山西河坡發(fā)電有限責(zé)任公司 山西 陽(yáng)泉 045000

引言

隨著新能源發(fā)電的快速發(fā)展，因其固有的發(fā)電特性，對(duì)電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行造成了一定的影響，主要表現(xiàn)為調(diào)峰和調(diào)頻兩個(gè)方面。火電作為華北地區(qū)電網(wǎng)主力機(jī)組，長(zhǎng)期承擔(dān)繁重的AGC調(diào)節(jié)任務(wù)，造成了發(fā)電煤耗增高、設(shè)備磨損增加等一系列問題，同時(shí)也有可能造成一定設(shè)備運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。電儲(chǔ)能由于其快速響應(yīng)的特點(diǎn)，參與AGC調(diào)頻效果明顯?；痣娐?lián)合相對(duì)適量的儲(chǔ)能系統(tǒng)參與調(diào)峰調(diào)頻，能夠迅速并有效地解決區(qū)域電網(wǎng)調(diào)頻資源不足的問題，改善電網(wǎng)運(yùn)行的可靠性及安全性。對(duì)構(gòu)建堅(jiān)強(qiáng)型智能電網(wǎng)并改善電網(wǎng)對(duì)可再生能源的接納能力具有重要意義 。 本文以某電廠兩臺(tái)350MW超臨界循環(huán)流化床燃煤機(jī)組為例，研究了火電機(jī)組與電儲(chǔ)能聯(lián)合調(diào)頻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案和性能提升效果 。

1 容量選擇

在儲(chǔ)能火電聯(lián)合調(diào)頻系統(tǒng)中，在確定儲(chǔ)能系統(tǒng)功率配置時(shí)考慮以下要求，一是儲(chǔ)能功率配置應(yīng)大于機(jī)組調(diào)節(jié)死區(qū)，二是儲(chǔ)能功率應(yīng)覆蓋大部分AGC目標(biāo)出力與機(jī)組實(shí)際出力偏差值，三是應(yīng)兼顧儲(chǔ)能設(shè)備的經(jīng)濟(jì)性。

根據(jù)電網(wǎng)AGC調(diào)頻的特性統(tǒng)計(jì)，80%的調(diào)頻指令在3%倍的機(jī)組全容量左右，即350MW×3%＝10.5MW，結(jié)合目前發(fā)電機(jī)組本身的調(diào)節(jié)能力及機(jī)組調(diào)節(jié)余量，綜合考慮投資收益率、設(shè)備利用率等因素，配置儲(chǔ)能系統(tǒng)功率為9MW可在一定程度上避免機(jī)組頻繁折返運(yùn)行，減少機(jī)組的磨損[1]。

電網(wǎng)的ACE調(diào)頻指令發(fā)送周期大部分以5min為限，為了保證儲(chǔ)能系統(tǒng)的調(diào)節(jié)能力，設(shè)計(jì)電池的容量能夠在滿功率的情況下支持3個(gè)周期，即15min的滿功率輸出／輸入容量，可以得出電池的有效容量為9×1/4＝2.25MWh。但是此容量下電池工作狀態(tài)為全容量的充放，為保證儲(chǔ)能系統(tǒng)同時(shí)具備正向和反向調(diào)節(jié)的能力，儲(chǔ)能系統(tǒng)電池組荷電狀態(tài)估計(jì)（SOC）維持在75%左右，同時(shí)考慮電池有效利用系數(shù)為95%（放電深度×放電效率），以及電廠自身性能，配置容量為4.5MWh。

2 與廠內(nèi)一次系統(tǒng)的接入

圖1 電儲(chǔ)能系統(tǒng)一次接入

每個(gè)儲(chǔ)能逆變器單元通過升壓變壓器升壓到6KV后接至儲(chǔ)能調(diào)頻裝置6KV母線段，再通過切換開關(guān)分別接入兩臺(tái)機(jī)組的高壓6KV廠用母線?？紤]到機(jī)組調(diào)頻深度，其中，分別與兩臺(tái)機(jī)組交互的兩個(gè)6KV電源開關(guān)互為閉鎖，即只能同時(shí)參與一臺(tái)機(jī)組的調(diào)頻任務(wù)。儲(chǔ)能系統(tǒng)輔助用電分別接入兩臺(tái)機(jī)組380V公用變，以保證供電中斷情況下系統(tǒng)的運(yùn)行安全。如圖1所示。

3 控制方法

儲(chǔ)能系統(tǒng)接入機(jī)組后，儲(chǔ)能控制系統(tǒng)接收來(lái)自機(jī)組DCS的信號(hào)，獲取實(shí)時(shí)生產(chǎn)數(shù)據(jù)，判斷機(jī)組運(yùn)行現(xiàn)狀，并結(jié)合電網(wǎng)對(duì)機(jī)組調(diào)度要求，經(jīng)過內(nèi)置算法分析處理，計(jì)算出優(yōu)化數(shù)據(jù)，下發(fā)給儲(chǔ)能系統(tǒng)功率裝置執(zhí)行，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)組生產(chǎn)的優(yōu)化性干預(yù)，達(dá)到提升機(jī)組生產(chǎn)性能指標(biāo)的目的[2]。

在儲(chǔ)能系統(tǒng)投運(yùn)過程中，閉鎖儲(chǔ)能系統(tǒng)充放電的情況有：電儲(chǔ)能調(diào)頻控制裝置是否故障，如果故障，則儲(chǔ)能輔助裝置不動(dòng)作，同時(shí)與機(jī)組NCS進(jìn)行信息交互；，根據(jù)《華北區(qū)域發(fā)電廠并網(wǎng)運(yùn)行管理實(shí)施細(xì)則》中第十七條第七項(xiàng)相關(guān)規(guī)定，當(dāng)機(jī)組AGC與一次調(diào)頻反向時(shí)，則儲(chǔ)能裝置不動(dòng)作；?在正常參與調(diào)頻過程中，為了保護(hù)電池，延長(zhǎng)電池壽命，當(dāng)持續(xù)充電至90%或持續(xù)放電至20%以下時(shí)，則儲(chǔ)能裝置不動(dòng)作。

正常情況下，當(dāng)AGC為升負(fù)荷指令時(shí)，儲(chǔ)能裝置進(jìn)行放電，使機(jī)組增加出力，以實(shí)現(xiàn)機(jī)組的輸出快速響應(yīng)AGC指令；同時(shí)隨著機(jī)組自身出力的增加，儲(chǔ)能放電量逐漸減小，始終保持機(jī)組聯(lián)合出力與AGC相等。當(dāng)AGC為降負(fù)荷指令時(shí)，儲(chǔ)能裝置進(jìn)行充電，使機(jī)組減小出力來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)組的輸出快速響應(yīng) AGC指令；同時(shí)隨著機(jī)組自身出力的減小，儲(chǔ)能充電量也逐漸減小，始終保持機(jī)組聯(lián)合出力與AGC相等。如圖2所示。

圖2 電儲(chǔ)能充放電過程

4 效益分析

4.1 AGC性能指標(biāo)評(píng)估方法

依據(jù)電網(wǎng) “雙細(xì)則” 文件，調(diào)頻性能指標(biāo)包括調(diào)節(jié)速率K1、調(diào)節(jié)精度K2與響應(yīng)時(shí)間K3。 AGC 調(diào)節(jié)性能計(jì)算公式為 ：

式中，Ki，jp衡量的是AGC機(jī)組i第j次調(diào)節(jié)過程中的調(diào)節(jié)性能好壞程度；Ki，j1為第i臺(tái)機(jī)組第j次調(diào)節(jié)的調(diào)節(jié)速率的考核指標(biāo)；Ki，j2是AGC機(jī)組i第j次實(shí)際調(diào)節(jié)偏差量與其允許偏差量相比達(dá)到的程度；Ki，j3是該AGC機(jī)組i該第j次實(shí)際響應(yīng)時(shí)間與標(biāo)準(zhǔn)響應(yīng)時(shí)間相比達(dá)到的程度[3]。

4.2 調(diào)節(jié)深度

基于調(diào)節(jié)深度指標(biāo)，對(duì)具備不同響應(yīng)能力的調(diào)頻資源給予不同程度的補(bǔ)償。響應(yīng)能力強(qiáng)、調(diào)節(jié)速度快、跟蹤性能好的機(jī)組對(duì)電網(wǎng)調(diào)頻的貢獻(xiàn)更大，應(yīng)獲得更多的補(bǔ)償。

日調(diào)節(jié)深度定義為每日調(diào)節(jié)量的總和，即：

式中，D為機(jī)組當(dāng)天AGC調(diào)節(jié)深度；n為日調(diào)節(jié)次數(shù)；Dj為機(jī)組第 j 次的調(diào)節(jié)深度，MW。

4.3 調(diào)頻收益

根據(jù)山西電網(wǎng)兩個(gè)細(xì)則，日收益為=日平均綜合性能指標(biāo)kp ×日調(diào)節(jié)深度。

4.4 收益比較

下表為按5元競(jìng)價(jià)（區(qū)間為5～10元）

表1 儲(chǔ)能系統(tǒng)投運(yùn)性能及效益對(duì)照表

續(xù)表

由上表可以看出，在8月16日至8月20日期間，電儲(chǔ)能參與#1機(jī)組聯(lián)合調(diào)頻的情況下，其綜合性能指標(biāo)（Kp值）基本達(dá)到6.0以上，日均收益在8萬(wàn)元左右。而未投入電儲(chǔ)能的#2機(jī)組，在升負(fù)荷率為6mw/min機(jī)組在調(diào)門大幅度頻繁動(dòng)作的情況其日均收益也只有5萬(wàn)元左右[4]。

5 結(jié)束語(yǔ)

項(xiàng)目投運(yùn)后，綜合性能指標(biāo)（Kp值）可提升至6.0以上，同時(shí)還有助于延長(zhǎng)機(jī)組運(yùn)行壽命、降低消耗、減少排放，對(duì)電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行、提高電網(wǎng)對(duì)可再生能源接納水平等方面有重要意義。