CN114825484B - 一种基于火电电力电子变压器储能的调频系统及方法 - Google Patents

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CN114825484B CN202210748199.0A CN202210748199A CN114825484B CN 114825484 B CN114825484 B CN 114825484B CN 202210748199 A CN202210748199 A CN 202210748199A CN 114825484 B CN114825484 B CN 114825484B
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Abstract

本申请提出一种基于火电电力电子变压器储能的调频系统及方法，所述系统包括：调度指令下发单元、并网发电单元、高压厂用单元和接入单元，所述调度指令下发单元与所述并网发电单元连接，所述并网发电单元分别与所述高压厂用单元、所述接入单元连接，所述高压厂用单元与所述接入单元连接；所述接入单元包括储能PET高频DC‑DC变压器，所述接入单元，用于基于并网发电单元下发的调频指令，调节所述储能PET高频DC‑DC变压器对应的变比，进行火电机组调频。本申请提出的技术方案，可以根据调频指令的不同，灵活接入不同的单元，进而使得功率调节迅速准确、应用模式多样化，同时也减少了火电机组的磨损。

Description

一种基于火电电力电子变压器储能的调频系统及方法
技术领域
本申请涉及调频技术领域，尤其涉及一种基于火电电力电子变压器储能的调频系统及方法。
背景技术
随着风电和储能的并网量增加、互联大电网的快速发展、大容量发电和远距离输电，使得电力系统的调频任务更加繁重。目前调频电源主要是火电机组与水电机组，工作原理是通过调整机组有功出力，跟踪系统频率变化。但是火电机组通常存在响应时滞长，机组爬坡速率低等问题，无法准确跟踪电网调度指令，暴露出频率调节慢及调节不准确等现象，同时火电机组频繁的变换功率运行，使得机组设备磨损严重，影响机组运行寿命。
发明内容
本申请提供一种基于火电电力电子变压器储能的调频系统及方法，以至少解决相关技术中频率调节慢及调节不准确及机组设备磨损严重的技术问题。
本申请第一方面实施例提出一种基于火电电力电子变压器储能的调频系统，包括：调度指令下发单元、并网发电单元、高压厂用单元和接入单元，所述调度指令下发单元与所述并网发电单元连接，所述并网发电单元分别与所述高压厂用单元、所述接入单元连接，所述高压厂用单元与所述接入单元连接；
所述调度指令下发单元，用于向并网发电单元下发二次调频指令；
所述并网发电单元，用于将所述二次调频指令发送到所述接入单元；
所述并网发电单元，还用于在电网频率出现偏差时，生成一次调频指令，并将所述一次调频指令发送到所述接入单元；
所述接入单元包括储能PET高频DC-DC变压器，所述接入单元，用于基于并网发电单元下发的调频指令接入高压厂用单元或并网发电单元，并调节所述储能PET高频DC-DC变压器对应的变比，进行火电机组调频。
优选的，所述并网发电单元包括：电网输电母线、发电机主变和发电机；
所述发电机通过所述发电机主变与所述电网输电母线连接。
进一步的，所述高压厂用单元包括：厂用母线、厂用分裂绕组降压变、厂用第一分支母线和厂用第二分支母线；
所述厂用分裂绕组降压变的高压侧通过所述厂用母线连接至所述发电机的出口，所述厂用分裂绕组降压变的低压侧分别连接所述厂用第一分支母线和厂用第二分支母线。
进一步的，所述高压厂用单元还包括：第一厂用负荷、第一并网断路器、第二厂用负荷和第二并网断路器；
所述第一厂用负荷通过所述第一并网断路器与所述厂用第一分支母线连接；
所述第二厂用负荷通过所述第二并网断路器与所述厂用第二分支母线连接。
进一步的，所述接入单元还包括：储能并网切换开关、储能PET高压直-交换流器、储能PET高压侧滤波电容、储能PET低压侧滤波电容、储能PET低压交-直换流器、储能换流器、储能PET低压侧断路器和储能设备；
所述储能并网切换开关、储能PET高压直-交换流器、储能PET高压侧滤波电容、储能PET高频DC-DC变压器、储能PET低压侧滤波电容、储能PET低压交-直换流器、储能PET低压侧断路器、储能换流器和储能设备依次连接。
进一步的，所述接入单元还包括：储能高压交流母线和储能低压交流母线；
所述储能高压交流母线的一端连接至所述发电机的出口，另一端连接所述储能并网切换开关；
所述储能低压交流母线的一端连接至所述厂用第二分支母线，另一端连接所述储能并网切换开关。
进一步的，所述接入单元还包括：储能并网断路器；
所述储能低压交流母线的一端通过所述储能并网断路器连接至所述厂用第二分支母线。
本申请第二方面实施例提出一种基于火电电力电子变压器储能的调频方法，所述方法包括：
当所述调度指令下发单元向火电机组下发调频指令时，所述接入单元接入所述高压厂用单元，进行火电机组二次调频；
当电网频率出现偏差时，所述并网发电单元生成一次调频指令，所述接入单元接入所述并网发电单元，进行火电机组一次调频。
优选的，所述接入单元接入所述高压厂用单元，进行火电机组的二次调频，包括：
基于所述调频指令调节所述储能PET高频DC-DC变压器对应的变比；
闭合储能并网切换开关，将储能设备接入所述高压厂用单元进行火电机组二次调频。
优选的，所述接入单元接入所述并网发电单元，进行火电机组的一次调频，包括：
基于所述一次调频指令调节所述储能PET高频DC-DC变压器对应的变比；
闭合储能并网切换开关，将储能设备接入所述并网发电单元进行火电机组一次调频。
本申请的实施例提供的技术方案至少带来以下有益效果：
本申请提出了一种基于火电电力电子变压器储能的调频系统及方法，所述系统包括：调度指令下发单元、并网发电单元、高压厂用单元和接入单元，所述调度指令下发单元与所述并网发电单元连接，所述并网发电单元分别与所述高压厂用单元、所述接入单元连接，所述高压厂用单元与所述接入单元连接；所述调度指令下发单元，用于向并网发电单元下发二次调频指令；所述并网发电单元，用于将所述二次调频指令发送到所述接入单元；所述并网发电单元，还用于在电网频率出现偏差时，生成一次调频指令，并将所述一次调频指令发送到所述接入单元；所述接入单元包括储能PET高频DC-DC变压器，所述接入单元，用于基于并网发电单元下发的调频指令接入高压厂用单元或并网发电单元，并调节所述储能PET高频DC-DC变压器对应的变比，进行火电机组调频。本申请根据调频指令的不同，接入单元灵活接入并网发电单元或高压厂用单元，参与调频，使得功率调节迅速准确、应用模式多样化，同时也减少了火电机组的磨损。
本申请附加的方面以及优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。
附图说明
本申请上述的和/或附加的方面以及优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为根据本申请一个实施例提供的一种基于火电电力电子变压器储能的调频系统的框图；
图2为根据本申请一个实施例提供的基于火电电力电子变压器储能的调频系统中并网发电单元的结构图；
图3为根据本申请一个实施例提供的基于火电电力电子变压器储能的调频系统中高压厂用单元的结构图；
图4为根据本申请一个实施例提供的基于火电电力电子变压器储能的调频系统中并接入单元的结构图；
图5为根据本申请一个实施例提供的基于火电电力电子变压器储能的调频系统的结构图；
图6为根据本申请一个实施例提供的基于火电电力电子变压器储能的调频方法中进行二次调频的流程图；
图7为根据本申请一个实施例提供的基于火电电力电子变压器储能的调频系统方法中进行一次调频的流程图；
附图标记说明：
调度指令下发单元1、并网发电单元2、高压厂用单元3、接入单元4、电网输电母线2-1、发电机主变2-2、发电机2-3、厂用母线3-1、厂用分裂绕组降压变3-2、厂用第一分支母线3-3、厂用第二分支母线3-4、第一厂用负荷3-5、第一并网断路器3-6、第二厂用负荷3-7、第二并网断路器3-8、储能PET高频DC-DC变压器4-1、储能并网切换开关4-2、储能PET高压直-交换流器4-3、储能PET高压侧滤波电容4-4、储能PET低压侧滤波电容4-5、储能PET低压交-直换流器4-6、储能换流器4-7、储能PET低压侧断路器4-8、储能设备4-9、储能高压交流母线4-10、储能低压交流母线4-11和储能并网断路器4-12。
具体实施方式
下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。
本申请提出的一种基于火电电力电子变压器储能的调频系统及方法，所述系统包括：调度指令下发单元、并网发电单元、高压厂用单元和接入单元，所述调度指令下发单元与所述并网发电单元连接，所述并网发电单元分别与所述高压厂用单元、所述接入单元连接，所述高压厂用单元与所述接入单元连接；所述调度指令下发单元，用于向并网发电单元下发二次调频指令；所述并网发电单元，用于将所述二次调频指令发送到所述接入单元；所述并网发电单元，还用于在电网频率出现偏差时，生成一次调频指令，并将所述一次调频指令发送到所述接入单元；所述接入单元包括储能PET高频DC-DC变压器，所述接入单元，用于基于并网发电单元下发的调频指令接入高压厂用单元或并网发电单元，并调节所述储能PET高频DC-DC变压器对应的变比，进行火电机组调频。本申请提出的技术方案，可以根据调频指令的不同，灵活接入不同的单元，进而使得功率调节迅速准确、应用模式多样化，同时也减少了火电机组的磨损。
下面参考附图描述本申请实施例的一种基于火电电力电子变压器储能的调频系统及方法。
实施例一
图1为根据本申请一个实施例提供的一种基于火电电力电子变压器储能的调频系统的框图，如图1所示，所述系统包括：调度指令下发单元1、并网发电单元2、高压厂用单元3和接入单元4，所述调度指令下发单元1与所述并网发电单元2连接，所述并网发电单元2分别与所述高压厂用单元3、所述接入单元4连接，所述高压厂用单元3与所述接入单元4连接；
其中，所述调度指令下发单元1，用于向并网发电单元2下发二次调频指令；
所述并网发电单元2，用于将所述二次调频指令发送到所述接入单元4；
所述并网发电单元2，还用于在电网频率出现偏差时，生成一次调频指令，并将所述一次调频指令发送到所述接入单元4；
所述接入单元4包括储能PET高频DC-DC变压器4-1，所述接入单元4，用于基于并网发电单元2下发的调频指令接入高压厂用单元3或并网发电单元2，并调节所述储能PET高频DC-DC变压器4-1对应的变比，进行火电机组调频。
需要说明的是，所述高压厂用单元3，用于在接入单元4接入其之后，参与火电机组的二次调频；
所述并网发电单元2，还用于在接入单元4接入其之后，参与火电机组的一次调频。
在本公开实施例中，如图2所示，所述并网发电单元2包括：电网输电母线2-1、发电机主变2-2和发电机2-3；
所述发电机2-3通过所述发电机主变2-2与所述电网输电母线2-1连接。
在本公开实施例中，所述高压厂用单元3包括：厂用母线3-1、厂用分裂绕组降压变3-2、厂用第一分支母线3-3和厂用第二分支母线3-4；
所述厂用分裂绕组降压变3-2的高压侧通过所述厂用母线3-1连接至所述发电机2-3的出口，所述厂用分裂绕组降压变3-2的低压侧分别连接所述厂用第一分支母线3-3和厂用第二分支母线3-4，如图5所示；
需要说明的是，如图3所示，所述高压厂用单元3除包括厂用母线3-1、厂用分裂绕组降压变3-2、厂用第一分支母线3-3和厂用第二分支母线3-4之外还包括：第一厂用负荷3-5、第一并网断路器3-6、第二厂用负荷3-7和第二并网断路器3-8；
所述第一厂用负荷3-5通过所述第一并网断路器3-6与所述厂用第一分支母线3-3连接；
所述第二厂用负荷3-7通过所述第二并网断路器3-8与所述厂用第二分支母线3-4连接。
需要说明的是，如图4所示，所述接入单元4除包括储能PET高频DC-DC变压器4-1之外还包括：储能并网切换开关4-2、储能PET高压直-交换流器4-3、储能PET高压侧滤波电容4-4、储能PET低压侧滤波电容4-5、储能PET低压交-直换流器4-6、储能换流器4-7、储能PET低压侧断路器4-8、储能设备4-9、储能高压交流母线4-10、储能低压交流母线4-11和储能并网断路器4-12；
其中，所述储能并网切换开关4-2、储能PET高压直-交换流器4-3、储能PET高压侧滤波电容4-4、储能PET高频DC-DC变压器4-1、储能PET低压侧滤波电容4-5、储能PET低压交-直换流器4-6、储能PET低压侧断路器4-8、储能换流器4-7和储能设备4-9依次连接。
具体的，所述储能PET高频DC-DC变压器4-1高压侧通过所述储能PET高压侧滤波电容4-4连接至所述储能PET高压直-交换流器4-3直流侧，所述储能PET低压交-直换流器4-6直流侧通过所述储能PET低压侧滤波电容4-5连接至所述储能PET高频DC-DC变压器4-1低压侧，所述储能换流器4-7交流侧通过所述储能PET低压侧断路器4-8连接至所述储能PET低压交-直换流器4-6交流侧，所述储能设备4-9连接至所述储能换流器4-7直流侧。
进一步的，所述储能高压交流母线4-10的一端连接至所述发电机2-3的出口，另一端连接所述储能并网切换开关4-2，如图5所示；
所述储能低压交流母线4-11的一端连接至所述厂用第二分支母线3-4，另一端连接所述储能并网切换开关4-2，其中，所述储能低压交流母线4-11的一端通过所述储能并网断路器4-12连接至所述厂用第二分支母线3-4，如图5所示。
需要说明的是，一次调频指令是当电网存在频率偏差时，机组通过输出功率变化进而实现频率变化，因为一次调频指令比二次调频指令短，所以需要直接升压至20kV，接入发电机2-3出口，来响应一次调频；
二次调频是AGC调频，调频范围大，需要将储能设备4-9接入高压厂用单元3，在接入所述高压厂用单元3后，所述储能设备4-9通过吸收/释放电能来增加/减少厂用电，间接实现发电机2-3发出功率变化，进而来响应二次调频。
示例的，当所述调度指令下发单元1向并网发电单元2下发二次调频指令时，所述并网发电单元2将所述二次调频指令发送到所述接入单元4，所述接入单元4将储能并网切换开关4-2与所述储能低压交流母线4-11连接，并调节所述储能PET高频DC-DC变压器4-1对应的变比为6KV/400V，闭合储能并网断路器4-12，进行火电机组的二次调频。
当电网频率出现偏差时，生成一次调频指令，并将所述一次调频指令发送到所述接入单元4，所述接入单元4将储能并网切换开关4-2与所述储能高压交流母线4-10连接，并调节所述储能PET高频DC-DC变压器4-1对应的变比为20KV/400V，进行火电机组的一次调频。
根据一些实施例，所述接入单元4辅助所述发电机2-3参与到所述电网输电母线2-1连接电网频率调节中，利用所述储能设备4-9快速充/放电能力，响应电网负荷变化，不管是一次调频还是二次调频，都可以实现辅助火电机组最优功率匹配，提升电厂调频收益，也可以使火电机组出力波动降低，提高机组安全性，减小因为负荷频繁调节造成的火电机组设备老化。
根据一些实施例，利用所述储能PET高压直-交换流器4-3、储能PET高压侧滤波电容4-4、储能PET高频DC-DC变压器4-1、储能PET低压侧滤波电容4-5、储能PET低压交-直换流器4-6构成的储能电力电子变压器（PowerElectronicTransformer，PET）进行变压，相较于传统工频变压器，采用了高频电磁耦合技术，在实现传统变压器的电压等级变换、隔离等功能的基础上，还可以灵活变压，有效减小变压器占地面积和体积。
在本公开实施例中，所述储能PET高压直-交换流器4-3、所述储能PET高频DC-DC变压器4-1、所述储能PET低压交-直换流器4-6由模块化多电平换流器（ModularMultilevelConverter，MMC）电力电子元器件构成，可以自由投切，MMC通过串联方式提高电压等级，当需要升压至6kV，投入一定数量MMC改变储能PET高频DC-DC变压器4-1对应的变比，MMC串联将电压升压由400V升压至6kV，当需要升压至20kV，投入更多MMC改变储能PET高频DC-DC变压器4-1对应的变比，MMC串联将电压升压由400V升压至20kV，MMC电力电子元器件输出谐波低、电能转换效率高、具有较高的扩展性，同时电压转化可控，可以有效抑制因为接地故障引起的短路电流，不扩大故障范围。
综上所述，本实施例提出的一种基于火电电力电子变压器储能的调频系统，采用储能设备辅助火电机组参与到电网频率调解中，利用储能快速充/放电能力，响应电网负荷变化，不管是一次调频还是二次调频，都可以实现辅助火电机组最优功率匹配，提升电厂调频收益，也可以使火电机组出力波动降低，提高机组安全性，减小因为负荷频繁调节造成的火电机组设备老化，同时储能设备4-9所连接的PET升压部件，相较于传统工频变压器，采用高频电磁耦合技术，在实现传统变压器的电压等级变换、隔离等功能的基础上，还可以灵活变压，有效减小变压器占地面积和体积，而且MMC电力电子元器件输出谐波低、电能转换效率高、具有较高的扩展性，电压转化可控，可以有效抑制因为接地故障引起的短路电流，不扩大故障范围。
实施例二
本实施例提供一种基于火电电力电子变压器储能的调频方法，所述方法包括：
当所述调度指令下发单元1向火电机组下发调频指令时，所述接入单元4接入所述高压厂用单元3，进行火电机组二次调频；
当电网频率出现偏差时，所述并网发电单元2生成一次调频指令，所述接入单元4接入所述并网发电单元2，进行火电机组一次调频。
在本公开实施例中，如图6所示，所述接入单元4接入所述高压厂用单元3，进行火电机组的二次调频，包括：
S101.基于所述调频指令调节所述储能PET高频DC-DC变压器4-1对应的变比；
S102.闭合储能并网切换开关4-2，将储能设备4-9接入所述高压厂用单元3进行火电机组二次调频。
在本公开实施例中，如图7所示，所述接入单元4接入所述并网发电单元2，进行火电机组的一次调频，包括：
F101.基于所述一次调频指令调节所述储能PET高频DC-DC变压器4-1对应的变比；
F102.闭合储能并网切换开关4-2，将储能设备4-9接入所述并网发电单元2进行火电机组一次调频。
综上所述，本实施例提出的一种基于火电电力电子变压器储能的调频方法，可以根据调频指令的不同，灵活接入不同的单元，进而使得功率调节迅速准确、应用模式多样化，同时也减少了火电机组的磨损。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、 “示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请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表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现定制逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (7)

1.一种基于火电电力电子变压器储能的调频系统，其特征在于，包括：调度指令下发单元、并网发电单元、高压厂用单元和接入单元，所述调度指令下发单元与所述并网发电单元连接，所述并网发电单元分别与所述高压厂用单元、所述接入单元连接，所述高压厂用单元与所述接入单元连接；
所述调度指令下发单元，用于向并网发电单元下发二次调频指令；
所述并网发电单元，用于将所述二次调频指令发送到所述接入单元；
所述并网发电单元，还用于在电网频率出现偏差时，生成一次调频指令，并将所述一次调频指令发送到所述接入单元；
所述接入单元包括储能PET高频DC-DC变压器，所述接入单元，用于基于并网发电单元下发的调频指令接入高压厂用单元或并网发电单元，并调节所述储能PET高频DC-DC变压器对应的变比，进行火电机组调频；
当所述调度指令下发单元向火电机组下发调频指令时，所述接入单元接入所述高压厂用单元，进行火电机组二次调频；
当电网频率出现偏差时，所述并网发电单元生成一次调频指令，所述接入单元接入所述并网发电单元，进行火电机组一次调频；
所述接入单元接入所述高压厂用单元，进行火电机组的二次调频，包括：
基于所述调频指令调节所述储能PET高频DC-DC变压器对应的变比；
闭合储能并网切换开关，将储能设备接入所述高压厂用单元进行火电机组二次调频；
所述接入单元接入所述并网发电单元，进行火电机组的一次调频，包括：
基于所述一次调频指令调节所述储能PET高频DC-DC变压器对应的变比；
闭合储能并网切换开关，将储能设备接入所述并网发电单元进行火电机组一次调频。
2.如权利要求1所述的基于火电电力电子变压器储能的调频系统，其特征在于，所述并网发电单元包括：电网输电母线、发电机主变和发电机；
所述发电机通过所述发电机主变与所述电网输电母线连接。
3.如权利要求2所述的基于火电电力电子变压器储能的调频系统，其特征在于，所述高压厂用单元包括：厂用母线、厂用分裂绕组降压变、厂用第一分支母线和厂用第二分支母线；
所述厂用分裂绕组降压变的高压侧通过所述厂用母线连接至所述发电机的出口，所述厂用分裂绕组降压变的低压侧分别连接所述厂用第一分支母线和厂用第二分支母线。
4.如权利要求3所述的基于火电电力电子变压器储能的调频系统，其特征在于，所述高压厂用单元还包括：第一厂用负荷、第一并网断路器、第二厂用负荷和第二并网断路器；
所述第一厂用负荷通过所述第一并网断路器与所述厂用第一分支母线连接；
所述第二厂用负荷通过所述第二并网断路器与所述厂用第二分支母线连接。
5.如权利要求4所述的基于火电电力电子变压器储能的调频系统，其特征在于，所述接入单元还包括：储能并网切换开关、储能PET高压直-交换流器、储能PET高压侧滤波电容、储能PET低压侧滤波电容、储能PET低压交-直换流器、储能换流器、储能PET低压侧断路器和储能设备；
所述储能并网切换开关、储能PET高压直-交换流器、储能PET高压侧滤波电容、储能PET高频DC-DC变压器、储能PET低压侧滤波电容、储能PET低压交-直换流器、储能PET低压侧断路器、储能换流器和储能设备依次连接。
6.如权利要求5所述的基于火电电力电子变压器储能的调频系统，其特征在于，所述接入单元还包括：储能高压交流母线和储能低压交流母线；
所述储能高压交流母线的一端连接至所述发电机的出口，另一端连接所述储能并网切换开关；
所述储能低压交流母线的一端连接至所述厂用第二分支母线，另一端连接所述储能并网切换开关。
7.如权利要求6所述的基于火电电力电子变压器储能的调频系统，其特征在于，所述接入单元还包括：储能并网断路器；
所述储能低压交流母线的一端通过所述储能并网断路器连接至所述厂用第二分支母线。
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