一种火电机组调频辅助系统

技术领域

本发明涉及发电站运行技术领域，特别是涉及一种火电机组调频辅助系统。

背景技术

随着全社会环保意识的不断增强及新能源技术的不断发展，以风电、光伏为代表的新能源发电机组在我国得到了迅猛发展，新能源并网发电规模也快速攀升。

以传统化石能源为基础的常规能源通常按照用电需求进行发电、输电、配电、用电的调度；而以风能、太阳能为基础的新能源发电取决于自然资源条件，具有波动性和间歇性，其调节控制困难，大规模并网运行会给电网频率调节以及电网的安全稳定运行带来显著影响。同时，我国特高压电网建设尤其是特高压直流输电工程项目的快速推进，也给增加了受电端的区域电网低频事故的风险。

因此，迫切需要保证电网内的火电机组具有性能优良、稳定可靠的一次调频和二次调频(AGC调频)能力。

一次调频和二次调频的本质都是通过改变发电机组输出的有功，使得发电负荷与用电负荷相等，从而维护电网的频率稳定。但二者的触发信号不同。一次调频的触发信号是发电机组并网点的频率，二次调频的触发信号是电网调度中心下达的AGC指令。在实际运行过程中，可能出现一次调频与二次调频信号相反的情况，此时发电机组应该优先按照设定规则响应一次调频，在并网点频率恢复后，再响应二次调频。

一次调频和二次调频对火电机组能力的要求不同。火电机组一次调频要求的功率变化范围较大，但是考核计算的时间较短，满功率输出的频次不高。相对而言，二次调频指令的功率变化范围则较小，但指令的频次则较高。换言之，一次调频要求火电机组具有短时间内快速实现较大功率变化的能力，而二次调频则要求具有机组较小功率持续变化的能力。

现阶段的火电机组通常以提升二次调频性能为目的来配置储能调频系统，此时储能系统的满电量放电时长通常会大于30分钟，但功率通常不超过机组额定功率的3％，因此对提升机组的一次调频性能帮助有限。此种方案下机组的一次调频主要还是以机组自身能力进行响应。

目前，国内现役大多数火力发电机组都主要是通过调节汽轮机主汽调节阀的方式来实现机组的一次调频。在这种方式下，为了保证机组的一次调频能力达到电网要求，日常运行时汽轮机主汽调节阀要保持相当深度的节流，这对机组运行的经济性有相当大的损害，会使得机组的供电煤耗率上升，电厂经济效益下降。同时，这种依靠阀门快速开闭来调节功率的方法响应速度有限，而且也容易造成阀门磨损以及锅炉压力波动过大的问题，从而影响设备寿命。

现阶段也有以提升火电机组一次调频性能为目的的储能调频系统技术方案。但是由于一次调频对功率的要求较大，但是满功率输出的频次不多，此种技术方案的经济性较差。

总体上看，在保证储能系统经济性的前提下，配置单一一种储能系统很难同时满足火电机组一次调频和二次调频的需求。

现阶段也有针对火电机组的联合储能调频系统技术方案，但是其设计初衷是提升火电机组的二次调频性能，控制系统部分缺乏对机组频率信号的采集。因此当一次调频频率信号与二次调频信号冲突时，这种系统会降低机组的一次调频性能。

发明内容

本发明的目的是提供了一种火电机组调频辅助系统，在混合储能系统经济配置的前提下，实现混合储能系统辅助火电机组一次、二次调频(AGC调频)的协调控制，同时提升火电机组的一次、二次调频性能。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种火电机组调频辅助系统，包括与火电机组连接的第一储能装置、第二储能装置、储能能量管理装置，所述储能能量管理装置用于从电厂远程终端控制单元、电厂分散控制单元、汽轮机数字电液调节单元采集调频信号，判定所述火电机组的调频状态为一次调频状态或二次调频状态后，计算并确定所述第一储能装置、所述第二储能装置应输出的总功率以及所述第一储能装置、所述第二储能装置分别应输出的总功率后，按照预定规则生成并将功率指令下发到所述第一储能装置及所述第二储能装置进行执行，其中，所述第一储能装置的额定功率P

其中，还包括与所述第一储能装置、所述第二储能装置连接的储能变压装置，用于将所述第一储能装置、所述第二储能装置输出的电能经过变压之后输出到火电厂高压厂用电装置。

其中，所述第一储能装置包括飞轮储能单元、超级电容储能单元、功率型磷酸铁锂电池储能单元中的至少一种，所述第一储能装置的总额定功率为所述火电机组额定功率的5％-10％，所述第一储能装置的额定放电时长为30s-15min。

其中，所述第二储能装置包括磷酸铁锂电池储能单元、三元锂电池储能单元铅炭电池储能单元、液流电池储能单元中的至少一种，所述第二储能装置的总额定功率为所述火电机组额定功率的1％-5％，所述第二储能装置的额定功率放电时长为30min～90min。

其中，所述第一储能装置包括第一储能变流器、功率型储能单元以及第一储能单元管理单元，所述第二储能装置包括第二储能变流器、能量型储能单元以及第二储能单元管理单元。

其中，所述能量管理装置从所述第一储能装置、所述第二储能装置采集输出功率信息并进行存储后，反馈给所述电厂远程终端控制单元。

其中，所述储能能量管理装置包括指令采集单元、指令计算及存储服务器和指令下发单元。

其中，所述第一储能装置、所述第二储能装置的总额定功率为所述火电机组额定功率的5％-10％。

其中，还包括与储能能量管理装置连接的显示装置，用于显示所述火电机组的调频状态以及所述第一储能装置、所述第二储能装置的输出功率信息和持续时长。

其中，还包括与所述储能能量管理装置连接的警报单元，用于在所述第一储能装置或所述第二储能装置的输出功率信息与调控指令对应的功率信息相比较超出阈值之后发出警报。

本发明实施例所提供的火电机组调频辅助系统，与现有技术相比，具有以下优点：

所述火电机组调频辅助系统，根据一次调频要求火电机组具有短时间内快速实现较大功率变化的能力，而二次调频则要求具有机组较小功率持续变化的要求，通过给火电机组配置第一储能装置、第二储能装置两种分别以功率和电容量为主的储能装置，即一个较小功率、电容量较大和一个较大功率、电容量较小，可在一次调频中主要使用第一储能装置，二次调频中主要使用第二储能装置，满足火电机组一次调频和二次调频的需求，而且第一储能装置的额定电容量E

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的火电机组调频辅助系统的一个实施例的结构示意图。

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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参考图1，图1为本发明实施例提供的火电机组调频辅助系统的一个实施例的结构示意图。

现有的一次调频和二次调频对火电机组能力的要求不同。火电机组一次调频要求的功率变化范围较大(通常要求不低于机组额定功率的±6％)，但是考核计算的时间较短(通常不超过1分钟)，满功率输出的频次不高(一天不超过十次)。相对而言，二次调频指令的功率变化范围则较小(通常不超过机组额定功率的±3％)，但指令的频次则较高(一天数百至上千次)。从中不难发现，一次调频要求火电机组具有短时间内快速实现较大功率变化的能力，而二次调频则要求具有机组较小功率持续变化的能力。总体上看，在保证储能系统经济性的前提下，配置单一一种储能系统很难同时满足火电机组一次调频和二次调频的需求。

为了解决这些问题，在一种具体实施方式中，所述火电机组调频辅助系统，包括与火电机组10连接的第一储能装置30、第二储能装置40、储能能量管理装置20，所述储能能量管理装置20用于从电厂远程终端控制单元、电厂分散控制单元、汽轮机数字电液调节单元(或其它电厂一次调频频率信号采集装置)采集调频信号，判定所述火电机组10的调频状态为一次调频状态或二次调频状态后，计算并确定所述第一储能装置30、所述第二储能装置40应输出的总功率以及所述第一储能装置30、所述第二储能装置40分别应输出的总功率后，按照预定规则生成并将功率指令下发到所述第一储能装置30及所述第二储能装置40进行执行，其中，所述第一储能装置30的额定功率P

根据一次调频要求火电机组10具有短时间内快速实现较大功率变化的能力，而二次调频则要求具有机组较小功率持续变化的要求，通过给火电机组10配置第一储能装置30、第二储能装置40两种分别以功率和电容量为主的储能装置，即一个较小功率、电容量较大和一个较大功率、电容量较小，可在一次调频中主要使用第一储能装置30，二次调频中主要使用第二储能装置40，满足火电机组10一次调频和二次调频的需求，实现自由调频，而且第一储能装置30的额定电容量E

本发明中利用与火电机组10同时连接两类不同的储能装置，一种为功率型，一种为储能型，实现在一次、二次调频中的灵活使用。

但是，虽然输出功率可能能够满足要求，但是如果直接提供这种储能设备，那么会出现对储能设备的要求较高的情况，而且由于一般需要的电压较高，那么直接操作的危险较高，因为为了解决这一问题，在本发明的一个实施例中，所述火电机组调频辅助系统还包括与所述第一储能装置30、所述第二储能装置40连接的储能变压装置，用于将所述第一储能装置30、所述第二储能装置40输出的电能经过变压之后输出到火电厂高压厂用电装置。

通过采用储能变压装置，对第一储能装置30、第二储能装置40的输出经过变压处理，这样就能够使得第一储能装置30、第二储能装置40对于其实际的输出电压有较小的要求，可以使用更低的电压，降低了使用成本，提高了操作安全性。

本发明中的第一储能装置30主要用于一次调频，具有功率大，放电时间少的特点，所述第一储能装置30包括飞轮储能单元、超级电容储能单元、功率型磷酸铁锂电池储能单元中的至少一种，所述第一储能装置30的总额定功率为所述火电机组10额定功率的5％-10％，所述第一储能装置30的额定放电时长为30s-15min。

需要指出的是，本发明中对于第一储能装置30以及其中的额定功率、充放电时长不做限定，而且在本发明中第一储能装置30可以由单个充放电单元组成，也可以由若干个子单元并联或串联组成，本发明对此不作限定。

同样，本发明对于第二储能装置40不做限定，所述第二储能装置40包括磷酸铁锂电池储能单元、三元锂电池储能单元铅炭电池储能单元、液流电池储能单元中的至少一种，所述第二储能装置30的总额定功率为所述火电机组10额定功率的1％-5％，所述第二储能装置40的额定功率放电时长为30min～90min。

需要指出的是，本发明中对于第二储能装置40以及其中的额定功率、充放电时长不做限定，而且在本发明中第二储能装置40可以由单个充放电单元组成，也可以由若干个子单元并联或串联组成，本发明对此不作限定。

本发明对于第一储能装置30、第二储能装置40的具体结构不做限定，在一个实施例中，所述第一储能装置30包括第一储能变流器、功率型储能单元以及第一储能单元管理单元，所述第二储能装置40包括第二储能变流器、能量型储能单元以及第二储能单元管理单元。

通过设置储能变流器、储能单元以及管理单元，使得整个储能电路结构变得更加可靠，进行管控变得容易，本发明包括但不局限于上述的结构。

为了进一步提高管理效率，在调频过程中，电厂管理方能够在发送调频命令之后，查看实际的需要调频的储能装置是否遵循调频命令，在一个实施例中，所述能量管理装置从所述第一储能装置30、所述第二储能装置40采集输出功率信息并进行存储后，反馈给所述电厂远程终端控制单元。

通过进行信息采集、存储以及反馈，使得命令发送方能够实时获得命令执行效果，提高了管理效率，同时也能够获得储能装置是否工作正常，提高了设备使用可靠性。

本发明对于储能管理装置的结构不做限定，为了实现功能性区分管理，在一个实施例中，所述储能能量管理装置20包括指令采集单元、指令计算及存储服务器和指令下发单元。

通过将其分为指令采集单元、指令计算及存储服务器和指令下发单元，功能单一化，结构减员，管理更加方便。

本发明中第一储能装置30、第二储能装置40各自的侧重点有所不同，但是基于经济性，一般所述第一储能装置30、所述第二储能装置40的总额定功率为所述火电机组10额定功率的5％-10％。

由于各种调频随时可能发生，而通过发送指令命令对应的储能设备进行执行，却可能不能实时获得执行情况，为了实现这一效果，在本发明的一个实施例中，所述火电机组调频辅助系统还包括与储能能量管理装置20连接的显示装置，用于显示所述火电机组10的调频状态以及所述第一储能装置30、所述第二储能装置40的输出功率信息和持续时长。

通过显示装置，工作人员可以实时获得发出的命令与采集的对应功率设备的输出功率和持续时长，一眼就能够判断出本次调频是否完成，甚至还可以设置评价体系，进行评价打分等操作，如本次调频的功率与预期的差值，持续时长与预期的差值，然后通过一定的算法进行评价，工作人员通过显示的评价，更可以获得此次调频的效果，从而为下次调频提供依据，实现更高效的调频。此外，还可以通过显示设备，判断本次调频是否有误操作，提高了管理效率。

本发明中汽轮机数字电液调节系统(DEH)所起的主要作用是提供一次调频的频率信号，该信号还可以通过其它独立的频率测量装置获得，本发明对此不作限定。

由于在调频过程中，可能出现设备故障等情况，一旦发生除了在储能设备处获得之外，在调频处也可以获得，可以通过采集功率信息反馈实现，因而在本发明的一个实施例中，所述火电机组调频辅助系统还包括与所述储能能量管理装置20连接的警报单元，用于在所述第一储能装置30或所述第二储能装置40的输出功率信息与调控指令对应的功率信息相比较超出阈值之后发出警报。

本发明对于警报单元发出警报的方式不做限定，可以是在显示装置上进行闪烁显示，也可以将特定的字体颜色进行改变，如将当前的第一储能装置30、第二储能装置40的输出的功率信息以及持续时长信息有绿色变为红色等，或者其它的如声音的警报等。

综上所述，本发明实施例提供的所述火电机组调频辅助系统，根据一次调频要求火电机组具有短时间内快速实现较大功率变化的能力，而二次调频则要求具有机组较小功率持续变化的要求，通过给火电机组配置第一储能装置、第二储能装置两种分别以功率和储能为主的储能装置，即一个较小功率、电容量较大和一个较大功率、电容量较小，可在一次调频中主要使用第一储能装置，二次调频中主要使用第二储能装置，满足火电机组一次调频和二次调频的需求，实现自由调频，而且第一储能装置的额定电容量E

以上对本发明所提供的火电机组调频辅助系统进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。