基于提升华北电网考核指标的...能参与调频划分电量控制策略_刘海山.pdf
《基于提升华北电网考核指标的...能参与调频划分电量控制策略_刘海山.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《基于提升华北电网考核指标的...能参与调频划分电量控制策略_刘海山.pdf(9页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、第 12 卷 第 4 期2023 年 4 月Vol.12 No.4Apr.2023储能科学与技术Energy Storage Science and Technology基于提升华北电网考核指标的飞轮储能参与调频划分电量控制策略刘海山1,2,徐宪龙1,2,魏书洲1,2,逄亚蕾3,洪烽3(1三河发电有限责任公司;2河北省燃煤电站污染防治技术创新中心,河北 廊坊 065201;3华北电力大学控制与计算机工程学院,北京 102206)摘要:在“双碳”目标的背景下,以风光为主体的具有明显随机性和波动性的新能源大规模并网,接入电网后容易造成电网频率波动,严重威胁电网安全。储能技术辅助调频主力的火电机组参
2、与发电侧一次调频可以有效提升电网安全性和机组运行经济性。为充分利用飞轮储能辅助电网调频的优势,考虑储能当前电量对调频影响,建立火-储联合模型,分析火电-飞轮联合系统调频能力。本工作针对电网频率特性及机组调频特点,以满足调频指标为要求,充分考虑储能当前电量对调频性能的影响,提出一种基于提升华北电网考核指标的飞轮储能参与调频划分电量下垂控制策略。该策略根据飞轮储能当前电量进行计算,在不同电量时采用不同出力时间限制,以尽力满足电网一次调频考核指标。同时,利用MATLAB/Simulink软件分析了在负荷扰动下系统的调频效果及调频资源的出力情况。结果表明所提方法能够在飞轮储能电量处在不同状况时,利用不
3、同放电时间来有效改善机组调频性能,提高机组量化指标。关键词:飞轮储能;一次调频;小规模储能;划分电量;量化指标doi:10.19799/ki.2095-4239.2022.0653 中图分类号:TM 61 文献标志码:A 文章编号:2095-4239(2023)04-1176-09Flywheel energy storage participates in frequency modulation power division control based on improving power grid assessment index of north China power gridLIU
4、 Haishan1,2,XU Xianlong1,2,WEI Shuzhou1,2,PANG Yalei3,HONG Feng3(1Sanhe Power Generation Co.,Ltd.;2Hebei Innovation Center for Coal-fired Power Station Pollution Control,Langfang 065201,Hebei,China;3School of Control and Computer Engineering,North China Electric Power University,Beijing 102206,China
5、)Abstract:Given the estimations that carbon emissions will peak by 2030 and carbon neutrality will be achieved by 2060 in China,large-scale new energy sources,with wind and solar as the main force,are connected to the grid.The increase in energy consumption leads to serious environmental problems.Th
6、is may be resolved by using new energy,and accordingly,the structure of power generation has undergone significant changes.The large-scale grid-connected new energy is associated with randomness and volatility.In addition,grid 储能系统与工程收稿日期:2022-11-07;修改稿日期:2023-01-03。基金项目:国家能源集团科技创新项目(GJNY-21-170)。第一
7、作者:刘海山(1975),男,硕士,高级工程师,从事火电厂管理工作,E-mail:;通讯作者:洪烽,博士,副教授,研究方向为储能+发电支撑电网调频运行控制,E-mail:。引用本文:刘海山,徐宪龙,魏书洲,等.基于提升华北电网考核指标的飞轮储能参与调频划分电量控制策略J.储能科学与技术,2023,12(4):1176-1184.Citation:LIU Haishan,XU Xianlong,WEI Shuzhou,et al.Flywheel energy storage participates in frequency modulation power division control
8、based on improving power grid assessment index of north China power gridJ.Energy Storage Science and Technology,2023,12(4):1176-1184.第 4 期刘海山等:基于提升华北电网考核指标的飞轮储能参与调频划分电量控制策略frequency fluctuation can be easily caused after penetrating the power grid,and this seriously threatens the safety of the grid.
9、This issue can be resolved by improving the frequency modulation supported by the power generation side.An energy storage system integrated with thermal power units participates in the primary frequency modulation,resulting in improved security of power grids and improved economic efficiency.To real
10、ize the advantages of flywheel energy storage auxiliary frequency modulation of the power grid,the frequency modulation capability of the combined thermal power-flywheel system was analyzed based on the model,considering the influence of current energy storage on frequency modulation.In this regard,
11、this paper proposes a control strategy for flywheel energy storage participating in frequency modulation division based on improving the power grid assessment index of the north China power grid.The strategy is calculated according to the current electric quantity of flywheel energy storage,and diff
12、erent output time limits are adopted in different electric quantities to meet the primary frequency regulation assessment index of the power grid.The frequency modulation effect of the system and the output of frequency modulation resources under load disturbance are analyzed using MATLAB/Simulink s
13、oftware.The results show that the proposed method can effectively improve the frequency modulation performance of the unit and improve the quantitative index of the unit with different discharge times under different conditions of the flywheel energy storage.Thus,the proposed method provides good su
14、pport to the frequency modulation index at different power levels and effectively improves the economic assessment and efficiency of a power plant.Keywords:flywheel energy storage;primary frequency modulation;small-scale energy storage;dividing electric quantity;quantitative indicators2021年,习近平总书记提出
15、把碳达峰、碳中和纳入生态文明建设整体布局,构建以新能源发电为主体的新型电力系统1。在“双碳”目标指引下,以风电、光伏为代表的新能源装机容量迅速上升2。大规模并网的新能源具有明显的随机性和波动性,容易造成电力系统机械功率与电磁功率的不平衡,严重威胁电网频率稳定性3。与此同时,2019年华北能监局发布的并网发电厂辅助服务管理实施细则和并网运行管理实施细则(以下简称“两个细则”)对并网发电厂提供辅助服务提出了明确的考核指标,对传统发电机组在一次调频响应出力方面提出了新的要求4。因此,提高并网机组调频能力对于稳定电力系统频率、提高发电厂经济收益具有重要意义。近几年快速发展的储能技术为改善火电机组调频提
16、供了新的解决思路,将储能引入到电网调度中可显著改善系统频率稳定性5。肖春梅等6通过相应电厂技术进行计算,证明了电储能可以有效提升火电机组调频性能。飞轮作为一种机械储能方式,适应性强,响应速度快,合适的储能控制策略能够有效改善电力系统调频效果7。当前,飞轮储能参与电网调频的研究已经取得了一些进展。隋云任等8研究了飞轮储能辅助燃煤机组调频方法,证明了飞轮储能可以显著减少系统频率变化。Peralta等9设计了一种飞轮储能参与电力系统的一次调频动态模型,对系统稳定性有很大提升。何林轩等10建立了飞轮参与电网一次调频的两区域模型并验证了飞轮辅助一次调频可以减少频率偏差变化量,减轻火电机组调频波动。洪烽等
17、11设计了一种基于自适应协同下垂的飞轮储能联合调频控制策略,实现了火储联合系统功率自适应调整。综上所述,对于飞轮储能参与电网调频的有效性已经得到了广泛验证,但是在设计飞轮储能系统的出力控制策略时,存在以下不足:对于电网对并网电厂提供辅助服务的基本要求的一次调频的考核指标关注甚少,这一指标直接关系到电厂的经济收益;设计的飞轮储能系统容量较大,且没有考虑实际情况中飞轮的实时电量不能满足一次调频指11772023 年第 12 卷储能科学与技术令的情况。针对当前存在的问题,本工作提出了一种基于提升电网考核指标的飞轮储能参与调频划分电量控制策略,该策略针对电网一次调频需求,以飞轮储能当前电量为依托,兼顾
18、飞轮储能的实时电量以及华北电网一次调频考核指标要求,在飞轮储能处在各种电量情况下均有较好的调频效果。相比传统下垂控制,该策略有效提高了电厂考核的经济性,对于提高电厂效益具有重要意义。1 电网一次调频原理及模型1.1电网一次调频原理当电网负荷变动时,永磁同步电机的转速变化,当转速偏差超过调速死区时,调速器调节高压阀阀门开度,改变汽轮机功率输出,火电机组进行一次调频12,调频原理如图1所示。当用电负荷由P0上升至P2时,电网负荷的频率特性曲线将由L1上升到L2,这时系统的机械功率和电磁功率会发生偏差,同步电机转子速度开始降低,机组调速器开始调节主蒸汽阀门开度,改变机组输出功率,最终达到新的平衡点O
19、13。在一次调频过程中,燃煤机组功率和频率的约束关系为 f1-f0R+(P1-P0)=0(1)式中,P1为新状态处功率值,MW;P0为初始状态功率值,MW;f1为新状态处频率值,Hz;f0为初始状态频率值,Hz;R为火电机组调差系数。飞轮储能辅助火电机组一次调频是通过跟随电网频差信号实现的,当频差超过火电机组调频死区时,飞轮储能快速动作,从而快速减小频率偏差,同时有效降低火电机组调频动作频率,极大降低火电机组设备磨损,提高火电机组寿命14。1.2含飞轮储能的区域电网调频模型火储联合系统主要由火电机组和飞轮储能组成,当出现负荷扰动时,电网频率发生波动,火储联合系统共同对信号做出反应,以抑制频率的
20、波动。其中,飞轮储能系统采用永磁同步电机作为储能单元,调频指令到来时,经延时模块、出力时间限制、出力大小限制进行响应,建立的电网模型15如图2所示。图中,R为火电机组转速不等率;PL为负荷扰动量,MW;Kf为飞轮储能下垂系数;f为频率变化量,Hz。发电机-负荷模型采用传递函数:G(s)=12Hs+D(2)式中,H 为发电机惯性时间常数;D 为阻尼系数。火电机组包括调速器和汽轮机,其中,调速器模型如式(3)所示:GOV(S)=11+sTg(3)式中,Tg为调速器时间常数。汽轮机选取再热式模型,传递函数如式(4)所示:Gen(s)=FHP1+sTCH+FI(1+sTCH)(1+sTRH)+FLP(
21、1+sTCH)(1+sTRH)(1+sTCO)(4)式中,FHP、FIP、FLP为汽轮机总输出高、中、低压汽缸输出比例;TCH、TRH、TCO为高压蒸汽、再热蒸汽、低压蒸汽时间常数。图1一次调频原理Fig.1Schematic diagram of primary FM+飞轮储能调速器-发电机-负荷模型+-PL f汽轮机延时模块出力时间限制死区飞轮储能控制策略-1R出力大小限制火电机组Kf图2飞轮储能参与电网调频整体模型Fig.2Power grid model with flywheel energy storage1178第 4 期刘海山等:基于提升华北电网考核指标的飞轮储能参与调频划分电
22、量控制策略飞轮储能系统一般使用永磁同步电机作为储能单元,本工作模拟永磁同步电机的数学过程来表征飞轮储能系统的调频过程,如式(5)式(8)所示。电压方程:|ud=dddt+Rsid-equq=dqdt+Rsiq+ed(5)磁链方程:d=Ldid+fq=Lqiq (6)电磁转矩及电磁功率方程:|Te=1.5np()diq-qidPe=Tee (7)运动方程:Jdmdt=Te-TL-Bm(8)式中,u为电机电压,V;d、q为定子磁链,Wb;Rs为定子绕组电阻,;e为转子电角速度,rad/s;id、iq为电机电流,A;Ld、Lq为同步电感,H;f为转子磁链,Wb;np为电机极对数;Te为电磁转矩,Nm
23、;Pe为电机输出功率,MW;TL为负载转矩,Nm;m为转子机械角速度,rad/s;J为电机和负载折算的转动惯量,kgm2;B为阻尼系数,Nms;下标d、q分别表示两相旋转坐标系中d、q轴的相应分量。2 基于划分电量的小规模储能参与电网一次调频控制策略当储能电量充足时,按一次调频需求值进行放电,由于储能具有毫秒级响应速度,此时对一次调频量化指标有很好的改善效果;当电量不足时,需对储能放电时间进行设计,以尽最大努力满足一次调频量化指标。2.1华北电网一次调频考核指标“两个细则”指出,机组一次调频性能评价指标为15 s出力响应指数不小于75%,30 s出力响应指数不小于90%,电量贡献指数不小于75
24、%4。上述考核指标中,15 s和30 s出力响应指数用于考核机组调频响应的快速性,电量贡献指数则考核机组调频出力的持续性。(1)15 s出力响应指数:从频率偏差超出死区开始15 s内,机组实际最大出力调整量占理论最大出力调整量的百分比。(2)30 s出力响应指数:从频率偏差超出死区开始30 s内,机组实际最大出力调整量占理论最大出力调整量的百分比。(3)电量贡献指数:机组调频持续时间内,机组一次调频实际贡献电量占理论贡献电量的百分比。机组理论最大出力调整量由式(9)计算可得:PE.max=-fmax PNfn(9)式中,PE.max为机组调频时间内理论最大功率增量,MW;fmax为实际最大频率
25、偏差,Hz;PN为机组额定功率;fn为额定频率,大小为50 Hz;为转速不等率。实际贡献电量是在机组调频过程中,实际的发电量比一次调频动作前状态的发电量增加或者减少的部分,也就是一次调频的实际补偿电量。QS=A0B0PS(t)-P0dt(10)式中,QS为机组一次调频的实际贡献电量;A0、B0分别为一次调频评价的起始和结束时刻;PS(t)为t时刻机组实际输出,MW;P0为调频起始时刻机组的实际出力,MW。理论贡献电量为考虑机组实际负荷限制下,应达到的一次调频的理论补偿电量。QE=A0B0PE(t)dt(11)PE(t)=-ft PNfn(12)式中,QE为机组一次调频理论贡献电量;PE(t)为
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 基于 提升 华北 电网 考核 指标 参与 调频 划分 电量 控制 策略 刘海
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。