張玉林

摘要：本文通過(guò)查閱大量的資料，對(duì)儲(chǔ)能調(diào)頻技術(shù)特征、儲(chǔ)能調(diào)頻系統(tǒng)構(gòu)成進(jìn)行了研究，對(duì)電儲(chǔ)能調(diào)頻實(shí)施方案中的電儲(chǔ)能容量配置、電儲(chǔ)能系統(tǒng)接入方式、機(jī)組RTU系統(tǒng)改造等進(jìn)行了總結(jié)，并對(duì)運(yùn)行性能結(jié)果與經(jīng)濟(jì)性效果進(jìn)行分析，促進(jìn)火力發(fā)電廠儲(chǔ)能調(diào)頻系統(tǒng)的優(yōu)化發(fā)展。

關(guān)鍵詞：火力發(fā)電廠;儲(chǔ)能調(diào)頻;系統(tǒng);應(yīng)用

1 儲(chǔ)能調(diào)頻必要性

當(dāng)前優(yōu)質(zhì)的調(diào)頻資源非常少，且電網(wǎng)的負(fù)荷波動(dòng)比較大，電網(wǎng)的負(fù)荷和火電廠之間的出力偏差就會(huì)導(dǎo)致頻率的偏移。而隨著我國(guó)風(fēng)光發(fā)電市場(chǎng)的逐漸成熟，使得電網(wǎng)短時(shí)間內(nèi)的供需平衡出現(xiàn)了較為嚴(yán)重的問(wèn)題?？楷F(xiàn)有燃煤機(jī)組的慣性調(diào)節(jié)不能滿足要求，而儲(chǔ)能可以把頻率調(diào)整回來(lái)，能夠在毫秒級(jí)中做出響應(yīng)。

2 火電廠儲(chǔ)能調(diào)頻系統(tǒng)技術(shù)分析

2.1 火電廠儲(chǔ)能調(diào)頻技術(shù)特征

自動(dòng)發(fā)電控制（AGC）通過(guò)實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)電網(wǎng)中機(jī)組的有功出力，實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)頻率及聯(lián)絡(luò)線功率進(jìn)行控制，解決分鐘或秒級(jí)短時(shí)間尺度內(nèi)，區(qū)域電網(wǎng)具有隨機(jī)特性的有功不平衡問(wèn)題。目前電網(wǎng)AGC調(diào)頻功能主要由水電、燃?xì)鈾C(jī)組以及火電機(jī)組提供。將一次能源轉(zhuǎn)換成電能將經(jīng)歷一系列復(fù)雜過(guò)程，目前作為主力的火電機(jī)組的AGC調(diào)頻性能與電網(wǎng)的調(diào)節(jié)期望差距較大，具體表現(xiàn)為調(diào)節(jié)的延遲、偏差（超調(diào)和欠調(diào)）等現(xiàn)象。而適用于電網(wǎng)AGC調(diào)頻的儲(chǔ)能系統(tǒng)，在額定功率范圍內(nèi)，可以在1s內(nèi)、以99%以上的精度完成指定功率的輸出，其綜合響應(yīng)能力完全滿足在AGC調(diào)頻時(shí)間尺度內(nèi)的功率變換需求，即調(diào)節(jié)反向、調(diào)節(jié)偏差以及調(diào)節(jié)延遲等問(wèn)題將不會(huì)出現(xiàn)。

2.2 儲(chǔ)能調(diào)頻系統(tǒng)構(gòu)成

儲(chǔ)能系統(tǒng)主要由鋰電池（含BMS）、雙向功率變換裝置等核心設(shè)備組成，主要包括：①鋰電池集裝箱。②雙向功率變換裝置集裝箱。③儲(chǔ)能鋰電池柜（含BMS）。④直流配電柜（含BMS供電系統(tǒng)）。⑤雙向功率變換裝置。⑥SCADA數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)。⑦系統(tǒng)的防雷及接地裝置。⑧集裝箱房土建基礎(chǔ)及輔助設(shè)施。

3 火電廠電儲(chǔ)能調(diào)頻實(shí)施方案

3.1火電廠電儲(chǔ)能容量配置

火電廠電儲(chǔ)能裝置容量一般按照電網(wǎng)AGC調(diào)頻特性、申請(qǐng)調(diào)頻機(jī)組容量決定。以某火力發(fā)電廠二期2×350MW機(jī)組申請(qǐng)參與電網(wǎng)調(diào)頻為例，統(tǒng)計(jì)電網(wǎng)對(duì)該廠機(jī)組下達(dá)AGC調(diào)頻指令，80%的調(diào)頻指令約為3%倍的機(jī)組全容量。因此，該廠需配備10.5MW左右電儲(chǔ)能裝置，同時(shí)結(jié)合發(fā)電機(jī)組本身的調(diào)節(jié)能力和機(jī)組調(diào)節(jié)余量，可以配置9MW儲(chǔ)能系統(tǒng)功率滿足調(diào)頻需要。

3.2 電儲(chǔ)能系統(tǒng)接入方式

考慮到單元制機(jī)組廠用變?nèi)萘肯拗?、?jié)省施工改造成本及運(yùn)行維護(hù)便捷性等，9MW電儲(chǔ)能裝置可將5個(gè)儲(chǔ)能單元分成5MW/2.5MW·h和4MW/2MW·h兩個(gè)模塊。儲(chǔ)能系統(tǒng)主功率回路通過(guò)電纜連接，接入廠內(nèi)3#（4#）機(jī)組高廠變用6kV母線B段備用間隔，以實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能系統(tǒng)在任何一臺(tái)機(jī)組停運(yùn)期間都可以實(shí)現(xiàn)全容量參與電網(wǎng)調(diào)頻，并對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)在3#機(jī)組與4#機(jī)組電氣接入回路間做互鎖聯(lián)動(dòng)控制，使電儲(chǔ)能系統(tǒng)只能接入一臺(tái)機(jī)組廠作為用電系統(tǒng)，如圖1所示。

3.3 機(jī)組RTU系統(tǒng)改造

電儲(chǔ)能系統(tǒng)接入后，電廠原有RTU設(shè)備在向機(jī)組發(fā)送調(diào)峰指令的同時(shí)，需增設(shè)調(diào)峰指令發(fā)送給儲(chǔ)能系統(tǒng)總控制單元的信號(hào)。同時(shí)，儲(chǔ)能系統(tǒng)接入后，需要將機(jī)組出力與儲(chǔ)能系統(tǒng)出力進(jìn)行合并，并將合并后的出力信號(hào)上傳至電網(wǎng)，作為調(diào)峰考核的依據(jù)。

（1）需將機(jī)組的出力信號(hào)和儲(chǔ)能裝置的出力信號(hào)疊加后作為機(jī)組出力反饋信號(hào)（回傳電網(wǎng)的遙測(cè)信號(hào)點(diǎn)名不變，不新加遙測(cè)回傳點(diǎn)）。

（2）儲(chǔ)能系統(tǒng)的控制系統(tǒng)與RTU以約定的通信協(xié)議進(jìn)行通信（單向，RTU站發(fā)送，儲(chǔ)能系統(tǒng)總控制單元接收），以獲取實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)。

4運(yùn)行性能結(jié)果與經(jīng)濟(jì)性效果

儲(chǔ)能聯(lián)合調(diào)頻項(xiàng)目于某一時(shí)間并網(wǎng)投入試運(yùn)行，截至目前，已經(jīng)歷近許久的考驗(yàn)，期間進(jìn)行各項(xiàng)技術(shù)性能測(cè)試和效益測(cè)算，均達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。

4.1火電廠儲(chǔ)能設(shè)備技術(shù)性能指標(biāo)測(cè)試結(jié)果

在火電廠儲(chǔ)能系統(tǒng)試運(yùn)行和正式上線運(yùn)行期間，對(duì)系統(tǒng)的技術(shù)性能參數(shù)進(jìn)行了各項(xiàng)測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如下。

a）出力控制誤差小于30kW，小于儲(chǔ)能系統(tǒng)額定容量的1.5%。

b）額定功率下儲(chǔ)能系統(tǒng)并網(wǎng)線路損耗22.7kW，占儲(chǔ)能系統(tǒng)額定功率容量的1.1%。

c）直流側(cè)（電池側(cè)）能量效率92.66%;交流側(cè)（含PCS損耗和并網(wǎng)線路損耗）能量效率85.56%。

d）出力對(duì)AGC調(diào)度指令平均出力響應(yīng)延遲約（含測(cè)量、控制、通訊回路延遲）3s。測(cè)試結(jié)果表明儲(chǔ)能系統(tǒng)出力控制精度高、響應(yīng)速度快，對(duì)電網(wǎng)AGC調(diào)頻指令的響應(yīng)速度、調(diào)節(jié)速率、響應(yīng)精度明顯優(yōu)于火電機(jī)組。

4.2 火電廠并網(wǎng)運(yùn)行AGC指標(biāo)的改善

某火電廠2號(hào)機(jī)組帶儲(chǔ)能裝置試驗(yàn)過(guò)程中，對(duì)機(jī)組、儲(chǔ)能裝置出力控制精度、響應(yīng)時(shí)間，以及儲(chǔ)能裝置運(yùn)行穩(wěn)定性和可靠性進(jìn)行了監(jiān)控和測(cè)量。在整個(gè)AGC閉環(huán)運(yùn)行試驗(yàn)期間，2號(hào)機(jī)組帶儲(chǔ)能裝置進(jìn)行ACE閉環(huán)試驗(yàn)整體運(yùn)行穩(wěn)定可靠，機(jī)組AGC性能指標(biāo)得到了大幅度提升，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

a）儲(chǔ)能裝置接入后對(duì)2號(hào)機(jī)組變壓器運(yùn)行穩(wěn)定性的影響。項(xiàng)目9MW儲(chǔ)能裝置主功率回路通新增6240開關(guān)柜接入2號(hào)機(jī)組6kV IIB段，輔助供電回路通過(guò)新增321902接入2號(hào)機(jī)組380V IIB段。測(cè)試運(yùn)行過(guò)程中，對(duì)2號(hào)機(jī)組6kV段和低壓段內(nèi)電壓、潮流進(jìn)行了長(zhǎng)期監(jiān)控和測(cè)試。測(cè)試結(jié)果表明，火電廠儲(chǔ)能裝置的充放電功率相對(duì)于高壓廠用段負(fù)荷較小，火電廠儲(chǔ)能裝置的投切和運(yùn)行均未對(duì)2號(hào)機(jī)組6kV段和低壓段內(nèi)造成不利沖擊，火電廠儲(chǔ)能裝置的2號(hào)機(jī)組與儲(chǔ)能裝置運(yùn)行平穩(wěn)。

5 結(jié)語(yǔ)

火電廠儲(chǔ)能參與電網(wǎng)調(diào)頻的形式主要有獨(dú)立運(yùn)行和與發(fā)電廠聯(lián)合運(yùn)行兩種，在我國(guó)現(xiàn)有市場(chǎng)條件下，火電廠儲(chǔ)能不能作為獨(dú)立載體進(jìn)入電力市場(chǎng)，因而與火電廠聯(lián)合運(yùn)行提供調(diào)頻服務(wù)是最有效的市場(chǎng)模式。儲(chǔ)能調(diào)頻項(xiàng)目在提升火電運(yùn)行效率、推廣電力新技術(shù)、以及智能電網(wǎng)建設(shè)等方面具有極高的商業(yè)價(jià)值和重要的意義。聯(lián)合火電機(jī)組的儲(chǔ)能調(diào)頻技術(shù)，將成為對(duì)電網(wǎng)調(diào)度產(chǎn)生顯著影響的新技術(shù)和創(chuàng)新性商用項(xiàng)目。

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