CN218040846U - 一种燃气循环机组内储能辅助系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种燃气循环机组内储能辅助系统，包括多套磷酸铁锂电池储能系统，每套磷酸铁锂电池储能系统包括蓄电池组、电池管理系统BMS、储能变流器PCS和能量管理系统EMS；蓄电池组包括多个电池并联而成；蓄电池组经储能变流器PCS、隔离变压器与整个储能辅助系统连接；通过电池管理系统BMS和储能变流器EMS对电池和能量进行控制管理，每个蓄电池组均装有电池管理系统BMS，对电池的充放电进行在线管理，电池管理系统BMS与储能变流器PCS通过以太网与后台监控相连，执行充放电控制。本实用新型与传统黑启动电源相比，储能系统具有占地规模小、布点灵活、调节幅度更大、动态响应更快等特点。

Description

一种燃气循环机组内储能辅助系统

技术领域

本实用新型属于建筑装饰领域，具体来说，涉及一种燃气循环机组内储能辅助系统。

背景技术

近年来，电网的大面积停电事故使电网对电厂的黑启动能力日益重视。黑启动是在电力系统因故障停运后，系统全部停电，处于全“黑”状态，不依赖其他网络帮助，通过系统中具有自启动能力的发电机组启动，带动无自启动能力的发电机组，逐步扩大系统的供电范围，最终实现整个系统恢复供电的过程。

现有燃气-蒸汽联合循环机组的黑启动方式大部分依靠大型柴油发电机组对工厂用电进行供电，提供燃气-蒸汽联合循环机组启动的电力需求。这种模式需要额外增加一套大型柴油机组作为备用电源，长期的维护保养费用较高，且供电电源质量不够稳定。

发明内容

针对现有黑启动方式大部分依靠大型柴油发电机组对工厂用电进行供电，需要额外增加一套大型柴油机组作为备用电源，长期的维护保养费用较高，且供电电源质量不够稳定的问题，本实用新型提供了一种燃气循环机组内储能辅助系统。

为实现上述技术目的，本实用新型采用的技术方案如下：

一种燃气循环机组内储能辅助系统，包括多套磷酸铁锂电池储能系统，每套磷酸铁锂电池储能系统包括蓄电池组、电池管理系统BMS、储能变流器PCS和能量管理系统EMS；

蓄电池组包括多个电池并联而成；蓄电池组经储能变流器PCS、隔离变压器与整个储能辅助系统连接；通过电池管理系统BMS和能量管理系统EMS对电池和能量进行控制管理，每个蓄电池组均装有电池管理系统BMS，对电池的充放电进行在线管理，电池管理系统BMS与储能变流器PCS通过以太网与后台监控相连，执行充放电控制。

进一步地，整个储能辅助系统包括充电回路、储能黑启动回路及储能辅助调频回路。

进一步地，充电回路包括两路380VAC冗余电源；一路接入用户端电厂380V厂用电，另外一路接入站用变压器6.6kV/380V低压侧。为了保证储能系统在全厂失电后，能正常工作设计了储能站用电源系统，为储能系统的照明、暖通和控制系统等辅助设备提供电源。从而保障在辅助供电中断情况下储能系统设备运行安全。

进一步地，储能黑启动回路用户端厂用电电压等级为6.6kV和400V，6.6kV 1M、6.6kV 2M和6.6kV 3M段母线正常运行由#01高厂变供电，#02高厂变供电开关联锁备用；6.6kV 4M和6.6kV 5M段母线正常运行由#03高厂变供电，#02高厂变供电开关联锁备用。三套联合循环机组正常运行方式，分别由6.6kV 3M/4M/5M三段厂用母线各自供电，因此每段6.6kV厂用母线需具备黑启动能力。为了保证燃机启动所需功率及负载容量，储能6.6kV6M/6.6kV 7M、6.6kV 7M/6.6kV 8M段母线之间设置母联开关，燃机黑启动时，3套3MW储能采用并联使用运行方式。储能6.6kV 6M、6.6kV 7M、6.6kV 8M段母线并联后分别经开关接入厂用6.6kV各段母线。

储能系统选择黑启动方式，储能母线段建压完成。运行人员根据选择启动哪台燃机要求通过#02高厂变低压侧母排来恢复相应6.6kV段电源，恢复机组启动所需厂用电源。

黑启动基本方法：储能黑启动方式→储能6.6kV 6M/7M/8M母线段建压→恢复机组厂用电→燃机启动→死母线合闸→110kV母线→投入#01、#03高厂变→同期切换机组厂用电(退出储能系统供电)→根据电网要求继续恢复其他燃机或外送电源。

进一步地，调频回路通过调频变压器接入汽轮机发电机主变的低压侧。

进一步地，调频回路包括远动装置RTU、机组DCS系统和储能控制系统EMS；电网通过远动装置RTU下发AGC负荷调节指令，机组DCS系统和储能控制系统EMS同时接收AGC指令，控制机组出力跟踪电网调度指令。

机组DCS系统和储能控制系统同时响应，机组响应较慢，储能控制系统会快速响应，随着机组的响应，储能控制系统会根据负荷指令和机组响应出力情况来调整其输出或储存功率，当机组实际出力低于AGC指令要求时，储能系统放电馈送电能；反之，当机组实际出力高于AGC指令要求时，储能系统充电吸收电能；从而主动弥补机组实际出力与AGC指令间的偏差。

本实用新型相比现有技术，具有如下有益效果：

与传统黑启动电源相比，储能系统具有占地规模小、布点灵活、调节幅度更大、动态响应更快等特点。如果在燃气轮机机组中配储能系统，可在黑启动初始阶段，为其提供可靠的电源。而且不论是从配备发电机的类型，还是从稳定性、启动成功率、环保性、经济性上来说，储能系统相较于小型柴油机，都更具优势。储能系统参与发电机机组黑启动时，启动速度更快，更加经济可靠，有效解决局部电网黑启动电源不足的问题，减少大停电损失，对电力系统崩溃后的恢复具有重要意义。

另外，随着电网现货市场政策的推行以及新能源渗透比例的不断提升，电网对调频里程的需求将会显著提升，调频机组参与AGC响应的需求也会随之提升；储能辅助调频系统能够精确地响应电力调频，解决了传统机组调节速率慢、折返延迟和误差大的缺点，又能够使发电机组在保持平稳运行的同时大幅度提高调频性能，提高了机组运行调整的安全性，为机组带来经济效益。

附图说明

图1为本实用新型一种燃气循环机组内储能辅助系统的整体结构框图；

图2为本实施例储能辅助系统的部分结构示意图；

图3为本实施例储能辅助系统接入电厂结构示意图；

图4为本实施例储能辅助系统调频回路控制流程示意图。

图中标记说明：10-蓄电池组，20-电池管理系统BMS，30-储能变流器PCS，40-能量管理系统EMS，50-储能系统母线，60-充电回路，70-储能黑启动回路，80-储能辅助调频回路，101-隔离变压器。

具体实施方式

为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例与附图对本实用新型作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本实用新型的限定。

如图1所示，一种燃气循环机组内储能辅助系统，包括多套磷酸铁锂电池储能系统，每套磷酸铁锂电池储能系统包括蓄电池组10、电池管理系统BMS20、储能变流器PCS30和能量管理系统EMS40。

蓄电池组10包括多个电池并联而成；蓄电池组10经储能变流器PCS30、隔离变压器101与整个储能辅助系统连接；通过电池管理系统BMS20和能量管理系统EMS40对电池和能量进行控制管理，每个蓄电池组10均装有电池管理系统BMS20，对电池的充放电进行在线管理，电池管理系统BMS20与储能变流器PCS30通过以太网与后台监控相连，执行充放电控制。

整个储能辅助系统包括充电回路60、储能黑启动回路70及储能辅助调频回路80。每套蓄电池组10经过PCS、3150kVA 6.6±2×2.5％/0.4kV的隔离变压器101输出6.6kV至储能系统母线50。

如图2所示，6.6kV 6M段母线通过黑启动供电开关662H接入#02高厂变低压侧母排，作为黑启动时厂用电供电电源。6.6kV 2M段母线引一回线路通过充电开关6072接入6.6kV 7M段，作为储能电池的充电回路60。

充电回路60包括两路380VAC冗余电源；一路接入用户端电厂380V厂用电，另外一路接入站用变压器6.6kV/380V低压侧。为了保证储能系统在全厂失电后，能正常工作设计了储能站用电源系统，为储能系统的照明、暖通和控制系统等辅助设备提供电源。从而保障在辅助供电中断情况下储能系统设备运行安全。

如图3所示，储能黑启动回路70用户端厂用电电压等级为6.6kV和400V，6.6kV 1M、6.6kV 2M和6.6kV 3M段母线正常运行由#01高厂变供电，#02高厂变供电开关联锁备用；6.6kV 4M和6.6kV 5M段母线正常运行由#03高厂变供电，#02高厂变供电开关联锁备用。三套联合循环机组正常运行方式，分别由6.6kV 3M/4M/5M三段厂用母线各自供电，因此每段6.6kV厂用母线需具备黑启动能力。为了保证燃机启动所需功率及负载容量，储能6.6kV6M/6.6kV 7M、6.6kV 7M/6.6kV 8M段母线之间设置母联开关，燃机黑启动时，3套3MW储能采用并联使用运行方式。储能6.6kV 6M、6.6kV 7M、6.6kV 8M段母线并联后分别经开关接入厂用6.6kV各段母线。

储能系统选择黑启动方式，储能母线段建压完成。运行人员根据选择启动哪台燃机要求通过#02高厂变低压侧母排来恢复相应6.6kV段电源，恢复机组启动所需厂用电源。

黑启动基本方法：储能黑启动方式→储能6.6kV 6M/7M/8M母线段建压→恢复机组厂用电→燃机启动→死母线合闸→110kV母线→投入#01、#03高厂变→同期切换机组厂用电(退出储能系统供电)→根据电网要求继续恢复其他燃机或外送电源。

如图4所示，调频回路通过调频变压器接入汽轮机发电机主变的低压侧。考虑到该电厂发电机组主变的额定容量，拟把储能系统调频回路通过调频变压器接入汽轮机发电机主变即#2主变、#4主变、#11主变的低压侧。汽机发电机出口电压为10.5kV，因此从每段储能母线上通过开关接入一台6.6/10.5kV升压变(#1调频变、#2调频变、#3调频变)，从每台升压变高压侧通过隔离开关分别接入#2机、#4机、#11机汽机发电机出口，以实现AGC辅助调频功能，每套储能系统可单独对一台机组实施辅助调频功能；也可以通过储能母线母联开关实现多套储能系统对一台机组实施辅助调频功能。

根据本电厂原有电气一次接线图，拟先利用储能系统作为外部电源，启动#1、#3、#10机至空载满速，通过死母线合闸功能，电源送至110kV母线5M/6M/7M，通过投入#01或#03高压厂用变压器，厂用电切换方式，实现燃气轮机带厂用电运行，并退出储能系统，将本厂运行方式按照电网要求实现初始可控状态。

调频回路包括远动装置RTU、机组DCS系统和储能控制系统EMS；电网通过远动装置RTU下发AGC负荷调节指令，机组DCS系统和储能控制系统EMS同时接收AGC指令，控制机组出力跟踪电网调度指令。

在燃气-蒸汽联合循环机组中，增加储能设备，以燃气轮机组作为响应AGC调频指令的基础单元，而以储能系统作为补充的快速响应单元。利用储能系统快速调节输出功率的能力，达到改善机组AGC响应速度和精度、缓解机组设备磨损并降低运行风险的目的。

机组DCS系统和储能控制系统同时响应，机组响应较慢，储能控制系统会快速响应，随着机组的响应，储能控制系统会根据负荷指令和机组响应出力情况来调整其输出或储存功率，当机组实际出力低于AGC指令要求时，储能系统放电馈送电能；反之，当机组实际出力高于AGC指令要求时，储能系统充电吸收电能；从而主动弥补机组实际出力与AGC指令间的偏差。

以上对本申请提供的一种燃气循环机组内储能辅助系统进行了详细介绍。具体实施例的说明只是用于帮助理解本申请的结构及其设计方案。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护范围内。

Claims (6)

1.一种燃气循环机组内储能辅助系统，其特征在于，包括多套磷酸铁锂电池储能系统，每套磷酸铁锂电池储能系统包括蓄电池组(10)、电池管理系统BMS(20)、储能变流器PCS(30)和能量管理系统EMS(40)；

蓄电池组(10)包括多个电池并联而成；蓄电池组(10)经储能变流器PCS(30)、隔离变压器(101)与整个储能辅助系统连接；通过电池管理系统BMS(20)和能量管理系统EMS(40)对电池和能量进行控制管理，每个蓄电池组(10)均装有电池管理系统BMS(20)，对电池的充放电进行在线管理，电池管理系统BMS(20)与储能变流器PCS(30)通过以太网与后台监控相连，执行充放电控制。

2.根据权利要求1所述的一种燃气循环机组内储能辅助系统，其特征在于，整个储能辅助系统包括充电回路(60)、储能黑启动回路(70)及储能辅助调频回路(80)。

3.根据权利要求2所述的一种燃气循环机组内储能辅助系统，其特征在于，充电回路(60)包括两路380VAC冗余电源；一路接入用户端电厂380V厂用电，另外一路接入站用变压器6.6kV/380V低压侧。

4.根据权利要求2所述的一种燃气循环机组内储能辅助系统，其特征在于，储能黑启动回路(70)用户端厂用电电压等级为6.6kV和400V，6.6kV1M、6.6kV2M和6.6kV3M段母线正常运行由#01高厂变供电，#02高厂变供电开关联锁备用；6.6kV4M和6.6kV5M段母线正常运行由#03高厂变供电，#02高厂变供电开关联锁备用。

5.根据权利要求2所述的一种燃气循环机组内储能辅助系统，其特征在于，调频回路通过调频变压器接入汽轮机发电机主变的低压侧。

6.根据权利要求5所述的一种燃气循环机组内储能辅助系统，其特征在于，调频回路包括远动装置RTU、机组DCS系统和储能控制系统EMS；电网通过远动装置RTU下发AGC负荷调节指令，机组DCS系统和储能控制系统EMS同时接收AGC指令，控制机组出力跟踪电网调度指令。

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