CN114142492A - 发电机组系统、发电机组调频方法、装置和存储介质 - Google Patents

发电机组系统、发电机组调频方法、装置和存储介质 Download PDF

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CN114142492A CN202111446312.1A CN202111446312A CN114142492A CN 114142492 A CN114142492 A CN 114142492A CN 202111446312 A CN202111446312 A CN 202111446312A CN 114142492 A CN114142492 A CN 114142492A
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蒙文川
陈满
李勇琦
孙思扬
饶志
杨再敏
黎立丰
席云华
姜颖达
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Abstract

本申请涉及一种发电机组系统、发电机组调频方法、装置和存储介质。所述发电机组系统，包括：发电机组；多组超级电容器；电化学储能设备；调压设备，用于将超级电容器或电化学储能设备的输出信号进行升压处理，以输出储能供电信号与发电机组的发电供电信号共同为电网供能；控制设备，用于接收电网调度中心发送的发电控制指令，根据发电控制指令确定目标输出功率和目标响应时间；根据目标输出功率及目标响应时间控制至少一组超级电容器或电化学储能设备提供输出信号。该发电机组系统能够提高调频的灵活性，保证系统有功出力与负荷之间的动态平衡，保证系统频率的稳定。

Description

发电机组系统、发电机组调频方法、装置和存储介质
技术领域
本申请涉及电力技术领域，特别是涉及一种发电机组系统、发电机组调频方法、装置和存储介质。
背景技术
随着新能源发电技术的发展，目前大量的新能源发电机组并网，浙江导致电力系统电源装机结构发生巨大变化。
由于新能源发电具有波动性、间歇性和随机性等特征，当电力系统中新能源发电机组装机容量达到一定规模时，功率波动或电场因故整体退出运行，可能会导致系统有功出力与负荷之间的动态不平衡，造成系统频率偏差，严重时会导致系统频率越限，进而危及电网安全运行，而目标的新能源发电机组基本不具备调频功能，需要通过调频系统进行调频，但目标的机组调频性能灵活性较差，难以满足电网的调节期望。
发明内容
基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够提高调频灵活性的发电机组系统、发电机组调频方法、装置和存储介质。
一种发电机组系统，包括：
发电机组；
多组超级电容器；
电化学储能设备；
调压设备，用于将所述超级电容器或所述电化学储能设备的输出信号进行升压处理，以输出储能供电信号与所述发电机组的发电供电信号共同为电网供能；
控制设备，用于接收电网调度中心发送的发电控制指令，根据所述发电控制指令确定目标输出功率和目标响应时间；根据所述目标输出功率及所述目标响应时间控制至少一组所述超级电容器或所述电化学储能设备提供输出信号。
在其中一个实施例中，所述多组超级电容器并联；所述发电机组系统还包括多个控制开关；
各所述控制开关分别设置于各所述超级电容器及所述电化学储能设备所在支路，用于根据所述控制设备的控制选择接入或断开各所述超级电容器及所述电化学储能设备。
在其中一个实施例中，各所述超级电容器的容量均不相同。
在其中一个实施例中，所述控制设备用于在确定选择所述超级电容器提供输出信号时，根据所述目标输出功率与各所述超级电容器的容量选择所要接入的超级电容器。
在其中一个实施例中，所述电化学储能单元包括：
蓄电池；
逆变电路，用于将所述蓄电池输出的直流信号逆变为交流信号后输出至所述电网。
在其中一个实施例中，所述蓄电池包括以下至少一项：锂离子电池、铅酸蓄电池、铅碳蓄电池、镍氢蓄电池、镍镉蓄电池、钠硫蓄电池、钒液硫蓄电池、镁蓄电池、镍锌蓄电池、锌空气蓄电池。
一种发电机组调频方法，应用于如上述的发电机组系统，所述方法包括：
接收电网调度中心发送的发电控制指令；
根据所述发电控制指令确定目标输出功率和目标响应时间；
计算所述目标输出功率与发电机组的机组输出功率之间的功率差值；
在所述功率差值小于预设的功率差阈值，且所述目标响应时间不小于预设响应时间时，控制电化学储能设备提供输出信号。
在其中一个实施例中，所述方法还包括：
在所述功率差值大于或等于预设的功率差阈值，或所述目标响应时间小于预设响应时间时，根据所述目标输出功率与各组超级电容器的容量确定待接入的目标超级电容器组；
控制所述目标超级电容器组提供输出信号。
一种发电机组调频装置，应用于如上述的发电机组系统，所述装置包括：
指令接收模块，用于接收电网调度中心发送的发电控制指令；
目标参数确定模块，用于根据所述发电控制指令确定目标输出功率和目标响应时间；
差值计算模块，用于计算所述目标输出功率与发电机组的机组输出功率之间的功率差值；
第一控制模块，用于在所述功率差值小于预设的功率差阈值，且所述目标响应时间不小于预设响应时间时，控制电化学储能设备提供输出信号。
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：
接收电网调度中心发送的发电控制指令；
根据所述发电控制指令确定目标输出功率和目标响应时间；
计算所述目标输出功率与发电机组的机组输出功率之间的功率差值；
在所述功率差值小于预设的功率差阈值，且所述目标响应时间不小于预设响应时间时，控制电化学储能设备提供输出信号。
上述发电机组系统、发电机组调频方法、装置和存储介质，通过设置多组超级电容器以及电化学储能设备，分别提供物理储能和化学储能，根据电网调度中心的发电控制指令确定目标输出功率和目标响应时间，进而选择控制至少一组超级电容器或电化学储能设备提供输出信号，基于电化学储能设备具有快速和精确的响应能力的特点以及超级电容器在高倍率下损耗低的特点，提高调频的灵活性，保证系统有功出力与负荷之间的动态平衡，保证系统频率的稳定。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或传统技术中的技术方案，下面将对实施例或传统技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为一个实施例中发电机组系统的结构框图；
图2为另一个实施例中发电机组系统的结构框图；
图3为一个实施例中发电机组调频方法的流程示意图；
图4为另一个实施例中发电机组调频方法的流程示意图；
图5为一个实施例中发电机组调频装置的结构框图；
图6为另一个实施例中发电机组调频装置的结构框图。
具体实施方式
为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的实施例。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使本申请的公开内容更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。
可以理解，本申请所使用的术语“第一”、“第二”等可在本文中用于描述各种元件，但这些元件不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一个元件与另一个元件区分。
需要说明的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件时，它可以是直接连接到另一个元件，或者通过居中元件连接另一个元件。此外，以下实施例中的“连接”，如果被连接的对象之间具有电信号或数据的传递，则应理解为“电连接”、“通信连接”等。
在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也可以包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应当理解的是，术语“包括/包含”或“具有”等指定所陈述的特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的存在，但是不排除存在或添加一个或更多个其他特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的可能性。在本申请描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个灯，除非另有明确具体的限定。同时，在本说明书中使用的术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。
如图1所示，本申请实施例提供了一种发电机组系统，包括：发电机组、多组超级电容器、电化学储能设备、调压设备及控制设备。其中，发电机组可以是火力发电机组、风力发电机组、太阳能发电机组或混合发电机组，并且发电机组为主要出力设备，剩余出力部分则由超级电容器或电化学储能设备实现。超级电容器作为物理储能设备为电网供能，电化学储能设备作为化学储能设备为电网供能。由于超级电容器及电化学储能设备的输出信号可能不能满足电网的电压要求，因此需要设置调压设备对超级电容器或电化学储能设备的输出信号进行升压处理，输出符合电网工作电压要求的储能供电信号与发电机组的发电供电信号合力为电网供能，进而调节发电机组系统的有功出力。
控制设备用于根据电网调度中心发送的发电控制指令确定调频策略，基于发电控制指令确定目标输出功率和目标响应时间，目标输出功率即为需要发电机组系统的输出的总功率，目标响应时间是电网调度中心下发指令后，发电机组系统在原出力点的基础上，可靠地跨出与调节方向一致的调节死区所用的时间。控制设备根据目标输出功率和目标响应时间判断需要是否选择超级电容器或是电化学储能设备接入，使得发电机组系统能够在目标响应时间内输出目标输出功率。在其中一个实施例中，控制设备包括电厂远程终端控制单元(RTU)、电厂分散控制单元(DCS)及储能控制单元，电厂远程终端控制单元接收电网调度中心发送的发电控制指令，并转发至电厂分散控制单元及储能控制单元，电厂分散控制单元控制发电机组发电出力，储能控制单元根据发电控制指令确定目标输出功率及目标响应时间，并根据发电机组出力值确定需要选择几组超级电容器或者选择电化学储能设备出力。
上述发电机组系统，通过设置多组超级电容器以及电化学储能设备，分别提供物理储能和化学储能，根据电网调度中心的发电控制指令确定目标输出功率和目标响应时间，进而选择控制至少一组超级电容器或电化学储能设备提供输出信号，基于电化学储能设备具有快速和精确的响应能力的特点以及超级电容器在高倍率下损耗低的特点，提高调频的灵活性，保证系统有功出力与负荷之间的动态平衡，保证系统频率的稳定。
在其中一个实施例中，多组超级电容器并联；发电机组系统还包括多个控制开关；各控制开关分别设置于各超级电容器及电化学储能设备所在支路，用于根据控制设备的控制选择接入或断开各超级电容器及电化学储能设备。
可以理解的是，多组超级电容器并联可以提高总容量，但并非每一次使用超级电容器提供输出信号都需要最大容量，因此可以在每一个并联支路设置一个控制开关，并且在电化学储能设备所在支路也设置控制开关，控制设备通过对控制开关的通断进行控制，即可选择需要接入哪一组或几组超级电容器或者计入电化学储能设备。
在其中一个实施例中，各超级电容器的容量均不相同。
通过设置多组容量不同的超级电容器，能更加灵活地实现调频。
在其中一个实施例中，控制设备用于在确定选择超级电容器提供输出信号时，根据目标输出功率与各超级电容器的容量选择所要接入的超级电容器。
在需要选择由超级电容器提高输出信号来调节发电机组系统有功出力时，根据目标输出功率、发电机组的机组输出功率以及各超级电容器的容量选择合适的超级电容器进行接入。
如图2所示，在其中一个实施例中，电化学储能单元包括：蓄电池和逆变电路。其中，逆变电路用于将蓄电池输出的直流信号逆变为交流信号后输出至电网。
由于蓄电池输出的信号为直流信号，不能直接为电网供能，因此需要设置逆变电路对蓄电池输出的直流信号进行逆变处理，转换为交流信号后再输出至电网。
在其中一个实施例中，蓄电池包括以下至少一项：锂离子电池、铅酸蓄电池、铅碳蓄电池、镍氢蓄电池、镍镉蓄电池、钠硫蓄电池、钒液硫蓄电池、镁蓄电池、镍锌蓄电池、锌空气蓄电池。
在其中一个实施例中，如图3所示，提供了一种发电机组调频方法，应用于如上述的发电机组系统，该方法包括：
步骤301，接收电网调度中心发送的发电控制指令。
步骤302，根据发电控制指令确定目标输出功率和目标响应时间。
其中，目标输出功率即为需要发电机组系统的输出的总功率，目标响应时间是电网调度中心下发指令后，发电机组系统在原出力点的基础上，可靠地跨出与调节方向一致的调节死区所用的时间。
步骤303，计算目标输出功率与发电机组的机组输出功率之间的功率差值。
其中，发电机组的机组输出功率为发电机组能够提供的输出功率。
步骤304，判断所述功率差值是否小于预设的功率差阈值，且目标响应时间是否不小于预设响应时间。
步骤305，在功率差值小于预设的功率差阈值，且目标响应时间不小于预设响应时间时，控制电化学储能设备提供输出信号。
上述发电机组调频方法，通过多组超级电容器以及电化学储能设备分别提供物理储能和化学储能，根据电网调度中心的发电控制指令确定目标输出功率和目标响应时间，进而选择控制至少一组超级电容器或电化学储能设备提供输出信号，基于电化学储能设备具有快速和精确的响应能力的特点以及超级电容器在高倍率下损耗低的特点，提高调频的灵活性，保证系统有功出力与负荷之间的动态平衡，保证系统频率的稳定。
如图4所示，在其中一个实施例中，发电机组调频方法包括：
步骤401，接收电网调度中心发送的发电控制指令。
步骤402，根据发电控制指令确定目标输出功率和目标响应时间。
步骤403，计算目标输出功率与发电机组的机组输出功率之间的功率差值。
步骤404，判断功率差值是否小于预设的功率差阈值，且目标响应时间是否不小于预设响应时间。
步骤405，在功率差值小于预设的功率差阈值，且目标响应时间不小于预设响应时间时，控制电化学储能设备提供输出信号。
步骤406，在功率差值大于或等于预设的功率差阈值，或目标响应时间小于预设响应时间时，根据目标输出功率与各组超级电容器的容量确定待接入的目标超级电容器组。
步骤407，控制目标超级电容器组提供输出信号。
在需要选择由超级电容器提高输出信号来调节发电机组系统有功出力时，根据目标输出功率、发电机组的机组输出功率以及各超级电容器的容量选择合适的目标超级电容器进行接入。
应该理解的是，虽然图3-图4的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图3-图4中的至少一部分步骤可以包括多个步骤或者多个阶段，这些步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤中的步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
在其中一个实施例中，如图5所示，提供了一种发电机组调频装置500，应用于如上述的发电机组系统，所述装置包括：
指令接收模块501，用于接收电网调度中心发送的发电控制指令；
目标参数确定模块502，用于根据所述发电控制指令确定目标输出功率和目标响应时间；
差值计算模块503，用于计算所述目标输出功率与发电机组的机组输出功率之间的功率差值；
第一控制模块504，用于在所述功率差值小于预设的功率差阈值，且所述目标响应时间不小于预设响应时间时，控制电化学储能设备提供输出信号。
在其中一个实施例中，发电机组调频装置500还包括：
目标电容器选择模块505，用于在功率差值大于或等于预设的功率差阈值，或目标响应时间小于预设响应时间时，根据目标输出功率与各组超级电容器的容量确定待接入的目标超级电容器组。
第二控制模块506，用于控制目标超级电容器组提供输出信号。
关于发电机组调频装置的具体限定可以参见上文中对于发电机组调频方法及发电机组系统的限定，在此不再赘述。上述发电机组调频装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。需要说明的是，本申请实施例中对模块的划分是示意性的，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式。
在其中一个实施例中，提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，存储器中存储有计算机程序，该处理器执行计算机程序时实现以下步骤：
接收电网调度中心发送的发电控制指令；
根据所述发电控制指令确定目标输出功率和目标响应时间；
计算所述目标输出功率与发电机组的机组输出功率之间的功率差值；
在所述功率差值小于预设的功率差阈值，且所述目标响应时间不小于预设响应时间时，控制电化学储能设备提供输出信号。
在其中一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：
在所述功率差值大于或等于预设的功率差阈值，或所述目标响应时间小于预设响应时间时，根据所述目标输出功率与各组超级电容器的容量确定待接入的目标超级电容器组；
控制所述目标超级电容器组提供输出信号。
在其中一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：
接收电网调度中心发送的发电控制指令；
根据所述发电控制指令确定目标输出功率和目标响应时间；
计算所述目标输出功率与发电机组的机组输出功率之间的功率差值；
在所述功率差值小于预设的功率差阈值，且所述目标响应时间不小于预设响应时间时，控制电化学储能设备提供输出信号。
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：
在所述功率差值大于或等于预设的功率差阈值，或所述目标响应时间小于预设响应时间时，根据所述目标输出功率与各组超级电容器的容量确定待接入的目标超级电容器组；
控制所述目标超级电容器组提供输出信号。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和易失性存储器中的至少一种。非易失性存储器可包括只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、磁带、软盘、闪存或光存储器等。易失性存储器可包括随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)或外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM可以是多种形式，比如静态随机存取存储器(Static Random Access Memory，SRAM)或动态随机存取存储器(Dynamic Random Access Memory，DRAM)等。
在本说明书的描述中，参考术语“有些实施例”、“其他实施例”、“理想实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特征包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性描述不一定指的是相同的实施例或示例。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种发电机组系统，其特征在于，包括：
发电机组；
多组超级电容器；
电化学储能设备；
调压设备，用于将所述超级电容器或所述电化学储能设备的输出信号进行升压处理，以输出储能供电信号与所述发电机组的发电供电信号共同为电网供能；
控制设备，用于接收电网调度中心发送的发电控制指令，根据所述发电控制指令确定目标输出功率和目标响应时间；根据所述目标输出功率及所述目标响应时间控制至少一组所述超级电容器或所述电化学储能设备提供输出信号。
2.根据权利要求1所述的发电机组系统，其特征在于，所述多组超级电容器并联；所述发电机组系统还包括多个控制开关；
各所述控制开关分别设置于各所述超级电容器及所述电化学储能设备所在支路，用于根据所述控制设备的控制选择接入或断开各所述超级电容器及所述电化学储能设备。
3.根据权利要求2所述的发电机组系统，其特征在于，各所述超级电容器的容量均不相同。
4.根据权利要求3所述的发电机组系统，其特征在于，所述控制设备用于在确定选择所述超级电容器提供输出信号时，根据所述目标输出功率与各所述超级电容器的容量选择所要接入的超级电容器。
5.根据权利要求1所述的发电机组系统，其特征在于，所述电化学储能单元包括：
蓄电池；
逆变电路，用于将所述蓄电池输出的直流信号逆变为交流信号后输出至所述电网。
6.根据权利要求4所述的发电机组系统，其特征在于，所述蓄电池包括以下至少一项：锂离子电池、铅酸蓄电池、铅碳蓄电池、镍氢蓄电池、镍镉蓄电池、钠硫蓄电池、钒液硫蓄电池、镁蓄电池、镍锌蓄电池、锌空气蓄电池。
7.一种发电机组调频方法，其特征在于，应用于如权利要求1至6任一项所述的发电机组系统，所述方法包括：
接收电网调度中心发送的发电控制指令；
根据所述发电控制指令确定目标输出功率和目标响应时间；
计算所述目标输出功率与发电机组的机组输出功率之间的功率差值；
在所述功率差值小于预设的功率差阈值，且所述目标响应时间不小于预设响应时间时，控制电化学储能设备提供输出信号。
8.根据权利要求7所述的发电机组调频方法，其特征在于，所述方法还包括：
在所述功率差值大于或等于预设的功率差阈值，或所述目标响应时间小于预设响应时间时，根据所述目标输出功率与各组超级电容器的容量确定待接入的目标超级电容器组；
控制所述目标超级电容器组提供输出信号。
9.一种发电机组调频装置，其特征在于，应用于如权利要求1至6任一项所述的发电机组系统，所述装置包括：
指令接收模块，用于接收电网调度中心发送的发电控制指令；
目标参数确定模块，用于根据所述发电控制指令确定目标输出功率和目标响应时间；
差值计算模块，用于计算所述目标输出功率与发电机组的机组输出功率之间的功率差值；
第一控制模块，用于在所述功率差值小于预设的功率差阈值，且所述目标响应时间不小于预设响应时间时，控制电化学储能设备提供输出信号。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求7或8所述的方法的步骤。
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