CN107681695A - 一种储能辅助火电机组调频的容量配置方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种储能辅助火电机组调频的容量配置方法。一种储能辅助火电机组调频的容量配置方法,根据电网AGC指令,以固定步长逐渐增加储能的容量;计算出不同储能容量下***的调节速率、调节精度、响应时间的值;得到调节速率最大值对应的储能***容量QBESS1、调节精度最大值对应的储能***容量QBESS2、响应时间最大值对应的储能***容量QBESS3;最后,储能***最优配置容量QBESS取QBESS1、QBESS2、QBESS3之间的最大值。本发明解决了储能辅助火电机组调频中的参数优化配置问题。
Description
技术领域:
本发明涉及火电机组自适应控制方法,具体涉及一种储能辅助火电机组调频的容量配置方法。
背景技术:
随着风力、光伏等新能源发电大规模并网,其快速波动性对电网频率调节的速度提出了更高的要求。华北电网电源结构单一,以大型火电机组为主,火电电源占比较高,抽水蓄能等灵活调节电源比重很低ACE调频电源几乎全部为火电机组,优质调频电源稀缺。由于火电机组ACE调节能力较弱,在调频时由于受爬坡率限制,反应较慢且成本较高,响应时滞长、机组爬坡速率低,不能准确跟踪调度AGC指令;同时,由于一次调频死区等非线性环节的存在,传统的AGC线性模型控制方式不能实现良好的动态调节性能,因此华北电网整体ACE调频能力有限。引入更加优质的调频资源,来解决可再生能源大规模并网背景下电网频率质量稳定问题,已经成为当前研究的热点。
近年来,以电化学电池为代表的储能技术迅速发展,其在电力***中的规模化应用正在快速增加。储能电池***具有精确跟踪、快速响应等特点,能够在1分钟甚至更短的时间内响应***需求,适合配合常规火电机组参与到电网的调频之中。目前对于辅助服务的考核主要依据《华北区域发电厂并网运行管理实施细则》和《华北区域并网发电厂辅助服务管理实施细则》两个细则,而Kp值是主要的考核指标,Kp值是调节速率K1、调节精度K2、响应时间K3的综合体现。
发明内容:
本发明所要解决的是现有火电机组调节速度慢、难以满足《两个细则》考核指标,且机组频繁执行调频任务导致磨损严重的缺陷,进而提供一种辅助火电机组调频的储能电池容量配置方法。
为解决上述技术问题,本发明采用的技术方案如下:
一种储能辅助火电机组调频的容量配置方法,以调节速率、调节精度、响应时间为目标,根据电网AGC指令,以固定步长逐渐增加储能的容量;计算出不同储能容量下***的调节速率、调节精度、响应时间的值;得到调节速率最大值对应的储能***容量QBESS1、调节精度最大值对应的储能***容量QBESS2、响应时间最大值对应的储能***容量QBESS3;最后,考虑储能辅助火电机组调频的经济性,储能***最优配置容量QBESS取QBESS1、QBESS2、QBESS3之间的最大值。
上述方法具体包括如下过程:
步骤1:设定储能***容量初始值Erate0,储能***容量限值E“rate,储能步长L,m初始值为0;
步骤2:根据t时刻AGG指令,计算储能***出力P(t);
步骤3:Erate(m)=Erate0+m*L,根据机组调节出力,分别计算该储能容量Erate(m)下考核指标k1m、k2m、k3m值,所述指标k1m为调节速率指标,所述指标k2m为调节精度指标,所述指标k3m为响应时间指标;
步骤4:下一容量值选择循环m=m+1;
步骤5:判断是否满足Erate(m+1)=Erate(m)+L>E“rate,如果满足,转步骤6,否则返回步骤2;
步骤6:k1max=max{k1m},k2max=max{k2m},k3max=max{k3m},k1max、k2max、k3max对应的储能***容量分别为QBESS1、QBESS2、QBESS3,
步骤7:考虑储能辅助火电机组调频的经济性,储能***最优配置容量QBESS取三者之间的最大值。即:
QBESS=max{QBESS1,QBESS2,QBESS3}
作为优选方案之一,所述步骤3还包括如下过程:
步骤301:某一时刻储能***SOCm(t)的表达式为:
充电状态:
放电状态:
其中,SOCm(t)为t时段结束时额定容量为Erate(m)的储能电池的剩余电量;SOCm(t-1)为t-1时段结束时额定容量为Erate(m)的储能电池的剩余电量;ηm、c、ηm、d分别是额定容量为Erate(m)储能电池的充电效率、放电效率;Erate(m)为储能电池的额定容量;
步骤302:电池储能单元运行过程中SOCm(t)的取值应满足:
SOCm、min<=SOCm(t)<=SOCm、max,
其中,SOCm、max和SOCm、min分别是额定容量为Erate(m)储能***的允许荷电状态上限和下限;储能***充放电过程中,若按理论出力后t+Δt时刻SOCm(t+Δt)<SOCm、min,则t~t+Δt时间内储能单元的放电电量为ΔEstore(m)=Erate(m)*[SOCm(t)-SOCm、min]*ηm、d,若按理论出力后t+Δt时刻:SOCm(t+Δt)>SOCm、max,则t~t+Δt时间内储能单元的充电电量为ΔEstore(m)=Erate(m)*[SOCm、max-SOCm(t)]/ηm、c;
步骤303:分别设定SOCm、1和SOCm、2分别是额定容量为Erate(m)储能电池SOC的超限下限阈值、上限阀值,其中:
0<SOCm、min<SOCm、1<SOCm、2<SOCm、max<1
额定容量为Erate(m)储能***处于[SOCm、1,SOCm、2]区间内为最优运行状态,当处于[SOCm、min,SOCm、1]或[SOCm、2,SOCm、max]区间内为超限预警状态,储能***将处于自恢复状态,降功率运行,直至恢复最优运行区间。
作为优选方案之二,所述储能***额定功率的配置方法包括如下过程:
步骤201:在设定周期内,计算某一时刻储能***出力为P(t)=Pa(t)-Pg(t);
步骤202:计算储能***的充放电功率:
Pm、c(t)=max[-Pm、max,Pa(t)-Pg(t)]
Pm、d(t)=min[Pm、max,Pa(t)-Pg(t)]
步骤203:计算储能单元的额定功率Prate(m):
Prate(m)=max{Pm、d(t)/ηm、d,Pm、c(t)*ηm、c}
步骤204:判断计算区间的起始时刻和结束时刻是否满足约束:
|Pa(t1)-Pg(t1)|≥Pd1
|Pa(t2)-Pg(t2)|≤Pd2
步骤205:判断实际出力和设点出力之间的差值始终小于一定阈值,储能充放电功率约束表示为:
其中,Pa(t)是t时刻AGC的指令值;Pg(t)是t时刻机组的出力值;ηm、d是额定容量为Erate(m)的储能***放电效率,ηm、c是额定容量为Erate(m)储能***充电效率,Pd1为判断有效区间开始的阈值,Pd2为判断有效区间结束的阈值;t1为判断有效区间的开始时刻;t2为判断有效区间的结束时刻,const表示常数;Pd3为判断有效区间的阈值;Pm、max是额定容量为Erate(m)的储能***的极限充、放电功率。
作为进一步优选方案之一,使用额定容量为Erate(m)的储能***后,上述调节速率指标k1m测得的方法为:
k1m=2-vN/v
其中,PSi和PEi分别为第i次调节过程开始和结束时刻的机组出力,TSi和TEi分别为第i次调节过程的开始和结束时刻;vi为第i次调节的速率,vi大于零时为机组升负荷调节,vi小于零时为机组降负荷调节,v为n次调节的平均速率,vN为机组标准调节速率,与机组类型有关。
作为进一步优选方案之二,使用额定容量为Erate(m)的储能***后,上述调节精度指标k2m测得的方法为:
其中,Pi(t)为机组平稳运行阶段的出力;Pj为稳定区间内AGC的指令值;TSi和TEi分别为稳定区间的开始和结束时刻;PN为机组的额定功率。
作为进一步优选方案之三,使用额定容量为Erate(m)的储能***后,上述响应时间指标k3m测得的方法为:
响应时间是指机组能量管理***发出指令后,机组出力在原出力点的基础上,跨出与“调节方向一致”的调节死区所用的时间,其中,ΔT为响应时间的平均值;TN为响应时间基准值。
本发明解决了储能辅助火电机组调频中的参数优化配置问题,既满足了电网的需求,同时最大程度地降低储能接入的投资成本。
附图说明:
图1为本发明中储能***容量配置流程图。
具体实施方式:
实施例:
如附图1所示,一种储能辅助火电机组调频的容量配置方法,包括如下过程:
步骤1:设定储能***容量初始值Erate0,储能***容量限值E“rate,储能步长L,m初始值为0;
步骤2:根据t时刻AGG指令,计算储能***出力P(t);
步骤3:Erate(m)=Erate0+m*L,根据机组调节出力,分别计算该储能容量Erate(m)下考核指标k1m、k2m、k3m值,所述指标k1m为调节速率指标,所述指标k2m为调节精度指标,所述指标k3m为响应时间指标;
步骤4:下一容量值选择循环m=m+1;
步骤5:判断是否满足Erate(m+1)=Erate(m)+L>E“rate,如果满足,转步骤5,否则返回步骤1;
步骤6:k1max=max{k1m},k2max=max{k2m},k3max=max{k3m},k1max、k2max、k3max对应的储能***容量分别为QBESS1、QBESS2、QBESS3,
步骤7:考虑储能辅助火电机组调频的经济性,储能***最优配置容量QBESS取三者之间的最大值。即:
QBESS=max{QBESS1,QBESS2,QBESS3}
所述步骤3还包括如下过程:
步骤301:某一时刻储能***SOCm(t)的表达式为:
充电状态:
放电状态:
其中,SOCm(t)为t时段结束时额定容量为Erate(m)的储能电池的剩余电量;SOCm(t-1)为t-1时段结束时额定容量为Erate(m)的储能电池的剩余电量;ηm、c、ηm、d分别是额定容量为Erate(m)储能电池的充电效率、放电效率;Erate(m)为储能电池的额定容量;
步骤302:电池储能单元运行过程中SOCm(t)的取值应满足:
SOCm、min<=SOCm(t)<=SOCm、max,
其中,SOCm、max和SOCm、min分别是额定容量为Erate(m)储能***的允许荷电状态上限和下限;储能***充放电过程中,若按理论出力后t+Δt时刻SOCm(t+Δt)<SOCm、min,则t~t+Δt时间内储能单元的放电电量为ΔEstore(m)=Erate(m)*[SOCm(t)-SOCm、min]*ηm、d,若按理论出力后t+Δt时刻:SOCm(t+Δt)>SOCm、max,则t~t+Δt时间内储能单元的充电电量为ΔEstore(m)=Erate(m)*[SOCm、max-SOCm(t)]/ηm、c;
步骤303:分别设定SOCm、1和SOCm、2分别是额定容量为Erate(m)储能电池SOC的超限下限阈值、上限阀值,其中:
0<SOCm、min<SOCm、1<SOCm、2<SOCm、max<1
额定容量为Erate(m)储能***处于[SOCm、1,SOCm、2]区间内为最优运行状态,当处于[SOCm、min,SOCm、1]或[SOCm、2,SOCm、max]区间内为超限预警状态,储能***将处于自恢复状态,降功率运行,直至恢复最优运行区间。
所述储能***额定功率的配置方法包括如下过程:
步骤201:在设定周期内,计算某一时刻储能***出力为P(t)=Pa(t)-Pg(t);
步骤202:计算储能***的充放电功率:
Pm、c(t)=max[-Pm、max,Pa(t)-Pg(t)]
Pm、d(t)=min[Pm、max,Pa(t)-Pg(t)]
步骤203:计算储能单元的额定功率Prate(m):
Prate(m)=max{Pm、d(t)/ηm、d,Pm、c(t)*ηm、c}
步骤204:判断计算区间的起始时刻和结束时刻是否满足约束:
|Pa(t1)-Pg(t1)|≥Pd1
|Pa(t2)-Pg(t2)|≤Pd2
步骤205:判断实际出力和设点出力之间的差值始终小于一定阈值,储能充放电功率约束表示为:
其中,Pa(t)是t时刻AGC的指令值;Pg(t)是t时刻机组的出力值;ηm、d是额定容量为Erate(m)的储能***放电效率,ηm、c是额定容量为Erate(m)储能***充电效率,Pd1为判断有效区间开始的阈值,Pd2为判断有效区间结束的阈值;t1为判断有效区间的开始时刻;t2为判断有效区间的结束时刻,const表示常数;Pd3为判断有效区间的阈值;Pm、max是额定容量为Erate(m)的储能***的极限充、放电功率。
使用额定容量为Erate(m)的储能***后,上述调节速率指标k1m测得的方法为:
k1m=2-vN/v
其中,PSi和PEi分别为第i次调节过程开始和结束时刻的机组出力,TSi和TEi分别为第i次调节过程的开始和结束时刻;vi为第i次调节的速率,vi大于零时为机组升负荷调节,vi小于零时为机组降负荷调节,v为n次调节的平均速率,vN为机组标准调节速率,与机组类型有关。
使用额定容量为Erate(m)的储能***后,上述调节精度指标k2m测得的方法为:
其中,Pi(t)为机组平稳运行阶段的出力;Pj为稳定区间内AGC的指令值;TSi和TEi分别为稳定区间的开始和结束时刻;PN为机组的额定功率。
使用额定容量为Erate(m)的储能***后,上述响应时间指标k3m测得的方法为:
响应时间是指机组能量管理***发出指令后,机组出力在原出力点的基础上,跨出与“调节方向一致”的调节死区所用的时间,其中,ΔT为响应时间的平均值;TN为响应时间基准值。
Claims (7)
1.一种储能辅助火电机组调频的容量配置方法,其特征在于,过程如下:
以调节速率、调节精度、响应时间为目标,根据电网AGC指令,以固定步长逐渐增加储能的容量;计算出不同储能容量下***的调节速率、调节精度、响应时间的值;得到调节速率最大值对应的储能***容量QBESS1、调节精度最大值对应的储能***容量QBESS2、响应时间最大值对应的储能***容量QBESS3;最后,考虑储能辅助火电机组调频的经济性,储能***最优配置容量QBESS取QBESS1、QBESS2、QBESS3之间的最大值。
2.根据权利要求1所述一种储能辅助火电机组调频的容量配置方法,其特征在于,包括如下过程:
步骤1:设定储能***容量初始值Erate0,储能***容量限值E“rate,储能步长L,m初始值为0;
步骤2:根据t时刻AGG指令,计算储能***出力P(t);
步骤3:Erate(m)=Erate0+m*L,根据机组调节出力,分别计算该储能容量Erate(m)下考核指标k1m、k2m、k3m值,所述指标k1m为调节速率指标,所述指标k2m为调节精度指标,所述指标k3m为响应时间指标;
步骤4:下一容量值选择循环m=m+1;
步骤5:判断是否满足Erate(m+1)=Erate(m)+L>E“rate,如果满足,转步骤6,否则返回步骤2;
步骤6:k1max=max{k1m},k2max=max{k2m},k3max=max{k3m},k1max、k2max、k3max对应的储能***容量分别为QBESS1、QBESS2、QBESS3,
步骤7:考虑储能辅助火电机组调频的经济性,储能***最优配置容量QBESS取三者之间的最大值。即:
QBESS=max{QBESS1,QBESS2,QBESS3}
3.根据权利要求书2所述的一种储能辅助火电机组调频的容量配置方法,其特征在于,所述步骤3还包括如下过程:
步骤301:某一时刻储能***SOCm(t)的表达式为:
充电状态:
放电状态:
其中,SOCm(t)为t时段结束时额定容量为Erate(m)的储能电池的剩余电量;SOCm(t-1)为t-1时段结束时额定容量为Erate(m)的储能电池的剩余电量;ηm、c、ηm、d分别是额定容量为Erate(m)储能电池的充电效率、放电效率;Erate(m)为储能电池的额定容量;
步骤302:电池储能单元运行过程中SOCm(t)的取值应满足:
SOCm、min<=SOCm(t)<=SOCm、max,
其中,SOCm、max和SOCm、min分别是额定容量为Erate(m)储能***的允许荷电状态上限和下限;储能***充放电过程中,若按理论出力后t+Δt时刻SOCm(t+Δt)<SOCm、min,则t~t+Δt时间内储能单元的放电电量为ΔEstore(m)=Erate(m)*[SOCm(t)-SOCm、min]*ηm、d,若按理论出力后t+Δt时刻:SOCm(t+Δt)>SOCm、max,则t~t+Δt时间内储能单元的充电电量为ΔEstore(m)=Erate(m)*[SOCm、max-SOCm(t)]/ηm、c;
步骤303:分别设定SOCm、1和SOCm、2分别是额定容量为Erate(m)储能电池SOC的超限下限阈值、上限阀值,其中:
0<SOCm、min<SOCm、1<SOCm、2<SOCm、max<1
额定容量为Erate(m)储能***处于[SOCm、1,SOCm、2]区间内为最优运行状态,当处于[SOCm、min,SOCm、1]或[SOCm、2,SOCm、max]区间内为超限预警状态,储能***将处于自恢复状态,降功率运行,直至恢复最优运行区间。
4.根据权利要求2所述一种储能辅助火电机组调频的容量配置方法,其特征在于,所述储能***额定功率的配置方法包括如下过程:
步骤201:在设定周期内,计算某一时刻储能***出力为P(t)=Pa(t)-Pg(t);
步骤202:计算储能***的充放电功率:
Pm、c(t)=max[-Pm、max,Pa(t)-Pg(t)]
Pm、d(t)=min[Pm、maxPa(t)-Pg(t)]
步骤203:计算储能单元的额定功率Prate(m):
Prate(m)=max{Pm、d(t)/ηm、d,Pm、c(t)*ηm、c}
步骤204:判断计算区间的起始时刻和结束时刻是否满足约束:
|Pa(t1)-Pg(t1)|≥Pd1
|Pa(t2)-Pg(t2)|≤Pd2
步骤205:判断实际出力和设点出力之间的差值始终小于一定阈值,储能充放电功率约束表示为:
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其中,Pa(t)是t时刻AGC的指令值;Pg(t)是t时刻机组的出力值;ηm、d是额定容量为Erate(m)的储能***放电效率,ηm、c是额定容量为Erate(m)储能***充电效率,Pd1为判断有效区间开始的阈值,Pd2为判断有效区间结束的阈值;t1为判断有效区间的开始时刻;t2为判断有效区间的结束时刻,const表示常数;Pd3为判断有效区间的阈值;Pm、max是额定容量为Erate(m)的储能***的极限充、放电功率。
5.根据权利要求1-4任何一项所述一种储能辅助火电机组调频的容量配置方法,其特征在于,使用额定容量为Erate(m)的储能***后所述调节速率指标k1m测得的方法为:
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k1m=2-vN/v
其中,PSi和PEi分别为第i次调节过程开始和结束时刻的机组出力,TSi和TEi分别为第i次调节过程的开始和结束时刻;vi为第i次调节的速率,vi大于零时为机组升负荷调节,vi小于零时为机组降负荷调节,v为n次调节的平均速率,vN为机组标准调节速率,与机组类型有关。
6.根据权利要求1-4任何一项所述一种储能辅助火电机组调频的容量配置方法,其特征在于,使用额定容量为Erate(m)的储能***后所述调节精度指标k2m测得的方法为:
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其中,Pi(t)为机组平稳运行阶段的出力;Pj为稳定区间内AGC的指令值;TSi和TEi分别为稳定区间的开始和结束时刻;PN为机组的额定功率。
7.根据权利要求1-4任何一项所述一种储能辅助火电机组调频的容量配置方法,其特征在于,使用额定容量为Erate(m)的储能***后所述响应时间指标k3m测得的方法为:
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<mi>&Delta;T</mi>
<mi>i</mi>
</msub>
</mrow>
<mi>n</mi>
</mfrac>
</mrow>
响应时间是指机组能量管理***发出指令后,机组出力在原出力点的基础上,跨出与“调节方向一致”的调节死区所用的时间,其中,ΔT为响应时间的平均值;TN为响应时间基准值。
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