李 輝,剛千惠
(國網(wǎng)遼寧省電力有限公司錦州供電公司,遼寧 錦州 121000)
近年,電網(wǎng)對清潔能源發(fā)電的接納能力是制約電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行的主要因素之一,為保障電網(wǎng)安全可靠運行,提升電網(wǎng)接納清潔能源發(fā)電的能力至關(guān)重要。近十年,核電、風(fēng)電和光伏發(fā)電增長迅速,但負荷增長較為緩慢,供大于求的現(xiàn)象較為嚴重,對電網(wǎng)運行帶來較大安全隱患,清潔能源接納問題已較為突出[1]。為更好的利用清潔能源,減少火力發(fā)電,保護生態(tài)環(huán)境,開發(fā)建設(shè)電池蓄能系統(tǒng),可通過電網(wǎng)協(xié)調(diào)調(diào)度,控制電池投切,提升電網(wǎng)對清潔能源接納能力。
出于對北方地區(qū)的實際考慮,由于水電資源不豐富,冬季受溫度影響大,只能作為微調(diào)的作用,因此不考慮冬季供暖期間的水電作用。建立火電,電池儲能裝置參與AGC 調(diào)度系統(tǒng),系統(tǒng)狀態(tài)主要分為四個控制狀態(tài):常規(guī)電源控制態(tài),電池放電態(tài),電池充電態(tài),清潔能源控制態(tài)四部分組成的AGC 調(diào)節(jié)系統(tǒng)。工作區(qū)域判斷以新能源全部入網(wǎng)為前提,利用極限控制策略,火電機組出力下限和電池機組容量極限為臨界條件,以火電為主,電池為輔,在消納清潔能源的同時保證系統(tǒng)的穩(wěn)定。系統(tǒng)增加出力時如圖1 所示,系統(tǒng)減少出力時如圖2 所示。
圖1 系統(tǒng)增加出力圖示
對于火電和熱電廠來說,其發(fā)電下限具有明確的控制要求,在供熱期間,最小發(fā)電能力會有所提升東北地區(qū)由于冬季處于供熱期,較多供熱機組下限無法過低。電池儲能參與系統(tǒng)調(diào)度是以蓄電池組為控制對象,采用適用于該類負荷的調(diào)度方法來實現(xiàn)負荷與電源的平衡,實現(xiàn)電池蓄能的協(xié)調(diào)運行,實現(xiàn)能源優(yōu)化配置的目的。電池充,放電區(qū)利用儲能元件消納發(fā)電量,這種形式的源荷互動是一種主動行為,改變了過去電源被動適應(yīng)負荷的狀況。儲能元件無法滿足電量過剩時,棄新能源區(qū)舍棄部分新能源的消納。
圖2 系統(tǒng)減少發(fā)電圖示
由于常規(guī)的AGC 調(diào)節(jié)只能調(diào)節(jié)火電機組的出力,由于清潔能源的發(fā)電量大,浪費嚴重,為盡可能消納新能源,提出了蓄電池組參與的一種AGC 的調(diào)度控制方法[2]。
收集的數(shù)據(jù)包括:被控制對象為:常規(guī)電源即參與AGC 調(diào)節(jié)的常規(guī)火電機組的發(fā)電功率PG;可控制改變量為:蓄電池充電功率PEC;以及蓄電池放電功率PED;以及清潔能源發(fā)電量入網(wǎng)量Pn;不可改變量為:用戶發(fā)電量PD;區(qū)域之間有幾乎穩(wěn)定不變的聯(lián)絡(luò)線功率PC。
由于發(fā)電要求火力發(fā)電有發(fā)電下限PGmin,若火力發(fā)電不得低于PGmin,電池充放電控制區(qū)域:此時電池進行充電或放電,新能源全部入網(wǎng),火電機組發(fā)電量在PGmin,保持不變。
舍棄新能源區(qū)即電儲熱全部投入且仍發(fā)電量過剩,為滿足供需平衡,保證系統(tǒng)穩(wěn)定,再去區(qū)域內(nèi)根據(jù)部分需要舍棄部分新能源發(fā)電量。
控制區(qū)域如圖3 所示:將總的發(fā)電控制劃分為四個區(qū)域:常規(guī)電源區(qū),電池放電區(qū),電池充電區(qū),棄清潔能源區(qū),有三個臨界條件①②③。
在常規(guī)電源控制區(qū)域中,此時清潔能源全部入網(wǎng),此時電池組裝置不進行投入或者已經(jīng)全部投入,僅通過控制調(diào)節(jié)火力發(fā)電量PG來滿足負荷變化的需求[3]。
首先判斷是發(fā)電量多還是負荷量大(即用電量大),若負荷大則先將電池已存儲的電量放出,此時保證新能源全部接納,若電池全部放電后仍然不能滿足要求,此時進行火力發(fā)電的增發(fā),以滿足負荷用電量需求。
圖3 控制區(qū)域
若此時發(fā)電量大,則先控制火電在發(fā)電下限,然后利用臨界條件①判斷,將數(shù)據(jù)帶入①若等式左邊小于等于右邊,則區(qū)域為常規(guī)電源區(qū)域。
若帶入①左邊大于右邊則將數(shù)據(jù)帶入臨界條件②判斷,若②中左邊小于等于右邊,則此區(qū)域為電池放電區(qū)域。
若帶入②左邊大于右邊則將數(shù)據(jù)帶入臨界條件③判斷,若③中左邊小于等于右邊,則此區(qū)域為電池充電區(qū)域。
若帶入③左邊大于右邊則為第四區(qū)域,舍棄部分清潔能源,保證系統(tǒng)穩(wěn)定。
由于清潔能源使用超短期負荷預(yù)測,時間為5-15 分鐘,且負荷實時變化,則每次進行調(diào)度變化以五分鐘為基準,每五分鐘進行一次區(qū)域比較,以便及時進行調(diào)度控制,保重系統(tǒng)運行的可靠性和安全性。
臨界條件①:
其中PGmin為火力發(fā)電最小值;PC為單位時間聯(lián)絡(luò)線功率;Pn為單位時間清潔能源發(fā)電量;PD為單位時間負荷用電功率;t0-t1為積分時間。
(PS:為滿足供需平衡即t0-t1時間內(nèi)發(fā)電量等于用電量)
臨界條件②:
Ped,i為單位時間電池放電的功率;
由于電池是由m 個小電儲熱組進行布置的,因此單位時間內(nèi)總的tde,i為電池可最大放電時間,t0-t1為積分時間;
α 為電池狀態(tài)系數(shù)。若要求充電時間超過當(dāng)前可充電時間則系數(shù)為1 此時充電時間為可蓄電時間,若要求充電時間小于可充電時間則積分時間按照系統(tǒng)分配時間來算此時蓄電池組有充分的可調(diào)度容量[4]。
臨界條件③:
其中PGmin為火力發(fā)電最小值;PC為單位時間聯(lián)絡(luò)線功率;Pn為單位時間清潔能源發(fā)電量;PD為單位時間負荷用電功率;t0-t1為積分時間;Pec·i為電池充電時間;tce為電池最大可充電時間;α 為電池狀態(tài)系數(shù)。若要求充電時間超過當(dāng)前可充電時間則系數(shù)為1 此時充電時間為可蓄電時間,若要求充電時間小于可充電時間則積分時間按照系統(tǒng)分配時間來算此時蓄電池組有充分的可調(diào)度容量。
對系統(tǒng)的火力發(fā)電量PG,清潔能源發(fā)電量Pn,以及負荷量PN進行測量,火力發(fā)電量是由日前計劃對火力發(fā)電場提出日發(fā)電要求,并依靠實時用電量,利用AGC 自動發(fā)電控制,對火力機組進行實時調(diào)整。其數(shù)據(jù)主要通過各個由火電廠上傳至調(diào)度終端的數(shù)據(jù),通過調(diào)度平臺界面進行顯示,從而獲得該地區(qū)的總發(fā)電量PG,清潔能源發(fā)電量主要分為光伏發(fā)電Pn1和風(fēng)力發(fā)電Pn2,該數(shù)據(jù)的獲取主要通過對以往類似天氣的數(shù)據(jù)對比以及十五分鐘內(nèi)進行光和風(fēng)預(yù)測從而獲得超短期預(yù)測功率清潔能源發(fā)電廠的信息測量裝置將信息進行測量采集,利用光纖傳至調(diào)度終端調(diào)度平臺顯示清潔能源發(fā)電量Pn,負荷量是PD是利用電網(wǎng)用戶用電數(shù)據(jù)集中進行采集,最終獲得該地區(qū)的總用電量PD。
某區(qū)域火電總額定發(fā)電功率為2500MW,下限為1250MW 新能源最大發(fā)電量為2500MW,蓄電池組最大投入功率250MW,設(shè)當(dāng)前時刻電池已存電量為150MW(見表1)。
表1 某地區(qū)電源負荷調(diào)度與控制序列
表2
通過對數(shù)據(jù)1 的判斷可以得出此時發(fā)電剩余量為-20MW,由于控制序列,在負荷較大時,應(yīng)先使電池放電,當(dāng)電池放電完全后,再增加火力發(fā)電的功率,此時電池放電20MW,正好滿足供需關(guān)系。
火力發(fā)電,新能源發(fā)電,以及斷面的交換功率滿足度第一個臨界條件,此時系統(tǒng)位于第一個工作區(qū)域
當(dāng)負荷持續(xù)降低,對數(shù)據(jù)2 進行狀態(tài)判斷可以得出此時發(fā)電剩余為30MW 此時火電已經(jīng)無可調(diào)余度,要保證新能源的全部入網(wǎng),此時投入電池裝置對30MW 多余電量進行消納。
此時處于電池充電工作區(qū)域,滿足以下等式關(guān)系。
當(dāng)電池可充電時間小于需充電時間時此時充電時間為可充電時間即若α=1,否則α=0。由此當(dāng)負荷再次降低,此時由臨界條件可以判斷剩余電量已經(jīng)超過蓄電池組可以接受最大范圍,此時柔性負荷全部投入的同時,對多余的清潔能源發(fā)電量進行舍棄。由數(shù)據(jù)可知,此時電池可用容量為40MW,即可消納新能源為40MW,其余多余的新能源發(fā)電量進行舍棄,舍棄量為240MW。
本論文研究的AGC 調(diào)度的電池充放電方法不同于以往的AGC 只能控制火力發(fā)電的特點,本文中涵蓋電池蓄能的AGC 能夠?qū)崿F(xiàn)儲能裝置火電機組共同根據(jù)需求調(diào)度,以保證負荷用電量需求,并最大程度接納新能源。對于控制序列來說,先進行電池儲能的充電和放電,在負荷高峰期放電低谷期充電,起到削峰填谷的作用,減小峰值,避免火力機組運行機組效率低,增強系統(tǒng)穩(wěn)定性,當(dāng)容量有限時,再選擇舍棄新能源。