升指令，且所述电网AGC指令设定的功率提升速度大于所述发电机组的最大机组功率调节速度；则所述电网调度设备通过所述机组分布式控制设备控制所述发电机组处于发电功率提升状态，所述电网调度设备通过所述储能分布式控制设备控制所述储能装置释放能量到所述输出电网中；所述输出电网基于所述电网AGC指令提升输出功率；

所述电网调度设备通过所述机组分布式控制设备控制所述发电机组处于发电高功率波动状态，所述电网调度设备通过所述储能分布式控制设备控制所述储能装置从所述输出电网中存储能量；所述输出电网基于所述电网AGC指令输出稳定高功率；

所述电网调度设备通过所述机组分布式控制设备控制所述发电机组处于发电高功率稳定状态，所述电网调度设备通过所述储能分布式控制设备控制所述储能装置处于待机状态；所述输出电网基于所述电网AGC指令输出稳定高功率；

如所述电网AGC指令为功率降低指令，且所述电网AGC指令设定的功率降低速度大于所述发电机组的最大机组功率调节速度；则所述电网调度设备通过所述机组分布式控制设备控制所述发电机组处于发电功率降低状态，所述电网调度设备通过所述储能分布式控制设备控制所述储能装置从所述输出电网中存储能量；所述输出电网基于所述电网AGC指令降低输出功率；

所述电网调度设备通过所述机组分布式控制设备控制所述发电机组处于发电低功率波动状态，所述电网调度设备通过所述储能分布式控制设备控制所述储能装置释放能量到所述输出电网中；所述输出电网基于所述电网AGC指令输出稳定低功率；

所述电网调度设备通过所述机组分布式控制设备控制所述发电机组处于发电低功率稳定状态，所述电网调度设备通过所述储能分布式控制设备控制所述储能装置处于待机状态；所述输出电网基于所述电网AGC指令输出稳定低功率。

Images