CN115663847A - 一种考虑燃煤机组变负荷性能的火储联合调频负荷优化分配系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于燃煤机组、储能联合进行AGC调频的火储联合调频负荷优化分配系统，包括硬件平台、通用软件支撑平台、应用软件、数据采集软件、监控软件组成。在储能燃煤机组联合进行AGC调频中实现机组和储能数据采集与处理、燃煤机组变负荷性能计算、燃煤机组和储能负荷分配、燃煤机组和储能AGC联合调频模块、储能系统电池状态分析、储能系统能量分配、储能电池维护管理等功能。本发明将火电机组变负荷速率作为新的可调参量，在AGC负荷分配时即将储能与原机组AGC同时纳入考虑，以争取更大程度地发挥储能快速变负荷能力、缓解原机组快速变负荷带来的诸多问题。

Description

一种考虑燃煤机组变负荷性能的火储联合调频负荷优化分配 系统

技术领域

本发明涉及火电机组负荷运行控制领域，特别是一种考虑燃煤机组变负荷性能的火储联合调频负荷优化分配系统。

背景

风电、光伏等清洁能源并网比例迅速增加，新能源将逐步取代化石能源成为主要一次能源，而随着新能源的并网，风光的波动性和随机性使得电网短时间内的能量不平衡加剧，传统能源(特别是火电)由于调频速度慢，在响应信号时具有滞后性，因此不能满足新增的需求。在没有储能的情况下，燃煤机组通过自身调节去跟踪电网调度中心给出的AGC调度指令，存在反向出力、出力不精准、调节延迟等问题；而加入储能系统后，储能系统联合发电机组共同参与AGC调频，通过储能跟踪AGC调度指令，实现快速折返、精确输出以及瞬间调节，弥补发电机组的响应偏差。

目前，国内已有多个电厂储能联合调频项目投入使用，而当前模式下，储能侧仅考虑跟踪机组与调度的偏差，并未实现储能与机组间的深度协同作用。在当前模式下，火电机组仍然按原机组运行方式快速变负荷。因而不能有效处理快速变负荷相关的负面问题，如快速变负荷造成机组超温超压，影响寿命；快速变负荷，尤其是大范围变负荷运行，容易导致排放超标；快速、频繁的变负荷过程导致煤耗偏高。此外，当前机组储能容量配置与效益计算中，仅考虑 AGC辅助服务收益及储能成本，未考虑机组变负荷成本。这一粗放的收益计算模式，难以进一步挖掘储能联合调频的潜力；同时，难以有效缓解当前火电机组快速变负荷导致的寿命衰减、排放易超标的等问题。已有研究指出，大范围快速变负荷容易造成超温超压，影响机组寿命；同时，快速变负荷也更容易引起脱硫脱硝系统的效率波动，导致排放超标。另一方面，当前的储能控制策略大多考虑直接补偿机组出力，缺乏电量管理，长时间尺度下工况难以为继，不利于整体性能改善。

针对以上问题，应该着力改进现有联合调频控制方案，以实现储能机组深度协同控制。将火电机组变负荷速率作为新的可调参量，在AGC负荷分配时即将储能与原机组AGC同时纳入考虑，以争取更大程度地发挥储能快速变负荷能力、缓解原机组快速变负荷带来的诸多问题。而在储能收益计算中，考虑建立包含火电机组隐形收益(如设备寿命延长、动态过程经济性)、电池收益(精细化管理收益)与辅助服务收益的综合评估体系，是进一步深挖改革潜力的有效方案。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种考虑燃煤机组变负荷性能的火储联合调频负荷优化分配系统。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：一种考虑燃煤机组变负荷性能的火储联合调频负荷优化分配系统，所述负荷优化分配系统由硬件平台、通用软件支撑平台层、应用软件层、数据监控层构成，所述硬件平台位于最底层，平台可采用32位或64位的RISC体系结构的计算机或CISC体系结构的计算机，所述通用软件支撑平台层构筑在操作系统平台之上，所述通用软件支撑平台层使得负荷分配系统能够运行在多种操作系统和硬件平台上，所述通用软件支撑平台层在应用软件层和数据采集软件层之上，为各类电力系统应用软件的开发和运行提供统一的支撑平台，且所述通用软件支撑平台层包括时序数据库管理、关系数据库管理、实时数据库管理、通讯网络管理、系统管理等多个子系统，所述应用软件层构筑在通用软件支撑平台层之上，且所述应用软件层实现燃煤机组和储能数据采集与处理、燃煤机组变负荷性能计算、燃煤机组和储能负荷分配、燃煤机组和储能AGC联合调频、储能系统电池状态分析、储能系统能量分配、储能电池维护管理、AGC指标分析、AGC性能评价等各类应用功能，所述数据监控层为整个负荷分配系统的监视、测量、控制、管理的中心；系统布置在DCS系统工程师站内，配置两台服务器。

所述负荷优化分配系统包括以下功能：

(1)、数据采集、处理

数据采集与处理软件通过Modbus RTU协议与DCS系统、调度RTU系统、储能EMS系统、储能BMS系统进行通讯，获取数据，并将数据存储到实时数据库、时序数据库。监控的具体范围包括储能EMS、电池BMS、燃煤机组等。采集的信息包括燃煤机组运行状态、储能运行状态、调度AGC指令、运行参数、保护信息等；

1)燃煤DCS系统

采集的信息包括：燃煤机组变负荷特性相关数据，比如热耗、锅炉效率等数据，以及关键金属壁温、压力等数据；

2)调度RTU系统

采集的信息包括：调度AGC指令、机组发电功率、储能输出功率等实时数据；

3)储能EMS系统

采集的信息包括：储能系统的功率、每个PCS系统的功率；

4)电池BMS系统

采集的信息包括：单体电池电压、单体电池温度、电池箱温度

5)环境监控

监控的具体范围包括电池箱内环境，采集的信息包括温度、湿度、烟雾报警等；

(2)、数据管理

1)实时数据库管理

本系统采用REDIS实时数据库，存储实时数据信息，当数据采集程序采集到数据后将数据存储到实时数据库；基于实时数据库实现

2)历史数据库管理

采用实时库与历史库相统一管理的模式，以满足实时应用对数据库实时性、一致性、完整性和开放性的特殊要求；同时实现对海量数据进行采集、处理、压缩、存储、计算查询、统计。数据客户端向开发人员提供数据存储和查询的接口，供应用程序访问历史数据实现各种优化建模。

(3)、燃煤机组变负荷性能计算

实现对机组快速变负荷过程的安全性、经济性、稳定性和环保性的综合评价。当火电机组的变负荷速率过高后，会对设备和经济性产生一定的影响，因此有必要对此进行评估。变负荷过程评价指标包含：

·安全性指标：包括受热面指标、烟气超标、蒸汽超标以及汽轮机转子振动超标分项指标；

·经济性指标：主要为AGC调节过程中的累计煤耗；

·稳定性指标：包括PID回路稳定性，即关键控制回路在变负荷过程中的性能指标与燃烧稳定性，即变负荷过程中炉膛氧量、飞灰含碳、炉膛负压的波动；

·环保性指标：包括排放超标统计与NH₃逃逸率统计。

(4)、燃煤机组和储能负荷分配

根据燃煤机组日前负荷指令、储能容量、机组变负荷特性、储能性能，对后一天储能的SOC、充放电速率、燃煤机组变负荷速率进行预分配。

(5)、燃煤机组和储能AGC联合调频

依据燃煤机组和储能负荷分配的结果，结合实际的AGC指令，确定每个 AGC过程储能和机组的变负荷速率；以及没有AGC指令时储能的预充预放电操作，得到每个时刻储能的充放电功率。

(6)、储能系统电池状态分析及维护管理

根据储能协同单体电池的电压、温度对电池状态进行诊断。得到不通电池簇的运行状态。根据电池的状态实现电池温度控制、充放电控制、退役管理。

(7)、储能系统能量分配

根据系统分配给储能充放电功率，结合储能系统电池的温度、状态，得到每个电池簇的充放电功率，将出力指令实时下发，控制储能系统出力，使系统处于经济的运行状态，实现电池充放电功率的分区调控；

(8)、AGC指标分析

根据不同地区的AGC性能计算方法，根据AGC过程的实际运行数据得到 AGC过程的调节速率指标K1，调节精度指标K2，响应时间指标K3，以及调频里程；同时计算调频过程燃煤机组的安全、经济、环保指标，储能系统的充放电成本。从而综合得到机组变负荷过程的整体性能。

(9)、运行监控

实时监视储能调频系统的运行状态、机组AGC模式和运行状态、AGC指令与机组实际出力、AGC变负荷过程机组的安全经济环保性能、储能系统充放电速率和SOC状态、储能电池的状态、各类设备运行和告警信息，并进行控制模式、控制算法切换等操作；

同时提供报表工具，具有“报表制作”和“报表浏览”两大功能，用于实现报表模板的制作、管理、浏览、定时打印等。

附图说明

图1为一种考虑燃煤机组变负荷性能的火储联合调频负荷优化分配系统架构示意图；

图2为火储联合调频负荷优化分配系统数据采集示意图。

具体实施方式

以下结合附图说明本发明的具体实施方式。

本实施例公开了一种考虑燃煤机组变负荷性能的火储联合调频负荷优化分配系统。如图1所示，一种考虑燃煤机组变负荷性能的火储联合调频负荷优化分配系统，由硬件平台、通用软件支撑平台层、应用软件层、数据监控层构成，所述硬件平台位于最底层，平台可采用32位或64位的RISC体系结构的计算机或CISC体系结构的计算机，所述通用软件支撑平台层构筑在操作系统平台之上，所述通用软件支撑平台层使得负荷分配系统能够运行在多种操作系统和硬件平台上，所述通用软件支撑平台层在应用软件层和数据采集软件层之上，为各类电力系统应用软件的开发和运行提供统一的支撑平台，且所述通用软件支撑平台层包括时序数据库管理、关系数据库管理、实时数据库管理、通讯网络管理、系统管理等多个子系统，所述应用软件层构筑在通用软件支撑平台层之上，且所述应用软件层实现燃煤机组和储能数据采集与处理、燃煤机组变负荷性能计算、燃煤机组和储能负荷分配、燃煤机组和储能AGC联合调频、储能系统电池状态分析、储能系统能量分配、储能电池维护管理、AGC指标分析、AGC性能评价等各类应用功能，所述数据监控层为整个负荷分配系统的监视、测量、控制、管理的中心；系统布置在DCS系统工程师站内，配置两台服务器。

负荷优化分配系统包括以下功能：

(1)、数据采集、处理

如图2所示，数据采集与处理软件通过Modbus RTU协议与DCS系统、调度 RTU系统、储能EMS系统、储能BMS系统进行通讯，获取数据，并将数据存储到实时数据库、时序数据库。监控的具体范围包括储能EMS、电池BMS、燃煤机组等。采集的信息包括燃煤机组运行状态、储能运行状态、调度AGC指令、运行参数、保护信息等；

1)燃煤DCS系统

采集的信息包括：燃煤机组变负荷特性相关数据，比如热耗、锅炉效率等数据，以及关键金属壁温、压力等数据；

2)调度RTU系统

采集的信息包括：调度AGC指令、机组发电功率、储能输出功率等实时数据；

3)储能EMS系统

采集的信息包括：储能系统的功率、每个PCS系统的功率；

4)电池BMS系统

采集的信息包括：单体电池电压、单体电池温度、电池箱温度

5)环境监控

监控的具体范围包括电池箱内环境，采集的信息包括温度、湿度、烟雾报警等；

(2)、数据管理

1)实时数据库管理

本系统采用REDIS实时数据库，存储实时数据信息，当数据采集程序采集到数据后将数据存储到实时数据库；基于实时数据库实现

2)历史数据库管理

采用实时库与历史库相统一管理的模式，以满足实时应用对数据库实时性、一致性、完整性和开放性的特殊要求；同时实现对海量数据进行采集、处理、压缩、存储、计算查询、统计。数据客户端向开发人员提供数据存储和查询的接口，供应用程序访问历史数据实现各种优化建模。

(3)、燃煤机组变负荷性能计算

实现对机组快速变负荷过程的安全性、经济性、稳定性和环保性的综合评价。当火电机组的变负荷速率过高后，会对设备和经济性产生一定的影响，因此有必要对此进行评估。变负荷过程评价指标包含：

·安全性指标：包括受热面指标、烟气超标、蒸汽超标以及汽轮机转子振动超标分项指标；

·经济性指标：主要为AGC调节过程中的累计煤耗；

·稳定性指标：包括PID回路稳定性，即关键控制回路在变负荷过程中的性能指标与燃烧稳定性，即变负荷过程中炉膛氧量、飞灰含碳、炉膛负压的波动；

·环保性指标：包括排放超标统计与NH₃逃逸率统计。

(4)、燃煤机组和储能负荷分配

根据燃煤机组日前负荷指令、储能容量、机组变负荷特性、储能性能，对后一天储能的SOC、充放电速率、燃煤机组变负荷速率进行预分配。

(5)、燃煤机组和储能AGC联合调频

依据燃煤机组和储能负荷分配的结果，结合实际的AGC指令，确定每个 AGC过程储能和机组的变负荷速率；以及没有AGC指令时储能的预充预放电操作，得到每个时刻储能的充放电功率。

(6)、储能系统电池状态分析及维护管理

根据储能协同单体电池的电压、温度对电池状态进行诊断。得到不通电池簇的运行状态。根据电池的状态实现电池温度控制、充放电控制、退役管理。

(7)、储能系统能量分配

根据系统分配给储能充放电功率，结合储能系统电池的温度、状态，得到每个电池簇的充放电功率，将出力指令实时下发，控制储能系统出力，使系统处于经济的运行状态，实现电池充放电功率的分区调控；

(8)、AGC指标分析

根据不同地区的AGC性能计算方法，根据AGC过程的实际运行数据得到 AGC过程的调节速率指标K1，调节精度指标K2，响应时间指标K3，以及调频里程；同时计算调频过程燃煤机组的安全、经济、环保指标，储能系统的充放电成本。从而综合得到机组变负荷过程的整体性能。

(9)、运行监控

实时监视储能调频系统的运行状态、机组AGC模式和运行状态、AGC指令与机组实际出力、AGC变负荷过程机组的安全经济环保性能、储能系统充放电速率和SOC状态、储能电池的状态、各类设备运行和告警信息，并进行控制模式、控制算法切换等操作；

同时提供报表工具，具有“报表制作”和“报表浏览”两大功能，用于实现报表模板的制作、管理、浏览、定时打印等。

本实施例只是对本发明具体内涵作举例说明。在本发明所属技术领域中，相关技术人员可以根据具体机组的实际情况对所描述实施例中的方法进行补充或者修改，但并不会偏离本发明的具体内涵或者超越所附权利要求书所定义的范围，本发明的连接指直接连接或间接连接。

Claims (2)

1.一种考虑燃煤机组变负荷性能的火储联合调频负荷优化分配系统，其特征在于，系统架构从下到上分别为硬件平台层、通用软件支撑平台层、应用软件层以及数据监控层。

2.根据权利要求1所述的一种考虑燃煤机组变负荷性能的火储联合调频负荷优化分配系统，其特征在于，所述的硬件平台可采用32位或64位的RISC体系结构的计算机或CISC体系结构的计算机；所述的通用软件支撑平台层使得火储联合调频负荷分配系统能够运行在多种操作系统和硬件平台上，为各类电力系统应用软件的开发和运行提供统一的支撑平台，包括时序数据库管理、关系数据库管理、实时数据库管理、通讯网络管理、系统管理等多个子系统；所述的应用软件层构筑在通用软件支撑平台层之上，实现燃煤机组和储能数据采集与处理、燃煤机组变负荷性能计算、燃煤机组和储能负荷分配、燃煤机组和储能AGC联合调频、储能系统电池状态分析、储能系统能量分配、储能电池维护管理、AGC指标分析、AGC性能评价等各类应用功能；所述的数据监控层为整个负荷分配系统的监视、测量、控制、管理的中心。

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