火力发电厂储能调频系统应用研究

张玉林

摘要：本文通过查阅大量的资料，对储能调频技术特征、储能调频系统构成进行了研究，对电储能调频实施方案中的电储能容量配置、电储能系统接入方式、机组RTU系统改造等进行了总结，并对运行性能结果与经济性效果进行分析，促进火力发电厂储能调频系统的优化发展。

关键词：火力发电厂;储能调频;系统;应用

1 储能调频必要性

当前优质的调频资源非常少，且电网的负荷波动比较大，电网的负荷和火电厂之间的出力偏差就会导致频率的偏移。而随着我国风光发电市场的逐渐成熟，使得电网短时间内的供需平衡出现了较为严重的问题。靠现有燃煤机组的惯性调节不能满足要求，而储能可以把频率调整回来，能够在毫秒级中做出响应。

2 火电厂储能调频系统技术分析

2.1 火电厂储能调频技术特征

自动发电控制（AGC）通过实时调节电网中机组的有功出力，实现对电网频率及联络线功率进行控制，解决分钟或秒级短时间尺度内，区域电网具有随机特性的有功不平衡问题。目前电网AGC调频功能主要由水电、燃气机组以及火电机组提供。将一次能源转换成电能将经历一系列复杂过程，目前作为主力的火电机组的AGC调频性能与电网的调节期望差距较大，具体表现为调节的延迟、偏差（超调和欠调）等现象。而适用于电网AGC调频的储能系统，在额定功率范围内，可以在1s内、以99%以上的精度完成指定功率的输出，其综合响应能力完全满足在AGC调频时间尺度内的功率变换需求，即调节反向、调节偏差以及调节延迟等问题将不会出现。

2.2 储能调频系统构成

储能系统主要由锂电池（含BMS）、双向功率变换装置等核心设备组成，主要包括：①锂电池集装箱。②双向功率变换装置集装箱。③储能锂电池柜（含BMS）。④直流配电柜（含BMS供电系统）。⑤双向功率变换装置。⑥SCADA数据采集与监视控制系统。⑦系统的防雷及接地装置。⑧集装箱房土建基础及辅助设施。

3 火电厂电储能调频实施方案

3.1火电厂电储能容量配置

火电厂电储能装置容量一般按照电网AGC调频特性、申请调频机组容量决定。以某火力发电厂二期2×350MW机组申请参与电网调频为例，统计电网对该厂机组下达AGC调频指令，80%的调频指令约为3%倍的机组全容量。因此，该厂需配备10.5MW左右电储能装置，同时结合发电机组本身的调节能力和机组调节余量，可以配置9MW储能系统功率满足调频需要。

3.2 电储能系统接入方式

考虑到单元制机组厂用变容量限制、节省施工改造成本及运行维护便捷性等，9MW电储能装置可将5个储能单元分成5MW/2.5MW·h和4MW/2MW·h两个模块。储能系统主功率回路通过电缆连接，接入厂内3#（4#）机组高厂变用6kV母线B段备用间隔，以实现储能系统在任何一台机组停运期间都可以实现全容量参与电网调频，并对储能系统在3#机组与4#机组电气接入回路间做互锁联动控制，使电储能系统只能接入一台机组厂作为用电系统，如图1所示。

3.3 机组RTU系统改造

电储能系统接入后，电厂原有RTU设备在向机组发送调峰指令的同时，需增设调峰指令发送给储能系统总控制单元的信号。同时，储能系统接入后，需要将机组出力与储能系统出力进行合并，并将合并后的出力信号上传至电网，作为调峰考核的依据。

（1）需将机组的出力信号和储能装置的出力信号叠加后作为机组出力反馈信号（回传电网的遥测信号点名不变，不新加遥测回传点）。

（2）储能系统的控制系统与RTU以约定的通信协议进行通信（单向，RTU站发送，储能系统总控制单元接收），以获取实时运行数据。

4运行性能结果与经济性效果

储能联合调频项目于某一时间并网投入试运行，截至目前，已经历近许久的考验，期间进行各项技术性能测试和效益测算，均达到预期目标。

4.1火电厂储能设备技术性能指标测试结果

在火电厂储能系统试运行和正式上线运行期间，对系统的技术性能参数进行了各项测试，测试结果如下。

a）出力控制误差小于30kW，小于储能系统额定容量的1.5%。

b）额定功率下储能系统并网线路损耗22.7kW，占储能系统额定功率容量的1.1%。

c）直流侧（电池侧）能量效率92.66%;交流侧（含PCS损耗和并网线路损耗）能量效率85.56%。

d）出力对AGC调度指令平均出力响应延迟约（含测量、控制、通讯回路延迟）3s。测试结果表明储能系统出力控制精度高、响应速度快，对电网AGC调频指令的响应速度、调节速率、响应精度明显优于火电机组。

4.2 火电厂并网运行AGC指标的改善

某火电厂2号机组带储能装置试验过程中，对机组、储能装置出力控制精度、响应时间，以及储能装置运行稳定性和可靠性进行了监控和测量。在整个AGC闭环运行试验期间，2号机组带储能装置进行ACE闭环试验整体运行稳定可靠，机组AGC性能指标得到了大幅度提升，达到设计要求。

a）储能装置接入后对2号机组变压器运行稳定性的影响。项目9MW储能装置主功率回路通新增6240开关柜接入2號机组6kV IIB段，辅助供电回路通过新增321902接入2号机组380V IIB段。测试运行过程中，对2号机组6kV段和低压段内电压、潮流进行了长期监控和测试。测试结果表明，火电厂储能装置的充放电功率相对于高压厂用段负荷较小，火电厂储能装置的投切和运行均未对2号机组6kV段和低压段内造成不利冲击，火电厂储能装置的2号机组与储能装置运行平稳。

5 结语

火电厂储能参与电网调频的形式主要有独立运行和与发电厂联合运行两种，在我国现有市场条件下，火电厂储能不能作为独立载体进入电力市场，因而与火电厂联合运行提供调频服务是最有效的市场模式。储能调频项目在提升火电运行效率、推广电力新技术、以及智能电网建设等方面具有极高的商业价值和重要的意义。联合火电机组的储能调频技术，将成为对电网调度产生显著影响的新技术和创新性商用项目。

参考文献：

[1]王培元，孙南海.基于FPGA的DDS数字调频系统仿真研究[J].襄樊学院学报. 2006（05）.

[2]高雅.德国突然宣布2038年永别煤电站[J].新能源经贸观察，2019（Z1）.

[3]张吉福，杨生嵘.火力发电厂生产现状及降耗优化措施分析[J].化工管理，2019（02）.

[4]杨飞.火力发电厂煤炭验收及管控研究[J].中国新技术新产品，2019（05）.

[5]韩峰.南方火力发电厂防寒防冻措施[J].华电技术，2016（11）.