CN118263882A - 一种储能辅助火电机组调频的控制方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种储能辅助火电机组调频的控制方法和装置，属于火电机组AGC调频技术领域，本发明通过计算分析ΔP和和的大小关系，确定超级电容储能单元和锂电池储能单元的调整功率，具体为在以及ΔP<0且的情况下，控制超级电容储能按照实时最大可充放电功率来响应辅助调频任务，剩余部分的功率由锂电池储能承担，同时为了均衡锂电池储能内部储能单元的工作情况，根据等比率系数确定锂电池储能单元负担的功率。本发明控制超级电容优先承担辅助调频工作，对超级电容充分利用，减少锂电池储能单元在辅助调频中的响应频次，同时使锂电池储能单元均匀承担较少的辅助调频工作，延长锂电池储能系统的使用寿命。

Description

一种储能辅助火电机组调频的控制方法和装置

技术领域

本发明属于火电机组AGC调频技术领域，具体涉及一种储能辅助火电机组调频的控制方法和装置。

背景技术

在火电厂实际工程应用中，用于辅助机组AGC调频的储能设备主要是锂电池。近期以来，国内已有超级电容混合锂电池辅助火电机组AGC调频的相关应用。锂电池应用于火电机组调频方面存在寿命的缺陷，锂电池在2C/100％DOD状态下的理论寿命不超过为5000次；超级电容大电流放电能力强，能量转换效率高，充放电没有“记忆效应”，理论上深度充放电循环次数可达50万次。

目前超级电容在辅助火电机组AGC调频领域的应用尚处于起步阶段，超级电容在混合储能辅助AGC调频的容量占比相对较小，因此目前超级电容混合储能辅助火电机组AGC调频的控制策略尚未对超级电容的优势做充分发掘，系统中锂电池响应调频负担较大。为了解决该问题，申请公布号为CN114566985A的中国发明专利申请公开了一种火电混合储能调频控制方法，该方法是根据机组所需功率与超级电容储能功率和锂电储能功率的大小对超级电容储能和锂电储能出力进行分配，特别是在机组所需功率大于超级电容储能功率且小于等于超级电容储能功率和锂电池储能功率的和时，由超级电容和锂电池共同出力满足机组所需功率，但是在专利申请中并未对锂电池所提供功率进行具体分配，在现有技术中常用的对锂电池储能系统出力进行分配的方法是调用锂电池储能系统中部分锂电池储能单元进行工作，会使锂电池储能单元寿命不均衡，对锂电池储能系统整体的寿命造成影响，使锂电池储能系统寿命缩短。

发明内容

本发明的目的在于提供一种储能辅助火电机组调频的控制方法和装置，用以解决锂电池储能系统寿命较短的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种储能辅助火电机组调频的控制方法，包括如下步骤：

1)计算调度目标有功功率减去调频机组的实时有功功率的差值ΔP、储能单元整体最大可放电有功功率和最大可充电有功功率超级电容储能的最大可放电有功功率和最大可充电有功功率超级电容储能所包括的各组超级电容储能单元的最大可放电有功功率和最大可充电有功功率、锂电池储能的最大可放电有功功率和最大可充电有功功率锂电池储能所包括的各组锂电池储能单元的最大可放电有功功率和最大可充电有功功率；其中，储能单元整体包括超级电容储能和锂电池储能；

2)若则各组超级电容储能单元的调整功率为各组超级电容储能单元的最大可放电有功功率，各组锂电池储能单元的调整功率为ΔP和的差值与各组对应的锂电池放电等比率系数的乘积，锂电池放电等比率系数为锂电池储能单元的最大可放电有功功率和的比值；

若ΔP<0且各组超级电容储能单元的调整功率为各组超级电容储能单元的最大可充电有功功率，各组锂电池储能单元的调整功率为ΔP和的差值与各组对应的锂电池充电等比率系数的乘积，锂电池充电等比率系数为锂电池储能单元的最大可充电有功功率和的比值；

3)根据各组超级电容储能单元的调整功率和各组锂电池储能单元的调整功率对储能单元进行调频控制。

进一步地，当|ΔP|<μ时，μ为储能功率调节死区且μ≥0，各组锂电池储能单元和各组超级电容储能单元的调整功率为零。

进一步地，当时，各组超级电容储能单元和各组锂电池储能单元的调整功率分别为各组超级电容储能单元的最大可放电有功功率和各组锂电池储能单元的最大可放电有功功率。

进一步地，当时，μ为储能功率调节死区且μ≥0，各组锂电池储能单元的调整功率为零，各组超级电容储能单元的调整功率为ΔP与各组对应的超级电容放电等比率系数的乘积，超级电容放电等比率系数为超级电容储能单元的最大可放电有功功率和的比值。

进一步地，当ΔP<0且时，各组超级电容储能单元和各组锂电池储能单元的调整功率分别为各组超级电容储能单元的最大可充电有功功率和各组锂电池储能单元的最大可充电有功功率。

进一步地，当ΔP<0且时，μ为储能功率调节死区且μ≥0，各组锂电池储能单元的调整功率为零，各组超级电容储能单元的调整功率为ΔP与各组对应的超级电容充电等比率系数的乘积，超级电容充电等比率系数为超级电容储能单元的最大可充电有功功率和的比值。

为解决上述技术问题，本发明还提供了一种储能辅助火电机组调频的控制装置，该装置包括存储器和处理器，以及存储在存储器上的并在处理器上运行的计算机程序指令，处理器用于执行存储在存储器中的计算机程序指令以实现储能辅助火电机组调频的控制方法。

上述技术方案的有益效果为：本发明为改进型发明创造，通过计算分析ΔP和 和的大小关系，确定超级电容储能单元和锂电池储能单元的调整功率，具体为在 以及ΔP<0且的情况下，控制超级电容储能按照实时最大可充放电功率来响应辅助调频任务，差额部分的功率由锂电池储能承担，同时为了均衡锂电池储能内部储能单元的工作情况，根据等比率系数确定锂电池储能单元所负担的功率。本方案通过控制超级电容优先承担辅助调频工作，对超级电容进行充分利用，减少锂电池储能单元在辅助调频中的响应频次，同时使锂电池储能单元均匀承担较少的辅助调频工作，延长锂电池储能系统的使用寿命。

附图说明

图1是本发明的储能辅助火电机组调频的控制方法实施例的流程图。

具体实施方式

本发明的重点在于提供了一种储能辅助火电机组调频的控制方法，包括如下步骤：

1)计算调度目标有功功率减去调频机组的实时有功功率的差值ΔP、储能单元整体最大可放电有功功率和最大可充电有功功率超级电容储能的最大可放电有功功率和最大可充电有功功率超级电容储能所包括的各组超级电容储能单元的最大可放电有功功率和最大可充电有功功率、锂电池储能的最大可放电有功功率和最大可充电有功功率锂电池储能所包括的各组锂电池储能单元的最大可放电有功功率和最大可充电有功功率；其中，储能单元整体包括超级电容储能和锂电池储能；

2)若则各组超级电容储能单元的调整功率为各组超级电容储能单元的最大可放电有功功率，各组锂电池储能单元的调整功率为ΔP和的差值与各组对应的锂电池放电等比率系数的乘积，锂电池放电等比率系数为锂电池储能单元的最大可放电有功功率和的比值；

若ΔP<0且各组超级电容储能单元的调整功率为各组超级电容储能单元的最大可充电有功功率，各组锂电池储能单元的调整功率为ΔP和的差值与各组对应的锂电池充电等比率系数的乘积，锂电池充电等比率系数为锂电池储能单元的最大可充电有功功率和的比值；

3)根据各组超级电容储能单元的调整功率和各组锂电池储能单元的调整功率对储能单元进行调频控制。

本发明通过计算分析ΔP和和的大小关系，使各组超级电容储能单元的调整功率为各组超级电容储能单元的最大可充可放有功功率，具体为在以及ΔP<0且的情况下，控制超级电容储能按照实时最大可充放电功率来响应辅助调频任务，差额部分的功率由锂电池储能承担，同时为了均衡锂电池储能内部储能单元的工作情况，根据等比率系数确定锂电池储能单元所负担的功率。本方案通过控制超级电容优先承担辅助调频工作，对超级电容进行充分利用，减少锂电池储能单元在辅助调频中的响应频次，同时使锂电池储能单元均匀承担较少的辅助调频工作，延长锂电池储能系统的使用寿命。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明了，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。

储能辅助火电机组调频的控制方法实施例：

本实施例的一种储能辅助火电机组调频的控制方法，根据调度目标功率减去调频机组的实时有功功率的差值和超级电容储能的最大可充可放功率以及储能单元整体最大可充可放功率的大小关系，确定超级电容储能单元和锂电池储能单元的调整功率并进行调整，以使超级电容储能单元优先承担辅助调频功率。具体流程如图1所示，具体步骤如下：

步骤一：储能辅助调频控制装置分别通讯采集超级电容储能单元和锂电池储能单元的运行状态等信息。

通讯采集调频机组对应储能单元的运行状态。分别包括锂电池储能单元和超级电容储能单元的剩余电量其中表示第i组锂电池储能单元的实时剩余电量，表示第k组超级电容储能单元的剩余电量。

步骤二：根据步骤一所采集的储能单元的运行信息，分析计算得出各储能单元的最大可充可放功率。计算方法如下：

上述公式中，分别表示第i组锂电池储能单元的最大可放电有功功率和最大可充电有功功率；分别表示第k组超级电容储能单元的最大可放电有功功率和最大可充电有功功率；分别表示第i组锂电池储能单元的最大允许放电功率和最大允许充电功率，分别表示第k组超级电容储能单元的最大允许放电功率和最大允许充电功率(说明：放电功率为正值，充电功率为负值)。分别表示第i组锂电池储能单元允许剩余电量下限值和上限值，分别表示第k组超级电容储能单元允许剩余电量下限值和上限值。

步骤三：在步骤二的基础上，进一步计算得出调频机组对应锂电池储能整体的最大可充可放有功功率，计算调频机组对应超级电容储能整体的最大可充可放有功功率，计算调频机组对应储能整体的最大可充可放有功功率。储能最大可放电有功功率计算方法如下：

式中为调频机组对应锂电池储能的最大可放电有功功率，为调频机组对应超级电容储能的最大可放电有功功率，为调频机组对应储能单元整体最大可放电有功功率。

储能最大可充电有功功率计算方法如下：

式中为调频机组对应锂电池储能的最大可充电有功功率，为调频机组对应超级电容储能的最大可充电有功功率，为调频机组对应储能单元整体最大可充电有功功率。

步骤四：通讯采集电厂侧RTU系统、机组DCS系统中调频机组运行相关信息，获取调度指令相关信息。主要包括调频机组实时有功功率P_G、调频机组对应的调度目标有功功率值P_S、调频机组的运行状态及AGC投退状态等其他重要信息。

步骤五：根据步骤四所采集的调频机组运行相关信息以及对应的调度AGC目标功率值，分析计算得出调频机组的实时有功功率与调度AGC目标功率的差额ΔP。

ΔP＝P_S-P_G

式中P_S、P_G分别为调频机组的调度目标有功功率值和实时有功功率。

步骤六：在步骤三、步骤五的基础上，将ΔP分别与超级电容储能的最大可充可放功率和储能单元整体最大可充可放功率进行比较，按照超级电容优先承担充放电功率的原则，对调频机组对应的储能单元分配充放电有功功率指令,分别计算得出第i组锂电池储能单元的调整功率和第k组超级电容储能单元的调整功率

本步骤具体分为以下七种情况：

1)若|ΔP|<μ(μ表示储能功率调节死区，且μ≥0)，则控制所有储能单元待机。第i组锂电池储能单元和第k组超级电容储能单元的调整功率为：

2)若则控制调频机组对应的全部储能单元按照最大可放电有功功率放电。具体第i组锂电池储能单元和第k组超级电容储能单元的调整功率为：

其中，为第i组锂电池储能单元的最大可放电有功功率，为第k组超级电容储能单元的最大可放电有功功率。

3)若则控制调频机组对应的全部超级电容储能单元按照最大可放电有功功率放电，调频功率差额部分由锂电池储能单元按照等比率原则承担，第i组锂电池储能单元和第k组超级电容储能单元的调整功率为：

其中

其中，α表示锂电池放电等比率系数。

4)、如果则按照等比率分配的原则控制调频机组对应的全部超级电容储能单元放电，控制锂电池储能单元为待机模式，第i组锂电池储能单元和第k组超级电容储能单元的调整功率为：

其中

其中，β表示超级电容放电等比率系数。

5)如果ΔP<0，且则控制调频机组对应的全部储能单元按照最大可充电有功功率充电，具体第i组锂电池储能单元和第k组超级电容储能单元的调整功率为：

其中，为第i组锂电池储能单元的最大可充电有功功率，为第k组超级电容储能单元的最大可充电有功功率。

6)如果ΔP<0，且则控制调频机组对应的全部超级电容储能单元按照最大可充电有功功率充电，调频功率差额部分由锂电池储能单元按照等比率原则承担，具体第i组锂电池储能单元和第k组超级电容储能单元的调整功率为：

其中

其中，δ表示锂电池充电等比率系数。

7)如果ΔP<0，且则按照等比率分配的原则控制调频机组对应的全部超级电容储能单元充电，控制锂电池储能单元为待机模式，超级电容储能单元按照等比率原则承担调频功率偏差，具体第i组锂电池储能单元和第k组超级电容储能单元的调整功率为：

其中

其中，ε表示超级电容充电等比率系数。

步骤七：将调频机组实时有功功率与对应储能的有功功率叠加合成运算，得出储能辅助机组调频的合成功率，通讯上送至电厂RTU系统并作为调度AGC考核点功率反馈值。储能辅助机组调频的合成功率计算方法如下：

其中P表示储能辅助机组调频的有功合成功率，作为调频机组的考核点功率上送至调度。

储能辅助火电机组调频的控制装置实施例：

本发明还提供了一种储能辅助火电机组调频的控制装置，该装置包括存储器和处理器，以及存储在存储器上的并在处理器上运行的计算机程序指令，处理器用于执行存储在存储器中的计算机程序指令以实现储能辅助火电机组调频的控制方法。

储能辅助火电机组调频的控制方法的具体过程已在储能辅助火电机组调频的控制方法实施例中进行了详细说明，这里不再赘述。其中，处理器可选择微处理器MCU、可编程逻辑器件FPGA等处理装置，存储器可选择移动硬盘、只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)等存储装置。

以上给出了具体的实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式。本发明的基本思路在于上述基本方案，对本领域普通技术人员而言，根据本发明的教导，设计出各种变形的模型、公式、参数并不需要花费创造性劳动。在不脱离本发明的原理和精神的情况下对实施方式进行的变化、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种储能辅助火电机组调频的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)计算调度目标有功功率减去调频机组的实时有功功率的差值ΔP、储能单元整体最大可放电有功功率和最大可充电有功功率超级电容储能的最大可放电有功功率和最大可充电有功功率超级电容储能所包括的各组超级电容储能单元的最大可放电有功功率和最大可充电有功功率、锂电池储能的最大可放电有功功率和最大可充电有功功率锂电池储能所包括的各组锂电池储能单元的最大可放电有功功率和最大可充电有功功率；其中，储能单元整体包括超级电容储能和锂电池储能；

2)若则各组超级电容储能单元的调整功率为各组超级电容储能单元的最大可放电有功功率，各组锂电池储能单元的调整功率为ΔP和的差值与各组对应的锂电池放电等比率系数的乘积，锂电池放电等比率系数为锂电池储能单元的最大可放电有功功率和的比值；

若ΔP<0且各组超级电容储能单元的调整功率为各组超级电容储能单元的最大可充电有功功率，各组锂电池储能单元的调整功率为ΔP和的差值与各组对应的锂电池充电等比率系数的乘积，锂电池充电等比率系数为锂电池储能单元的最大可充电有功功率和的比值；

3)根据各组超级电容储能单元的调整功率和各组锂电池储能单元的调整功率对储能单元进行调频控制。

2.根据权利要求1所述的储能辅助火电机组调频的控制方法，其特征在于，当|ΔP|<μ时，μ为储能功率调节死区且μ≥0，各组锂电池储能单元和各组超级电容储能单元的调整功率为零。

3.根据权利要求1所述的储能辅助火电机组调频的控制方法，其特征在于，当时，各组超级电容储能单元和各组锂电池储能单元的调整功率分别为各组超级电容储能单元的最大可放电有功功率和各组锂电池储能单元的最大可放电有功功率。

4.根据权利要求1所述的储能辅助火电机组调频的控制方法，其特征在于，当时，μ为储能功率调节死区且μ≥0，各组锂电池储能单元的调整功率为零，各组超级电容储能单元的调整功率为ΔP与各组对应的超级电容放电等比率系数的乘积，超级电容放电等比率系数为超级电容储能单元的最大可放电有功功率和的比值。

5.根据权利要求1所述的储能辅助火电机组调频的控制方法，其特征在于，当ΔP<0且时，各组超级电容储能单元和各组锂电池储能单元的调整功率分别为各组超级电容储能单元的最大可充电有功功率和各组锂电池储能单元的最大可充电有功功率。

6.根据权利要求1所述的储能辅助火电机组调频的控制方法，其特征在于，当ΔP<0且时，μ为储能功率调节死区且μ≥0，各组锂电池储能单元的调整功率为零，各组超级电容储能单元的调整功率为ΔP与各组对应的超级电容充电等比率系数的乘积，超级电容充电等比率系数为超级电容储能单元的最大可充电有功功率和的比值。

7.一种储能辅助火电机组调频的控制装置，其特征在于，该装置包括存储器和处理器，以及存储在存储器上的并在处理器上运行的计算机程序指令，处理器用于执行存储在存储器中的计算机程序指令以实现如权利要求1～6任一项所述的储能辅助火电机组调频的控制方法。