一种储能与火电机组协同调频控制方法

技术领域

本发明涉及储能和火电控制技术领域，尤其是涉及一种储能与火电机组协同调频控制方法。

背景技术

随着当前能源结构变化和电力辅助服务(调频)市场的发展，提高我国现役发电机组效率，保证电网的安全经济运行，提高电网和并网电厂之间的网源协调能力成为当前电力行业面临的挑战之一。如今，大容量超(超)临界燃煤发电机组已成为区域电网的主力机组，但超(超)临界机组锅炉现对蓄能较少，在电网快速大幅调频响应工况下和电力辅助服务市场化背景下，其实际变负荷调频响应性能较难满足厂网要求。

电化学储能、超级电容等储能系统由于具有响应速度快、控制精确和双向调节的优点，在电网调频中具有传统火电机组调频不可比拟的优势。随着电储能技术的快速发展和电网辅助服务市场的建立完善，火电机组与储能系统联合自动发电控制调频技术得到越来越多的工程应用。目前，火电机组与储能系统联合AGC调频的方式为:机组仍按照原方式响应调度指令，机组DCS完全不受储能系统的影响，储能控制系统则按照电网指令和机组出力来决定充放电。这种控制方式下储能系统不对机组现有控制系统带来影响，储能系统的退出不影响机组原来的AGC效果，但储能系统的控制与机组的控制相互割裂，且电储能与机组自身蓄能未能协同利用，整个系统未实现最优控制。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种储能与火电机组协同调频控制方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

根据本发明的一个方面，提供了一种储能与火电机组协同调频控制方法，该方法基于AGC指令要求、储能系统出力能力和火电机组功率输出情况，合理分配储能系统的有功调节目标；同时根据储能系统状态，火电机组及时补充储能系统能量，使储能系统荷电状态尽量处于有利状态。

作为优选的技术方案，该方法实时判断火电机组AGC变负荷状态，根据AGC调频状态，调整火电机组协调控制参数。

作为优选的技术方案，所述根据AGC调频状态，调整火电机组协调控制参数具体为：

当处于准稳态调频过程时，协调控制系统兼顾提升火电机组运行经济性和稳定性；当处于大幅调频过程，协调控制系统以快速功率输出为控制目标。

作为优选的技术方案，所述控制方法具体包括以下步骤：

步骤1)读取火电机组AGC指令P

步骤2)当AGC指令与火电机组功率间的偏差进入储能系统有功可调范围时，储能系统才参与调节，基于AGC指令要求、储能系统出力能力和火电机组功率输出情况，计算储能系统的有功功率调节指令P

步骤3)AGC指令稳定工况下，当储能系统荷电状态超出正常运行范围时，火电机组协助补充或释放储能系统电量，基于储能荷电状态协同计算分配储能系统的有功功率调节指令P

步骤4)判断AGC指令的变化趋势和波动情况，并以此判断机组AGC调频所处工况状态；

步骤5)对不同的工况状态进行相应控制。

作为优选的技术方案，所述有功功率调节指令P

AGC加负荷工况下：

AGC减负荷工况下：

作为优选的技术方案，所述步骤3)中，在满足火电机组AGC调节精度要求下，快速恢复储能系统荷电状态至有利区间，并预留设定调节容量用于AGC指令变化时的调频控制需求。

作为优选的技术方案，所述步骤3)中，有功功率调节指令P

P

其中k

作为优选的技术方案，所述步骤4)具体为：

实时计算AGC指令偏离前一段时间段内AGC指令平均值的程度E，当偏差在设定范围内时，认定为准稳态调频过程；当指令偏差超过设定值时，则认为机组调频进入大幅调频过程。

作为优选的技术方案，所述程度E具体计算如下：

其中P

作为优选的技术方案，在所述准稳态调频工况下，快速调频任务由储能系统承担，火电机组主蒸汽压力设定值叠加设定负偏置，增开汽轮机进汽阀门开度；同时减弱变负荷超调幅度；

当进入大幅调频过程，恢复主蒸汽压力设定值和变负荷超调，提升机组整体调频响应性能。

与现有技术相比，本发明针对火电和储能联合调频机组，实现了储能系统和火电机组间的高效协同控制，提升了储能和火电整体调频性能和收益。同时，本专利适用于电池储能、压缩空气储能、超级电容等多种储能形式与火电机组协同调频控制。

附图说明

图1为本发明方法的具体流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。

本发明储能与火电机组协同调频控制方法，基于AGC指令要求、储能系统出力能力和火电机组功率输出情况，合理分配储能系统的有功调节目标，在保证调频性能的同时，减少储能系统的整体能量消耗和寿命损耗；同时，根据储能系统状态，火电机组及时补充储能系统能量，使储能系统荷电状态尽量处于中间状态，有利于储能系统参与调频控制，提升储能调频效率。实时判断火电机组AGC变负荷状态，根据AGC调频状态，调整火电机组协调控制参数。当处于准稳态调频过程时，协调控制系统兼顾提升火电机组运行经济性和稳定性；当处于大幅调频过程，协调控制系统以快速功率输出为控制目标。

如图1所示，本发明方法具体包括以下步骤：

1)读取火电机组AGC指令P

2)AGC指令变化后的调频工况下，基于AGC指令要求、储能系统出力能力和火电机组功率输出情况，计算储能系统的有功功率调节指令P

AGC加负荷工况下：

AGC减负荷工况下：

3)AGC指令稳定工况下，当储能系统荷电状态超出正常运行范围时，火电机组协助补充储能系统电量。基于储能荷电状态协同计算分配储能系统的有功功率调节指令P

P

4)采用数学统计方法判断AGC指令的变化趋势和波动情况，并以此判断机组AGC调频所处工况状态。实时计算AGC指令偏离前一段时间段内(前n时刻)AGC指令平均值的程度E，当偏差在设定范围内时，认定为准稳态调频过程；当指令偏差超过设定值时，则认为机组调频进入大幅调频过程。

5)准稳态调频工况下，快速调频任务主要由储能系统承担，火电机组主蒸汽压力设定值叠加一定负偏置，增开汽轮机进汽阀门开度，提升机组运行经济性。同时，减弱变负荷超调幅度，提升机组调频变负荷控制稳定性。当进入大幅调频过程，恢复主蒸汽压力设定值和变负荷超调，提升机组整体调频响应性能。

具体实施例

某1000MW超超临界燃煤火电机组配备总容量9MW/18MWh的电储能系统，协调参与调频辅助服务市场的调频控制，实现储能和火电机组调频协调控制过程如下：

1)读取火电机组AGC指令P

2)AGC指令变化后的调频工况下，基于AGC指令要求、储能系统出力能力和火电机组功率输出情况，计算储能系统的有功功率调节指令P

AGC加负荷工况下：

AGC减负荷工况下：

3)AGC指令稳定工况下，当储能系统荷电状态超出正常运行范围时，火电机组协助补充储能系统电量。基于储能荷电状态协同计算分配储能系统的有功功率调节指令P

P

4)采用数学统计方法判断AGC指令的变化趋势和波动情况，并以此判断机组AGC调频所处工况状态。实时计算AGC指令偏离前一段时间段内(当前时刻前600s)AGC指令平均值的程度E，当偏差在±15MW范围内时，认定为准稳态调频过程；当指令偏差超过设定值时，则认为机组调频进入大幅调频过程。

5)准稳态调频工况下，火电机组主蒸汽压力设定值叠加一定负偏置，增开汽轮机进汽阀门开度，提升机组运行经济性。同时，减弱变负荷超调幅度，提升机组调频变负荷控制稳定性。当进入大幅调频过程，恢复主蒸汽压力设定值和变负荷超调，提升机组整体调频响应性能。主蒸汽压力偏置Δp和变负荷超调修正系数k

Δp＝f(P

表1

k

表2

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。