CN209250256U - 一种超级电容参与电厂调频的系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种超级电容参与电厂调频的系统，包括：电厂调频控制模块、超级电容控制柜和超级电容装置，本实用新型利用超级电容充放电功率调节响应速度快的特点，通过快速增减超级电容的快速充放电电量，实现火电机组一次调频、二次调频的响应，利用上网电量的快速负荷响应，从而避免火电机组由于调频自动发电控制调节和数字电液调节造成的机组汽机调门、汽机转速的快速变化、高低加投切等机组本身的调频措施造成的运行难度增加和机组寿命降低。
Description
技术领域
本实用新型涉及火电厂调频领域，尤其涉及一种火力发电机组利用超级电容参与电网调频辅助服务的技术。
背景技术
近年来随着中国国民经济的飞速发展，人们对电力的需求也急剧增加，峰谷差日益增大。中国电力供应峰谷比约为10/0.7，远高于一般发展中国家的平均水平1/0.63，比美国1/0.25的峰谷比高得多，因此中国发电机组的调峰任务艰巨。发电机组的调频能力是维护电网功率平衡和安全稳定的第1道重要屏障，其调节能力和性能对电网的动态稳定性显得尤为重要；此外，风能、核能等电源的飞速发展，相对降低了电网的自调节能力，大规模接入的风电机组甚至引入了额外的随机功率扰动，使电网稳定性进一步恶化。合理规范并监测机组调频参数和性能，保障机组良好的调频能力，对电网的安全稳定运行和未来智能电网环境下的优化调度具有重要的意义。
目前火力发电机组的自动发电控制(AGC)、调频性能是统调机组涉网性能中的2个重要指标，电网调度对机组的AGC、调频性能有严格的要求，这2个指标也是电网“二个细则”考核的重要内容，尤其是AGC品质直接体现机组的性能。目前机组主要通过锅炉、汽轮机的协调控制，依靠增、减燃料量，开大或关小汽轮机调门来响应电网的需求，由于锅炉存在迟延，机组负荷响应始终存在局限性；汽轮机为确保有调节裕量，调门也无法保持全开状态，限制了调节的深度。
另外，目前大多数发电厂采用DEH(数字式电液)控制系统,为了负荷的稳定和考核的需要,避免机组随频率变动而频繁进行调节,影响负荷的稳定,将汽轮机转速调节系统的一次调频死区设置的比较大,一次调频作用几乎被切除,使得电网的频率主要靠二次调频来维持。研究表明,在突发性事故和大的负荷(功率)扰动时,很多机组尽管具有调节负荷的能力,但对频率偏差的调频响应几乎为零,此时就会出现频率大幅度波动甚至发生系统崩溃的恶性事故。
而目前利用三元锂蓄电池进行储能调频的项目已经建成几个，但三元锂电池由于能量密度高而功率密度低，对于火电厂调频的应用场景来说，秒级的充放电和每天高达上千次的充放电次数，是一个严峻的挑战，因此已经出现了两起电池充放电功率密度过高而导致的着火爆炸事故。
实用新型内容
本实用新型利用了超级电容可以进行快速调节响应和无级调节的特点，创新性地将超级电容充放电控制与发电厂自动发电控制和电网调频控制进行联动，通过超级电容快速充放电，实现机组响应电网的自动发电控制和调频对机组负荷的变动要求。
本实用新型解决前述技术问题所采用的技术方案是：
一种超级电容参与电厂调频的系统，其特征在于，该系统包括：
电厂调频控制模块、超级电容供电或放电线路、超级电容控制柜和超级电容装置；
所述超级电容装置通过供电或放电线路连接发电机组发电机和电网；
所述电厂调频控制模块，与电厂集中控制系统连接，接受电网调度中心或AGC控制模块的电网调频指令；
所述电厂调频控制模块还连接到超级电容控制柜和超级电容装置；
所述超级电容控制柜，与所述电厂调频控制模块相连，控制所述超级电容装置中的超级电容进行快速充电或快速放电。
进一步，所述超级电容装置，利用调频富余电力通过超级电容供电线路进行充电操作，利用超级电容放电线路进行放电操作；
所述电厂调频控制模块连接到超级电容控制柜和超级电容装置，通过超级电容控制柜控制所述超级电容装置中的超级电容充放电，满足电网调频响应需求。
进一步，所述超级电容的供电线路包括：
第一变压器(3)和第一开关(3-1)；
输入的电压经过第一变压器(3)进行变压后经过第一开关(3-1)输送给超级电容控制柜；或不经过第一变压器(3)直接给超级电容控制柜供电。
进一步，电厂输出电压通过升压变压器(1)升压到220kV～500kV后输出到电网，所述超级电容的供电线路包括：
第二变压器(2)，用于将输入的电压变压后经过第二开关(2-1)输送给超级电容控制柜。
进一步，所述超级电容的供电线路包括：
第三变压器(4)和第三开关(4-1)；
输入的电压经过第三变压器(4)进行变压后经过第三开关(4-1)输送给超级电容控制柜(5)；或不经过第三变压器(4)变压直接给超级电容控制柜供电。
进一步，所述超级电容的放电线路包括：
第四变压器(7)和第四开关(7-1)；
超级电容装置(6)的放电电压经过第四变压器(7)变压后经过第四开关(7-1)给发电机出口线路供电；或不经过第四变压器(7)变压直接给发电机出口线路供电。
进一步，所述超级电容装置是双电层电容器、法拉第赝电容器、水系超级电容器、有机系超级电容器、对称超级电容器、非对称超级电容器、固体电解质超级电容器或液体电解质超级电容器中的任意一种或几种组合。
进一步，所述超级电容控制柜内设置逆变器，实现直流转交流(放电工况)，或交流转直流(充电工况)的功能。
进一步，电厂调频控制模块可以集成在现有电厂集中控制系统中，也可在集中控制室内单独设置一个控制柜，与电厂集中控制系统进行通讯和连接。
进一步,电厂调频控制模块包括厂内各个机组的远程终端控制系统(RTU)、调频控制芯片及各种计算存储器、数据信号通讯模块、系统频率和功率接收模块。
进一步，还包括蓄电池充放电系统，利用超级电容响应一次调频，利用蓄电池响应二次调频，满足电网对发电厂调频的考核要求。
本实用新型的有益效果是：
1)本实用新型利用超级电容快速响应和无级调节的特点，通过超级电容快速充放电满足电网对发电厂调频的考核要求；
2)本实用新型摒弃了常规机组为满足电网调频要求，通过DEH系统控制造成的汽机调门频繁动作或大量锅炉快速负荷调整、磨煤机出力变化等机组扰动，增加了机组运行安全性，延长了机组寿命；
3)本实用新型利用超级电容最快响应时间可达到毫秒级别，可以极大的增加机组调频的响应速率，使得火电机组适应未来更多不稳定风电光伏的电网结构。
附图说明
图1为本实用新型的系统架构一种实施方式的示意图；
图2为本实用新型的系统架构的另一种实施方式的示意图。
图示说明：
1.升压变压器；2.第二变压器；2-1.第二开关；3.第一变压器；3-1.第一开关；4.第三变压器；4-1.第三开关；5.超级电容控制柜；6.超级电容装置；7.第四变压器；7-1.第四开关；8.蓄电池控制柜；9.蓄电池装置
具体实施方式
为了更进一步了解本实用新型的实用新型内容，下面将结合具体实施例对本实用新型作更为详细的描述，实施例只对本实用新型具有示例性作用，而不具有任何限制性的作用；任何本领域技术人员在本实用新型的基础上作出的非实质性修改，都应属于本实用新型保护的范围。
如附图1所示，本实用新型提供了一种超级电容参与电厂调频的系统，包括：
电厂调频控制模块、超级电容供电或放电线路、超级电容控制柜(5)和超级电容装置(6)；
其中超级电容装置(6)通过供电或放电线路连接发电机组发电机和电网，利用调频富余电力通过超级电容供电线路进行充电操作，利用超级电容放电线路进行放电操作；
其中所述电厂调频控制模块，与电厂集中控制系统连接，接受电网调度中心或AGC控制模块的电网调频指令；电厂调频控制模块连接到超级电容控制柜和超级电容装置，通过超级电容控制柜控制超级电容充放电，满足电网调频响应需求；
电厂调频控制模块可以集成在现有电厂集中控制系统中，也可在集中控制室内单独设置一个控制柜，与电厂集中控制系统进行通讯和连接。
电厂调频控制模块包括厂内各个机组的远程终端控制系统(RTU)、调频控制芯片及各种计算存储器、数据信号通讯模块、系统频率和功率接收模块。
电厂调频控制模块与自动发电控制模块(AGC控制模块)与电厂集中控制系统一起，组成配合电网调度中心调度指令的电厂负荷和频率控制综合系统。
其中超级电容控制柜(5)，与所述电厂调频控制模块相连，通过控制超级电容装置(6)的超级电容进行快速充电或快速放电，实现本系统快速响应电网调频需求。
在本实用新型的部分实施方式中，所述超级电容装置(6)的超级电容的供电线路包括：
第一变压器(3)和第一开关(3-1)；
输入的电压经过第一变压器(3)进行变压后经过第一开关(3-1)输送给超级电容控制柜(5)；或不经过第一变压器(3)直接给超级电容控制柜(5)供电。
在本实用新型的部分实施方式中，电厂输出电压通过升压变压器(1)升压到220kV～500kV后输出到电网，所述超级电容的供电线路包括：
第二变压器(2)，用于将输入的电压变压后经过第二开关(2-1)输送给超级电容控制柜(5)。
在本实用新型的部分实施方式中，所述超级电容的供电线路包括：
第三变压器(4)和第三开关(4-1)；
输入的电压经过第三变压器(4)进行变压后经过第三开关(4-1)输送给超级电容控制柜(5)；或不经过第三变压器(4)变压直接给超级电容控制柜(5)供电。
在本实用新型的部分实施方式中，所述超级电容的放电线路包括：
第四变压器(7)和第四开关(7-1)；
超级电容装置(6)的放电电压经过第四变压器(7)变压后经过第四开关(7-1)给发电机出口线路供电；或不经过第四变压器(7)变压直接给发电机出口线路供电。
在本实用新型的部分实施方式中，所述超级电容装置(6)是双电层电容器、法拉第赝电容器、水系超级电容器、有机系超级电容器、对称超级电容器、非对称超级电容器、固体电解质超级电容器或液体电解质超级电容器中的任意一种或几种组合。
在本实用新型的部分实施方式中，所述超级电容控制柜内设置逆变器，实现直流转交流(放电工况)，或交流转直流(充电工况)的功能。
在本实用新型的部分实施方式中，所述电厂调频控制模块用于执行以下调频操作中的至少一种：发电机组一次调频控制、发电机组二次调频控制、发电机组数字电液(DEH)调节和自动发电控制(AGC)。
在本实用新型的部分实施方式中，所述的电厂调频控制模块中的一次调频、二次调频和自动发电控制(AGC)的控制指令可以直接作用在超级电容控制柜(5)上。
实施例1
如附图1所示，本实用新型提供了一种超级电容火电厂调频系统，包括：
电厂调频控制模块、超级电容供电或放电线路、超级电容控制柜(5)和超级电容装置(6)；
其中超级电容装置(6)通过供电或放电线路连接发电机组发电机和电网，利用调频富余电力通过超级电容供电线路进行充电操作，利用超级电容放电线路进行放电操作；
其中电厂调频控制模块，与电厂集中控制系统连接，接受电网调度中心或AGC控制模块的电网调频指令，电厂调频控制模块连接到超级电容控制柜(5)和超级电容装置(6)，通过超级电容控制柜控制超级电容充放电，满足电网调频响应需求；
其中超级电容控制柜(6)，与所述电厂调频控制模块相连，通过控制超级电容进行快速充电或快速放电，实现本系统快速响应电网调频需求。
本实施例中，所述超级电容的供电线路包括：
第一变压器(3)和第一开关(3-1)；
输入的电压经过第一变压器(3)进行变压后经过第一开关(3-1)输送给超级电容控制柜(5)；或不经过第一变压器(3)直接给超级电容控制柜(5)供电。
本实施例中，电厂输出电压通过升压变压器(1)升压到220kV～500kV后输出到电网，所述超级电容的供电线路包括：
第二变压器(2)，用于将输入的电压变压后经过第二开关(2-1)输送给超级电容控制柜。
本实施例中，所述超级电容装置(6)的超级电容的供电线路包括：
第三变压器(4)和第三开关(4-1)；
输入的电压经过第三变压器(4)进行变压后经过第三开关(4-1)输送给超级电容控制柜；或不经过第三变压器(4)变压直接给超级电容控制柜(5)供电。
本实施例中，所述超级电容装置(6)的超级电容的放电线路包括：
第四变压器(7)和第四开关(7-1)；
超级电容装置(6)的放电电压经过第四变压器(7)变压后经过第四开关(7-1)给发电机出口线路供电；或不经过第四变压器(7)变压直接给发电机出口线路供电。
本实施例中，所述超级电容装置(6)是双电层电容器、法拉第赝电容器、水系超级电容器、有机系超级电容器、对称超级电容器、非对称超级电容器、固体电解质超级电容器或液体电解质超级电容器中的任意一种或几种组合。
本实施例中，所述超级电容控制柜内设置逆变器，实现直流转交流(放电工况)，或交流转直流(充电工况)的功能。
本实施例中，所述电厂调频控制模块用于执行以下调频操作中的至少一种：发电机组一次调频控制、发电机组二次调频控制、发电机组数字电液调节和自动发电控制(AGC)。
本实施例中，所述的电厂调频控制模块中的一次调频、二次调频和自动发电控制(AGC)的控制指令可以直接作用在超级电容控制柜(5)上。
实施例2
实施例2与实施例1类似，不同之处在于所述超级电容装置的超级电容的供电全部来自与厂用电，例如连接在厂用电电压6kV的线路上，这个充电电压最低，相应的降压器成本可以降低，系统安全性也可以提高。
另外，在本实施例中，所述超级电容装置(6)是法拉第赝电容器类型。
实施例3
实施例3类似实施例1所述的超级电容火电厂调频系统，所不同的是，所述超级电容装置的超级电容的供电来自于发电机出口，输入的电压经过第一变压器(3)进行变压后经过第一开关(3-1)输送给超级电容控制柜(5)；或不经过第一变压器(3)直接给超级电容控制柜(5)供电。
实施例4
如图2所示，实施例4与实施例1所述的超级电容火电厂调频系统，所不同的是，添加蓄电池充放电系统，利用超级电容响应一次调频，利用蓄电池响应二次调频，满足电网对发电厂调频的考核要求。
尽管具体地参考其优选实施例来示出并描述了本实用新型，但本领域的技术人员可以理解，可以做出形式和细节上的各种改变而不脱离所附权利要求书中所述的本实用新型的范围。以上结合本实用新型的具体实施例做了详细描述，但并非是对本实用新型的限制。凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，均仍属于本实用新型技术方案的范围。
Claims (11)
1.一种超级电容参与电厂调频的系统，其特征在于，该系统包括：
电厂调频控制模块、超级电容供电或放电线路、超级电容控制柜和超级电容装置；
所述超级电容装置通过供电或放电线路连接发电机组发电机和电网；
所述电厂调频控制模块，与电厂集中控制系统连接，接受电网调度中心或AGC控制模块的电网调频指令；
所述电厂调频控制模块还连接到超级电容控制柜和超级电容装置；
所述超级电容控制柜，与所述电厂调频控制模块相连，控制所述超级电容装置中的超级电容进行快速充电或快速放电。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于,所述超级电容装置，利用调频富余电力通过超级电容供电线路进行充电操作，利用超级电容放电线路进行放电操作；
所述电厂调频控制模块连接到超级电容控制柜和超级电容装置，通过超级电容控制柜控制所述超级电容装置中的超级电容充放电，满足电网调频响应需求。
3.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述超级电容的供电线路包括：
第一变压器（3）和第一开关（3-1）；
输入的电压经过第一变压器（3）进行变压后经过第一开关（3-1）输送给超级电容控制柜；或不经过第一变压器（3）直接给超级电容控制柜供电。
4.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，电厂输出电压通过升压变压器（1）升压到220kV-500kV后输出到电网，所述超级电容的供电线路包括：
第二变压器（2），用于将输入的电压变压后经过第二开关（2-1）输送给超级电容控制柜。
5.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述超级电容的供电线路包括：
第三变压器（4）和第三开关（4-1）；
输入的电压经过第三变压器（4）进行变压后经过第三开关（4-1）输送给超级电容控制柜；或不经过第三变压器（4）变压直接给超级电容控制柜供电。
6.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述超级电容的放电线路包括：
第四变压器（7）和第四开关（7-1）；
超级电容装置（6）的放电电压经过第四变压器（7）变压后经过第四开关（7-1）给发电机出口线路供电；或不经过第四变压器（7）变压直接给发电机出口线路供电。
7.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述超级电容装置是双电层电容器、法拉第赝电容器、水系超级电容器、有机系超级电容器、对称超级电容器、非对称超级电容器、固体电解质超级电容器或液体电解质超级电容器中的任意一种或几种组合。
8.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述超级电容控制柜内设置逆变器，实现直流转交流，或交流转直流的功能。
9.根据权利要求1或2所述的系统, 其特征在于，电厂调频控制模块可以集成在现有电厂集中控制系统中，也可在集中控制室内单独设置一个控制柜，与电厂集中控制系统进行通讯和连接。
10.根据权利要求1或2所述的系统, 其特征在于，电厂调频控制模块包括厂内各个机组的远程终端控制系统（RTU）、调频控制芯片及计算存储器、数据信号通讯模块、系统频率和功率接收模块。
11.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，还包括蓄电池充放电系统，利用超级电容响应一次调频，利用蓄电池响应二次调频，满足电网对发电厂调频的考核要求。
Applications Claiming Priority (2)
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|---|---|---|---|
| CN201821390538 | 2018-08-27 | ||
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Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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| CN209250256U true CN209250256U (zh) | 2019-08-13 |
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ID=67531593
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|---|---|---|---|
| CN201822035948.7U Active CN209250256U (zh) | 2018-08-27 | 2018-12-05 | 一种超级电容参与电厂调频的系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN209250256U (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110768276A (zh) * | 2019-12-02 | 2020-02-07 | 阳光电源股份有限公司 | 一种火储联合系统的控制方法、储能装置及系统 |
| CN112467805A (zh) * | 2020-12-10 | 2021-03-09 | 华能威海发电有限责任公司 | 一种双异步反馈火力发电一次和二次调频综合优化系统 |
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2018
- 2018-12-05 CN CN201822035948.7U patent/CN209250256U/zh active Active
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110768276A (zh) * | 2019-12-02 | 2020-02-07 | 阳光电源股份有限公司 | 一种火储联合系统的控制方法、储能装置及系统 |
| CN112467805A (zh) * | 2020-12-10 | 2021-03-09 | 华能威海发电有限责任公司 | 一种双异步反馈火力发电一次和二次调频综合优化系统 |
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