超容储能辅助火电机组调频的电气问题探讨.docx

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1、超容谛能辅助火电机组调版的电气何跑探讨国内电力系统的调婉任务主要由发电机组承担，存在响应速位慢、控制精度低的问超.为此，研究团队介绍种以超级电容作储能的火储联企调频技术。首先对比分析超级电容与钟电池的工作特性，然后给出超奴电容接入厂用电系统的方案,并对其电气影响进行分析，最后结合某6O0WM机组调版项目对本文的理论分析进行验证.他们的研究结果表明,超级电容在安全性和葩环寿命方面性能更优,更适合于辅助火电机组调频，储能系统接入后对诲厂变容成配置、厂用电继电保护与控制、电气校核及电能质量等均没有影响，本文结论可为推进火储联合调顼的工程应用提供参考。在双碳目标指引下新能源发展迅速.电力系统能源结构日

2、趋红杂负荷随机性波动颜繁.加剧了电网版率波动.电网频率环境的芯化使我运行安全性和可靠性面临籽前所未有的挑战。风Jt等可再生能源受自然环境因素的彬响较大，存在稳定性和可察性差的缺点。因此，当电网频率发生波动时，调频任务主要由火电、水电等机组承担.在电力辅助服务市场，调频能力强的机组可以通过辅助服务阻取电惮补偿.因此.提供谓骄极务目前已成为一种可以有效改善火电厂经营状况的手段之一.将储能与火电机组臼动发电控制(automaticgenerationcontro1.AGC)相结合，可以大大提高机组的调频性能，并在一定程度上延长火电机姐的寿命。随着各地火电企业参与两个细则考核补偿办法的制定.储能参与机

3、组谓领服芬在国内得到了快速的推广应用.其中最常见的就是狸电池储能.但是锂电池安全性整、第环寿命短的缺点制约了其在电力诩频领域的应用。有学者提出一种超缎电容(SUPerCaPaEor,SG钝助火电机纲优化一次词频技术，研究结果表明,合理的电容选择与连接控制,可以有效降低机组煤.耗,提高机组调频灵活性.有学者介绍火储联合AGC调物技术的基本原理、典型方案、控制过程及实际工程效果，井探讨储能系统接入对火电机殂电气系统的影响和储能电池的选型问SS,有学者分析锂电池储能辅助AGC调频系统对机加蚓路电流、厂用电安全、电能质量等的影响，并对系统安全性进行了评估.在国内,他能辅助火电机组词频仍以锂电池为主，超

4、级电容储能处于可研阶段.口关于储能接入厂用电系统的电气问题的研究较少.鉴于此，本文首先对比分析超级电容与锂电池的工作特性；然后给出超级电容储能接入厂用电系统的方案，并对其电气影响进行分析：最后结合某600MW机如储能调频项目对本文的理论分析进行验证.1超徵电容储能辅助火电机组网切技术1.1 储能辅助火电机组调频的原理目前，我国电力系统中的调频住务主曼由火电、水电等机组承担,以火电机组为例，由于其转动惯性大、且需要经过能源的二次转换,导致机嵬调域响应速度慢、控制精度低.火电机组响应AGC指令过程如图1所示,随着电网频率环境的芯化,火电机组的圜姣负担增,浮地影响机组的运行寿命，因此亟需对现有调频方

5、式进行改进.098761.eiSSO.调方时间/S图1火电机组响版AGC指令过程随着对调嫉技术的探索,一种火储联合系统在用于AGC词叙时展现出了优弁的效果.储能辅助机组AGC调频的控制原理示意图如图2所示，即可将AGC调频指令的功率差额交给储能部分响应，这样可以大大提高火电厂的调节性能.图2储能辅助机组AGC词频的控制原叫!示意图mrMnnntannmc,*ww*1.X1.HR4VXNVMVN.式（1）储能对机组AGC诩频性能的改善衣现如下：1）调节速哎，储能系统充放电时间为秒级跳至更短，计及控制系统的廷时（实测为2Ss）,也可大幅提高机组调节速度，2）调行精度.储能系统的调节偏差一般为3%P

6、N（PN为储能系统额定功率）.远小于火电机组：并息由于健能系统调节速度快，还可以对火电机组的稳态诩节误差进行修正，进一步提高机组调节制度，3）调节时间。相比火电机组，储能系统响应速度更快，即使考虑枭样、控制及通信等环节的号时，也很容易使机组总体响应时间小于20s.此外，当住比适当的谛能容尿后,还可以降低机统由于深度或频繁调节带来的疲劳报出.义为%Of大TIsex.”.为HA9.atoA-W1a#：AGCRira1.Ahm%b&，母折0UMf*coos.swmwd、用新w：t式（2）1.2 适合火电的饰能方式几种常见的储能方式见表1.其中,便电池的用最广泛.技木也最成熟,但其安全性差、寿命短.储

7、能方式优势劣势客电池能密度高、气应速度快、环境适应性强寿命短、功率小、安全风险超摄电容功率密度高、寿命长、峋应速度快能量密度低、白放电率高效率高、寿命长、响应速度快成本高、能最密度低表1几种常见的储能方式图3为种用于电力系统的4V/10000F型超级电容充放电特性，可以看出超级电容具有很高的充放电速率.图4为典型的超级电容和锲电池自持放电特性，可以看出超级电容的电乐保持率相对更高（开路72h.298%）.图3超级电咨充放心特性70%;*宰aw1004011111t-0306090120150时间/天超级电容T-胃电池20CT一座电池43CI-锲电池60C图4超级电容和押电池自持放电特性此外,超

8、级电容具有史前的安全特性及更长的循环寿命.因此更适用于短时间高功率怆山，以及需要快速响应、使用寿命长的火电机组调频领域.1.3WS能辅助火电调频的系统结构图5为超级电容储能接入厂用电系统结构,超级电容储能单元为H流电系统，首先通过变流洪(PowerconversionsystemzPCS)将直淹电转换为交流电,然后经过箱式变FK器将电提高到一定等级,最后羟过并网开关从高厂变低压IW接入厂用电系统.SCSC楠能储储他能能健储储图5超级电容储能接入厂用电系统结构根据目前的火储调谕立项情况可知，储能捕助谢频的出发点是改善机组调节环境，提升机组响应AGC指令的性能，因此均在己投运机组上进行改造，而在机

9、祖初始设计中，并未考虑储能系统的接入，目前储能辅助火电调频工程都是大容法储能接入机加厂用电系统，因此需要对大容量储能接入厂用电带来的相关问题进行研究.2超级电衣储能接入厂用电存在的问8S2.1 高厂变容吊限制储能系统在一定稼度上墙加了高厂变的负荷比重,一般要求在接入厂用电的储能系统的充放电过程中,高厂变不能过负荷.也不能出现倒送电.1.1 K容ts幡依据为SJ1.峪+$(3)式中S为禽法厂用电沙就优荷和,SHiff1.电计*和.分裂麦盛寿的育IKnHH容量Sm逸然候期为.-5,-(*)分裂优组容量SA应泽依嵬力Sa4+AC)式中，&为分会趣阻计Jr负背，.*为分裂Wt机的刑V计”贪h%、S分堪

10、为分熨境出的岛.ftFEM1.2 有.式(3)(4)(5)根据图5可知，超级电容储能从厂用电低压蒯接入，此时高厂变的总容房可以等效为厂刖容量与超级电容容业的和，而相较于厂用电系统，箍能系统的容心及等效阻抗都比较小，基本不会对前厂变的容地造成影响。1.3 保护与控制考虑机组及厂用电系统的可靠性和安全性,有必要分析总级电容储能接入给厂用也保护与控制系统带来的影响，1)时维电保护的影响(1)对发电机、励磁变电气*保护的影响超级电容处于放电工况时,对整个厂用电系绘来说可以等效为一个电压源.当系统某处发生短路故障时，超级电容向短路点提供短路电流，由于其可提供的短路电流值很小，基本可以忽略其影响，(2)对

11、发变组电气量保护的影响根据继电f呆护原理可知,差动保护动作ItI流为：.At2(6)式中：/d为差动电潦；A为制动电流：、A分别为被保护元件两侧的电流。式(6)结合图5可知，超级电容储能不在发变组的差动保护范用内，对差动保护没有影响：主变高HtfW写序电流取自高压侧接地零序c.保护定值不受储能系统的影响：发电机额定电流、机端电压等不受储能系统的影响,因此超级电容储能对主变高压的复压过电流保护也没有影响,(3)对高厂变电气量保护的影响高厂变差动保护和高压(W更乐过电流保护的整定(ft不受谛能系统接入后的电流增加值影响:低压/零可过电流保护中，电流取自低压侧中性点零序CT,与储能系统接入无关:低压

12、停发压过电流保护中，整定值为离厂变分支电压和颔定电流，上述收均与储能系统的接入无关，故对保护没有影响.(4)对厂用电低电乐保护的影响储能系统处于充电状态时，根据检冽到的6kV段母跳电压运行状况,决定是否投退储健系统。同时考虑到储能系统的特戊，对火储岷合系统中的储能系统可不投低电压穿越功能，可有效避免储能系统带来的影响。嫁上所述，超级电容储能接入厂用电系统后,不会对机纲已配置的维电保护造成影响.2)时控制系统的影响超级电容储能辅助机袒参与调频时，机组和储能作为一个整体响应电网AGC指令，上传至调度的反馈信号为两者的出力和。机组原有的控制模式保持不变，负或AGC指令的接收、反馈机组实时出力情况并协

13、调控制系统响应AGC调频指令.由此可知，闻级电容谛能系统的接入并不会对机组惊有的控制系统造成影响.1.4 短路电流核核超侬电容储能系统采用基于高频电力电子器件的双向功率变换器并网，出于对电力电子湍件的保护,流过功率变换器的最大导通电流为：4.52)/(7)式式中,IDM为变换器最大电流有效值.因此,当厂用电母线发生短路故障时，储能系统可贡献的短路电流分Ift较小，动热稔定短路电流均在允许范困内，不影响现有断路器的开断能力。1.5 电能质f1.t1)对接入点电流谐波的影响并网逆变器在电能变换过程中，电力电子器件的全控特性会造成一定程度的波形畸变，从而产生谐波，通过傅里叶变换可得：*).%JMnF

14、)(8).31年(9)c,inp,式中：Q为修俄电鳗“鼓为毫蝮次Ih”为I1.率，为功率因数角，。、.Q分别为南波电者“依f1.及X分式(8)(9)IIID/.Ba*aa.41.aa*a*式(10)火储联合项目中PCS采用的控制算法使并同逆变器注入电网的电流波形近似正弦波，电流谐波总畸变率小于5%，各次谐波畤变率小于3%,满足储能行标NBT31016-2011的要求，因此超级电容储能接入厂用电系统产牛的谐波含量很少，基本不会影响厂用电系统的安全可皴工作.2)对接入点电压的响超级电容通过PCS接入厂用电系统，具仃很高的控制自由度，随者也高效控剌算法的应用，变换器的效率、功率因数、输出电压稔定性等

15、都得到了很大提升。其中，功率因数甚至可达0.99.和电网间的无功功率交换很少.因此基本不会对接入母线段的电压造成较大影响.3典型案例分析对于厂用电系统，超级电容与神.电池的作用效果基本一致,由于目前超级电容储能项目还在可研阶段,所以本文以悝电池储能项目进行对比说明.本文以某600MW火电机组储能辅助AGC调领项目为例进行分析.该厂发变组负面段田徨情况为：期台主变低压侧接一台双分裂变压器(分别接厂用A、B段6kV负荷)和台双绕组变压甥接厂用C段6kV负荷),拟配列超依电容容量为IOMW,通过PCS从6kV段母线接入.3.1 商厂变容JS限制超级电容储能接入6kV各分段后,通过核算可以得到桂台商厂变的容量限竹，具体参数见表2。变压器容易/(MVA)6kV段额定电流/A最大负荷电流/A40A25662000B2566200