CN112787339A - 一种基于储能设备的火电厂辅助调频装置及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于储能设备的火电厂辅助调频装置及控制方法，涉及火电厂调频技术领域，包括主发电机组、第一电能转换器、第一开关、第二开关、储能变压器、储能装置；主发电机组通过储能变压器及第二开关与第一电能转换器电连接，第一电能转换器通过第一开关电连接储能装置。本发明还公开了基于所述装置的控制方法，当主发电机组发出调频指令，第一电能转换器通过控制输送电能的功率大小和/或输送电能的流动方向，对储能装置充电或放电。本发明的调频系统及调频方法灵敏、快速、高效，可以提高火力发电厂一次调频、AGC的调节性能和能量利用效率。

Description

一种基于储能设备的火电厂辅助调频装置及控制方法
技术领域
本发明涉及火电厂调频技术领域，尤其涉及一种基于储能设备的火电厂辅助调频装置及控制方法。
背景技术
并网火力发电厂在日常工作中，需要提供并网运行的功能、性能和辅助服务，其中就包括一次调频和自动发电控制(AGC)等调频服务。
一次调频是当电网的频率偏离额定值时，电网中机组的控制系统就自动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。当电网频率升高时，一次调频功能要求机组利用其蓄热等手段快速减负荷，反之，机组快速增负荷。一次调频的考核指标一般包括正确动作率和性能指标等。
自动发电控制(AGC)是指发电机组在规定的出力调整范围内，跟踪电力调度指令，按照一定调节速率实时调整发电出力，以满足电力系统频率和联络线功率控制要求的服务。AGC的考核指标一般包括响应时间、调节速率、调节精度等。
火力发电厂的一次调频、AGC通过热工控制动作于热力系统，存在较大的响应死区或调节死区，响应时间较长(一般可达数十秒)，响应速度或调节速率较慢，而且能量转换和利用效率相对不高。
因此，本领域的技术人员致力于开发一种基于储能设备的火电厂辅助调频装置及控制方法，以提高火力发电厂一次调频、AGC的调节性能和能量利用效率，使之灵敏、快速、高效。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是如何实现提高火力发电厂一次调频、AGC的调节性能和能量利用效率，使火力发电厂的一次调频、AGC的调节性能更加灵敏、快速、高效。
为实现上述目的，本发明提供了一种基于储能设备的火电厂辅助调频装置，包括主发电机组、主变压器、储能变压器、第一电能转换器、第一开关、第二开关、储能装置、工频电网和第一电网主开关；主发电机组通过储能变压器和第二开关与第一电能转换器电连接，第一电能转换器电通过第一开关连接储能装置。
进一步地，主发电机组至少包括燃气发电机、燃煤发电机组的一种或几种。
进一步地，第一电能转换器至少包括整流器和逆变器的一种或几种。
进一步地，第一开关、第二开关至少包括断路器、接触器的一种或几种。
进一步地，储能装置至少包括压缩空气储能装置、飞轮储能装置、电化学储能装置、电磁储能装置和热储能装置的一种或几种。
进一步地，电化学储能装置至少包括铅酸电池、氧化还原液流电池、钠硫电池、锂离子电池的一种或几种。
进一步地，电磁储能装置至少包括超导电磁储能、电容器储能的一种或几种。
进一步地，热储能装置至少包括熔盐热储能、导热油热储能的一种或几种。
进一步地，本发明还公开了一种基于储能设备的火电厂辅助调频装置的控制方法，方法具体包括：主发电机组发出调频指令，第一电能转换器通过控制输送电能的功率大小和/或输送电能的流动方向，对储能装置充电或放电。
进一步地，主发电机组发出需要增加输出功率的调频指令时，储能装置增加放电功率或减小充电功率。
进一步地，主发电机组发出需要减小输出功率的调频指令时，储能装置增加充电功率或减小放电功率。
相对于现有技术，本发明提供的辅助调频的系统构架简单、控制方法响应灵敏、快速、高效，能够提高火力发电厂一次调频、AGC的调节性能和能量利用效率。此外，本发明提供的辅助调频的系统和控制方法，可扩展性强，适用于多机组、多节点的连接方式。
以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
附图说明
图1是本发明的一个较佳实施例的基于储能设备的火电厂辅助调频装置的示意图；
图2本发明的另一个较佳实施例的基于储能设备的火电厂辅助调频装置应用于多机组的示意图。
附图标记说明：
1-储能装置，3-第一电能转换器，301-第一开关，302-第二开关，4-储能变压器，5-主发电机组，6-主变压器，7-工频电网，701-第一电网主开关；
102-第三开关，41-第一储能变压器，42-第二储能变压器，51-第一主发电机组，61-第一主变压器，71-第一电网，52-第二主发电机组，62-第二主变压器，72-第二工频电网，702-第二电网主开关，8-第二电能转换器，801-第四开关，802-第五开关，B1-母线。
具体实施方式
以下参考说明书附图介绍本发明的多个优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。
实施例1
图1所示是本发明一个基于储能设备的火电厂辅助调频装置的示意图，包括主发电机组5、第一电能转换器3、第一开关301、第二开关302、储能装置SE1；主发电机组5通过储能变压器4及第二开关与第一电能转换器3电连接，第一开关301电连接第一电能转换器3与储能装置SE1。
主发电机组5通过主变压器6连接工频电网7。主变压器6与工频电网7之间配置有第一电网主开关701。
第一电能转换器3与主发电机组5机端之间配置储能变压器4，即储能变压器4的一侧与主发电机组5的机端相连，另一侧通过第二开关302与第一电能转换器3相连。储能变压器4的容量不小于第一电能转换器3的容量。
主发电机组5至少包括燃气发电机、燃煤发电机组的一种或几种。
第一开关301和第二开关302为至少包括断路器、接触器的一种或几种。
储能装置SE1至少包括压缩空气储能装置、飞轮储能装置、电化学储能装置、电磁储能装置和热储能装置的一种或几种。
电化学储能装置至少包括铅酸电池、氧化还原液流电池、钠硫电池、锂离子电池的一种或几种。电磁储能装置至少包括超导电磁储能、电容器储能的一种或几种。
热储能装置至少包括熔盐热储能、导热油热储能的一种或几种。
本实施例中，电能转换器为第一电能转换器3。
本实施例中，设置第一开关301，连接第一电能转换器3与储能装置SE1，设置第二开关302，连接第一电能转换器3与储能变压器4。
当图1所示的系统进行辅助调频时，例如，主发电机组5发出调频指令，第一电能转换器3通过控制输送电能的功率大小和/或输送电能的流动方向，对储能装置SE1充电或放电，以辅助主发电机组5进行调频。
进一步地，当发出主发电机组5需要增加输出功率的调频指令时，储能装置SE1增加放电功率或减小充电功率。
进一步地，当发出主发电机组5需要减小输出功率的调频指令时，储能装置SE1增加充电功率或减小放电功率。
具体地说，
1)当第一电能转换器3工作于待机状态，若此时收到主发电机组5需要增加主发电机组5输出功率而发出的辅助调频指令时，第一电能转换器3转入工作于由第一开关301向储能变压器4输送电能的状态，电能转换器3增加向储能变压器4输送的电能；此时，储能装置SE1释放能量；
当第一电能转换器3工作于由第一开关301向储能变压器4输送电能的状态，若此时收到主发电机组5需要增加主发电机组5输出功率而发出的辅助调频指令时，第一电能转换器3增加向储能变压器4输送的电能，此时，储能装置SE1释放能量；
当第一电能转换器3工作于由储能变压器4向第一开关301输送电能的状态，若此时收到主发电机组5需要增加主发电机组5输出功率而发出的辅助调频指令时，第一电能转换器3减少向第一开关301输送的电能，此时，储能装置1减小吸收能量；或控制第一电能转换器3工作于由第一开关301向储能变压器4输送电能的状态，第一电能转换器3增加向储能变压器4输送的电能，此时，储能装置SE1释放能量。
2)当第一电能转换器3工作于待机状态，若此时收到主发电机组5需要减少主发电机组5输出功率而发出的辅助调频指令时，第一电能转换器3转入工作于由储能变压器4向第一开关301输送电能的状态，第一电能转换器3增加向第一开关301输送的电能；此时，储能装置SE1吸收能量；
当第一电能转换器3工作于由第一开关301向储能变压器4输送电能的状态，若此时收到主发电机组5需要减少主发电机组5输出功率而发出的辅助调频指令时，第一电能转换器3减少向储能变压器4输送的电能，此时，储能装置SE1减小释放能量；或控制第一电能转换器3工作于由储能变压器4向第一开关301输送电能的状态，第一电能转换器3增加向第一开关301输送的电能，此时，储能装置SE1吸收能量；
当第一电能转换器3工作于由储能变压器4向第一开关301输送电能的状态，若此时收到主发电机组5需要减少主发电机组5输出功率而发出的辅助调频指令时，第一电能转换器3增加向第一开关301输送的电能，此时，储能装置SE1吸收能量。
本发明公开的调频系统和控制方法，降低了主发电机组调频的动作次数和调频深度，既能够提高火力发电厂一次调频、AGC的调节性能，又能够提高能量利用效率。
实施例2
本发明公开的调频系统和控制方法，可扩展性强，运行方式灵活，适用于多机组、多节点的场景。
图2所示是本发明一个基于储能设备的火电厂辅助调频装置应用于多机组的示意图，包括第一主发电机组51、第二主发电机组52，第一主变压器61、第二主变压器62，第一电网主开关701、第一电网主开关702，第一工频电网71、第二工频电网72，第一储能变压器41、第二储能变压器42，以及第一电能转换器3、第二电能转换器8，第一开关301、第二开关302、第三开关102、第四开关801、第五开关802、储能装置SE1和母线B1。
图2所示为在多机组的运行方式下共用储能装置SE1，可减少设备投资、节省建造面积、提高设备利用率。储能装置SE1为单个或多个并联，共同挂设于母线B1。为满足若干储能装置投入不同数量，可选地，设置一个或多个第三开关102；第三开关102一端连接母线B1，一端连接储能装置SE1。
主发电机组51、52至少包括燃气发电机、燃煤发电机组的一种或几种。
第一开关301、第二开关302、第三开关102、第四开关801、第五开关802为至少包括断路器、接触器的一种或几种。
储能装置SE1至少包括压缩空气储能装置、飞轮储能装置、电化学储能装置、电磁储能装置和热储能装置的一种或几种。
电化学储能装置至少包括铅酸电池、氧化还原液流电池、钠硫电池、锂离子电池的一种或几种。电磁储能装置至少包括超导电磁储能、电容器储能的一种或几种。
热储能装置至少包括熔盐热储能、导热油热储能的一种或几种。
对于多机组、多节点的系统，控制方法与单机组系统的控制方法原理类似，但多个电能转换器的控制方式可以更灵活，响应可以更迅速。具体地说，当收到要求第一主发电机组51和/或第二主发电机组52进行调频的指令时，第一电能转换器3和/或第二电能转换器8通过控制输送电能的功率大小和/或输送电能的流动方向，对储能装置1进行充电或放电，以辅助所述主发电机组进行所述调频。
具体地说：
1)当收到第一主发电机组51或第二主发电机组52需要增加对应主发电机组输出功率而发出的辅助调频指令时，第一电能转换器3增加向第一储能变压器41输送的电能、或第二电能转换器8增加向第二储能变压器42输送的电能，此时，储能装置SE1释放能量；或者，第一电能转换器3减小向第一开关301输送的电能、或第二电能转换器8减小向第四开关801输送的电能，此时，储能装置SE1减小吸收能量；
当收到第一主发电机组51或第二主发电机组52需要减少对应主发电机组的输出功率而发出的辅助调频指令时，第一电能转换器3增加向第一开关301输送的电能，或第二电能转换器8增加向第四开关801输送的电能，此时，储能装置SE1吸收能量；或者，第一电能转换器3减小向第一储能变压器41输送的电能、或第二电能转换器8减小向第二储能变压器42输送的电能，此时，储能装置SE1减小释放能量。
2)同时收到第一主发电机组51和第二主发电机组52需要增加主发电机组输出功率而发出的辅助调频指令时，第一电能转换器3和第二电能转换器8分别增加向第一储能变压器41、第二储能变压器42输送的电能，此时，储能装置SE1释放能量；或第一电能转换器3和第二电能转换器8减小向对应的第一开关301和第四开关801输送的电能，此时，储能装置SE1减小吸收能量；
同时收到第一主发电机组51和第二主发电机组52需要减少主发电机组输出功率而发出的辅助调频指令时，第一电能转换器3和第二电能转换器8分别减少向第一储能变压器41、第二储能变压器42输送的电能，此时，储能装置SE1减小释放能量；或第一电能转换器3和第二电能转换器8增加向对应的第一开关301和第四开关801输送的电能，此时，储能装置SE1吸收能量。
3)当收到第一主发电机组51需要增加第一主发电机组51输出功率而发出的辅助调频指令、第二主发电机组52需要减少第二主发电机组52输出功率而发出的辅助调频指令时，第一电能转换器3增加向第一储能变压器41输送的电能，第二电能转换器8减少向第二储能变压器42输送的电能，若第一电能转换器3功率变化量大于第二电能转换器8功率变化量，则储能装置SE1相对地释放能量，反之，储能装置SE1相对地吸收能量；
收到第二主发电机组52需要增加第二主发电机组52输出功率而发出的辅助调频指令、第一主发电机组51需要减少第一主发电机组51输出功率而发出的辅助调频指令时，第二电能转换器8增加向第二储能变压器42输送的电能，第一电能转换器3减少向第一储能变压器41输送的电能，若第一电能转换器3功率变化量大于第二电能转换器8功率变化量，则储能装置SE1相对地吸收能量；反之，储能装置SE1相对地释放能量。
应当注意，图2所示实施例为两个主机组、两个电能转换器的辅助调频的系统示意图。但相应的系统结构和控制方法可以扩展为具有多个主机组、多个电能转换器、多个储能设备的情况。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于储能设备的火电厂辅助调频装置，包括主发电机组、主变压器、工频电网和第一电网主开关，其特征在于，还包括储能变压器、第一电能转换器、第一开关、第二开关、储能装置；所述主发电机组通过所述储能变压器、第二开关与所述第一电能转换器电连接，所述第一电能转换器电连接所述第一开关，所述第一开关电连接所述储能装置。
2.如权利要求1所述的基于储能设备的火电厂辅助调频的系统，其特征在于，所述主发电机组至少包括燃气发电机、燃煤发电机组的一种或几种。
3.如权利要求1所述的基于储能设备的火电厂辅助调频的系统，其特征在于，所述第一开关和所述第二开关至少包括断路器、接触器的一种或几种。
4.如权利要求1所述的基于储能设备的火电厂辅助调频的系统，其特征在于，所述储能装置至少包括压缩空气储能装置、飞轮储能装置、电化学储能装置、电磁储能装置和热储能装置的一种或几种。
5.如权利要求4所述的基于储能设备的火电厂辅助调频的系统，其特征在于，所述电化学储能装置至少包括铅酸电池、氧化还原液流电池、钠硫电池、锂离子电池的一种或几种。
6.如权利要求4所述的基于储能设备的火电厂辅助调频的系统，其特征在于，所述电磁储能装置至少包括超导电磁储能、电容器储能的一种或几种。
7.如权利要求4所述的基于储能设备的火电厂辅助调频的系统，其特征在于，所述热储能装置至少包括熔盐热储能、导热油热储能的一种或几种。
8.如权利要求1所述的基于储能设备的火电厂辅助调频装置，其特征在于，所述第一电能转换器至少包括整流器和逆变器的一种或几种。
9.如权利要求1-8任一所述的基于储能设备的火电厂辅助调频的系统的控制方法，其特征在于，所述主发电机组发出调频指令，所述第一电能转换器通过控制输送电能的功率大小和/或输送电能的流动方向，对所述储能装置充电或放电。
10.如权利要求9所述的基于储能设备的火电厂辅助调频的系统的控制方法，其特征在于，所述主发电机组发出需要增加输出功率的调频指令时，所述储能装置增加放电功率或减小充电功率；所述主发电机组发出需要减小输出功率的调频指令时，所述储能装置增加充电功率或减小放电功率。
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