許建強(qiáng)

(長(zhǎng)園深瑞繼保自動(dòng)化有限公司，廣東 深圳 518057)

0 引言

近年來(lái)，我國(guó)儲(chǔ)能系統(tǒng)技術(shù)的不斷發(fā)展，逐步改變了傳統(tǒng)的自動(dòng)發(fā)電控制模式。通過(guò)將儲(chǔ)能資源參與到自動(dòng)發(fā)電控制中，可以有效提高自動(dòng)發(fā)電效率，彌補(bǔ)傳統(tǒng)自動(dòng)發(fā)電控制的弊端，改善調(diào)頻效果，提高響應(yīng)速度，實(shí)現(xiàn)雙向調(diào)節(jié)。同時(shí)還可以在一定程度上減少調(diào)頻機(jī)組發(fā)生磨損和故障的概率，最大限度地保障自動(dòng)發(fā)電控制系統(tǒng)的安全高效運(yùn)行。因此需要相關(guān)行業(yè)從業(yè)人員對(duì)儲(chǔ)能資源加以重視，結(jié)合目前儲(chǔ)能資源的實(shí)際情況在自動(dòng)發(fā)電控制中強(qiáng)化儲(chǔ)能資源的參與，并利用儲(chǔ)能資源對(duì)自動(dòng)發(fā)電控制技術(shù)進(jìn)行合理優(yōu)化與提升，推動(dòng)自動(dòng)發(fā)電控制的進(jìn)一步發(fā)展。

1 自動(dòng)發(fā)電控制概述

自動(dòng)發(fā)電控制技術(shù)是電力系統(tǒng)中一項(xiàng)重要環(huán)節(jié)，主要負(fù)責(zé)解決電力系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的頻率調(diào)節(jié)和負(fù)荷分配，并且與相鄰的電力系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)電力頻率交換，從而更好地保障電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行[1]。在當(dāng)前技術(shù)條件下，電力系統(tǒng)已經(jīng)初步實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)發(fā)電控制，但相對(duì)來(lái)說(shuō)智能化還是比較薄弱，仍有很大的發(fā)展空間，尤其是在現(xiàn)代社會(huì)信息技術(shù)的興起，利用信息技術(shù)實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)智能化自動(dòng)發(fā)電控制已經(jīng)成為當(dāng)前電力行業(yè)的主要發(fā)展趨勢(shì)。通過(guò)在自動(dòng)發(fā)電控制中落實(shí)儲(chǔ)能資源的參與，可以有效彌補(bǔ)以往自動(dòng)發(fā)電控制中的不足，實(shí)現(xiàn)功率的快速調(diào)節(jié)，精準(zhǔn)控制功率，改善調(diào)頻效果，提高響應(yīng)速度，實(shí)現(xiàn)雙向調(diào)節(jié)，并且還可以有效地減少調(diào)頻機(jī)組發(fā)生磨損和故障的概率，最大限度保證自動(dòng)發(fā)電控制系統(tǒng)的安全運(yùn)行。隨著儲(chǔ)能系統(tǒng)成本的降低以及系統(tǒng)技術(shù)的進(jìn)步，有更多的新型儲(chǔ)能系統(tǒng)與電網(wǎng)運(yùn)行接入。與以往傳統(tǒng)的火力發(fā)電機(jī)組相比，儲(chǔ)能資源的功率調(diào)節(jié)速度更快，對(duì)參與到電力系統(tǒng)的頻率調(diào)節(jié)更為適合。除此之外，相關(guān)人員也研究了孤立系統(tǒng)中電池儲(chǔ)能參與頻率控制的容量，可以通過(guò)對(duì)電池荷電狀態(tài)進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，不斷完善儲(chǔ)能系統(tǒng)的快速調(diào)節(jié)特性，來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)發(fā)電控制當(dāng)中儲(chǔ)能資源的有效參與。

2 儲(chǔ)能資源參與的自動(dòng)發(fā)電控制策略

當(dāng)儲(chǔ)能資源參與調(diào)頻時(shí)，自動(dòng)發(fā)電控制系統(tǒng)應(yīng)該根據(jù)儲(chǔ)能資源功率快速調(diào)節(jié)的優(yōu)點(diǎn)，充分發(fā)揮其作用，使儲(chǔ)能資源能夠更好地參與到自動(dòng)發(fā)電控制中。儲(chǔ)能資源具有快速精準(zhǔn)控制功率的特點(diǎn)，能夠很好地匹配自動(dòng)發(fā)電控制的功能需求，從而最大化地發(fā)揮自動(dòng)發(fā)電控制的優(yōu)勢(shì)，保障電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。目前在一些發(fā)達(dá)國(guó)家，儲(chǔ)能資源已經(jīng)被廣泛應(yīng)用到自動(dòng)發(fā)電控制中，并取得了較為顯著的應(yīng)用效果。我國(guó)在落實(shí)儲(chǔ)能資源參與自動(dòng)發(fā)電控制的過(guò)程中，應(yīng)積極學(xué)習(xí)引進(jìn)先進(jìn)的技術(shù)理念，通過(guò)制定完善的控制方案，使儲(chǔ)能資源更好地參與到自動(dòng)發(fā)電控制中。首先，工作人員需要靈活地分配儲(chǔ)能資源，保證每個(gè)區(qū)間都能夠得到一個(gè)合理的調(diào)節(jié)量，并以此為基礎(chǔ)對(duì)功率進(jìn)行分配，將調(diào)頻需求大致分為高頻部分和低頻部分，分別由儲(chǔ)能資源和傳統(tǒng)機(jī)組來(lái)進(jìn)行控制，從而更好地發(fā)揮各個(gè)調(diào)頻資源的優(yōu)勢(shì)，從根本上提高調(diào)頻控制的效果。

2.1 單一儲(chǔ)能和復(fù)合儲(chǔ)能

單一儲(chǔ)能以把風(fēng)能、水能或熱能等與電能交換的形式實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能，單一儲(chǔ)能在工程安裝上相對(duì)比較容易，工藝流程相對(duì)來(lái)說(shuō)比較成熟，對(duì)工作人員自身的專業(yè)素質(zhì)水平要求較低，很容易達(dá)到一個(gè)較高的頻率調(diào)節(jié)效果，而且前期的安裝施工比較簡(jiǎn)單，后期的維修與應(yīng)用也比較容易，是目前我國(guó)在自動(dòng)發(fā)電控制中實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能資源參與的主要策略之一。相關(guān)工作人員應(yīng)對(duì)此加以重視，圍繞單一儲(chǔ)能的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)與自動(dòng)發(fā)電控制的有效結(jié)合，從而更好地推動(dòng)電力系統(tǒng)的頻率調(diào)節(jié)，保證電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行[2]。但是單一儲(chǔ)能一般無(wú)法實(shí)現(xiàn)大容量和大功率。而復(fù)合儲(chǔ)能則是指將不同儲(chǔ)能類型實(shí)現(xiàn)共同儲(chǔ)存，可以有效實(shí)現(xiàn)不同種類儲(chǔ)能互補(bǔ)，擴(kuò)大容量，有效地彌補(bǔ)單一儲(chǔ)能的弱項(xiàng)。復(fù)合儲(chǔ)能可以最大限度發(fā)揮儲(chǔ)能資源在自動(dòng)發(fā)電控制中的參與優(yōu)勢(shì)，從而更好地對(duì)電力系統(tǒng)的頻率進(jìn)行雙向調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能資源的大功率、大容量，從而進(jìn)一步發(fā)揮儲(chǔ)能資源參與到自動(dòng)發(fā)電控制的價(jià)值。飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)與鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的配合就屬于復(fù)合儲(chǔ)能，也是本文主要闡述的復(fù)合儲(chǔ)能參與的策略之一。

2.2 復(fù)合儲(chǔ)能間的協(xié)調(diào)控制

復(fù)合儲(chǔ)能系統(tǒng)可以通過(guò)復(fù)合儲(chǔ)能間的協(xié)調(diào)控制來(lái)實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能資源參與到自動(dòng)發(fā)電控制中，達(dá)到對(duì)自動(dòng)發(fā)電控制進(jìn)行自動(dòng)頻率調(diào)節(jié)。當(dāng)飛輪儲(chǔ)能在荷電狀態(tài)滿足要求時(shí)可以進(jìn)行優(yōu)先調(diào)節(jié)，保障鋰離子電池的淺充淺放，以此來(lái)提高鋰離子電池的循環(huán)次數(shù)，延長(zhǎng)鋰離子電池的使用壽命。同時(shí)，在實(shí)際的應(yīng)用過(guò)程中，工作人員還可以適當(dāng)調(diào)整飛輪儲(chǔ)能的空轉(zhuǎn)時(shí)間和自放電時(shí)間，最大限度地實(shí)現(xiàn)復(fù)合儲(chǔ)能間的協(xié)調(diào)控制[3]。此外，為更好地體現(xiàn)優(yōu)先級(jí)，還可以適當(dāng)結(jié)合飛輪儲(chǔ)能和鋰離子電池的循環(huán)次數(shù)與放電深度的關(guān)系以及二者容量，對(duì)2種儲(chǔ)能方式的最佳放電深度進(jìn)行設(shè)置，并將二者的控制策略進(jìn)行協(xié)調(diào)。

2.3 仿真控制方案

儲(chǔ)能仿真系統(tǒng)是以實(shí)際電網(wǎng)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，在不對(duì)當(dāng)前電網(wǎng)自動(dòng)發(fā)電控制功率分配方式進(jìn)行改變的情況下，將傳統(tǒng)調(diào)頻機(jī)組與儲(chǔ)能資源進(jìn)行同等對(duì)待。在制定儲(chǔ)能資源參與到自動(dòng)發(fā)電控制的仿真控制方案時(shí)，需要工作人員提前準(zhǔn)備好真實(shí)電網(wǎng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)，并以此為基礎(chǔ)對(duì)儲(chǔ)能資源參與到自動(dòng)發(fā)電控制的方案進(jìn)行仿真模擬，還原真實(shí)的運(yùn)行場(chǎng)景，并測(cè)試出每種參與策略的運(yùn)行效果。同時(shí)，工作人員還需要針對(duì)每種參與策略的實(shí)際運(yùn)行效果進(jìn)行深度研究探討，選出最優(yōu)的控制方案，并在真實(shí)的電網(wǎng)中加以運(yùn)行，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能資源全面參與到自動(dòng)發(fā)電控制中。

3 儲(chǔ)能資源參與的自動(dòng)發(fā)電控制系統(tǒng)構(gòu)成

3.1 飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)構(gòu)成

飛輪儲(chǔ)能是機(jī)械儲(chǔ)能的一種，主要由飛輪、軸承、真空室、雙向變流系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等共同組成。飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)參與到自動(dòng)發(fā)電控制具備一定的先進(jìn)性與可行性，同時(shí)，還具備良好的可操作性。其中飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)中的雙向換流器采用背靠背的配置；控制系統(tǒng)的作用在于監(jiān)測(cè)及控制如荷電狀態(tài)、冷卻系統(tǒng)狀態(tài)、真空度、溫度等監(jiān)測(cè)系統(tǒng)參數(shù)；真空系統(tǒng)也能盡可能減小飛輪儲(chǔ)能空轉(zhuǎn)損耗，真空壓力可由真空泵提供；中央系統(tǒng)與冷卻系統(tǒng)相連，確保飛輪能夠保持正常工作溫度；在飛輪儲(chǔ)能參與到自動(dòng)發(fā)電控制的實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，當(dāng)飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩不平衡的情況下，飛輪的轉(zhuǎn)速會(huì)相應(yīng)減小或增加，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)械能與電能的轉(zhuǎn)化，從而實(shí)現(xiàn)飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)全面參與到自動(dòng)發(fā)電控制中。

3.2 鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)構(gòu)成

鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)主要是由于鋰離子電池、雙向功率逆變裝置、冷卻系統(tǒng)以及控制系統(tǒng)等共同組成。而鋰離子電池在目前市場(chǎng)上種類豐富，每一種電池都存在著一定的優(yōu)勢(shì)與劣勢(shì)，需要工作人員在選擇鋰離子電池時(shí)根據(jù)自身電力系統(tǒng)對(duì)自動(dòng)發(fā)電控制的實(shí)際需求，合理地選擇鋰離子電池。在實(shí)際的應(yīng)用過(guò)程中，通過(guò)應(yīng)用鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)正負(fù)極的化學(xué)反應(yīng)實(shí)現(xiàn)電能與化學(xué)能的雙向轉(zhuǎn)換，發(fā)揮調(diào)頻效果。同時(shí)，不同的鋰離子電池在自動(dòng)發(fā)電控制系統(tǒng)中進(jìn)行應(yīng)用，只需要關(guān)注外部特性，無(wú)需考慮其內(nèi)部化學(xué)反應(yīng)。鋰離子電池有自放電率、充放電倍率、荷電狀態(tài)、實(shí)際容量、理論容量、額定容量等幾個(gè)與調(diào)頻相關(guān)的技術(shù)參數(shù)，確?；瘜W(xué)能與電能的雙向轉(zhuǎn)化。由鋰離子電池構(gòu)成的鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)中的功率轉(zhuǎn)換器，可以實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能系統(tǒng)與電網(wǎng)連接相結(jié)合，以此來(lái)控制電網(wǎng)與儲(chǔ)能資源間能量雙向流動(dòng)的功能，可以充分滿足功率控制的精準(zhǔn)度和充放電快速轉(zhuǎn)換的響應(yīng)速度要求。在實(shí)際的運(yùn)行過(guò)程中，以火電機(jī)組作為響應(yīng)自動(dòng)化控制調(diào)頻指令的基礎(chǔ)單元，以鋰離子電池儲(chǔ)能資源作為補(bǔ)充的快速響應(yīng)單元，來(lái)保障鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)能夠很好地參與到自動(dòng)發(fā)電控制中，并發(fā)揮最大優(yōu)勢(shì)，改善自動(dòng)發(fā)電控制機(jī)組的響應(yīng)速度及精度。

4 結(jié)語(yǔ)

在當(dāng)前全球電力技術(shù)融合的背景下，各國(guó)的技術(shù)手段存在著一定的交換與共享，對(duì)自動(dòng)發(fā)電控制的調(diào)頻要求也有所提高。而傳統(tǒng)的自動(dòng)發(fā)電控制明顯不能符合當(dāng)前雙碳目標(biāo)形勢(shì)下的發(fā)展要求，需要從業(yè)人員利用互聯(lián)網(wǎng)的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能系統(tǒng)參與的自動(dòng)發(fā)電控制。在傳統(tǒng)的發(fā)電控制中，由于技術(shù)的缺乏導(dǎo)致頻率調(diào)節(jié)很難滿足電力系統(tǒng)的運(yùn)行需求，通過(guò)將儲(chǔ)能系統(tǒng)參與到自動(dòng)發(fā)電控制中，可以有效應(yīng)用儲(chǔ)能系統(tǒng)調(diào)節(jié)功率速度快的優(yōu)勢(shì)來(lái)提高頻率調(diào)節(jié)效率，使自動(dòng)發(fā)電控制實(shí)現(xiàn)雙向調(diào)節(jié)，保證電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行。