储能系统在调频项目中的应用

储能系统在调频项目中的应用

2020-08-13 22:54:50 0
1储能联合调频
近年来,随着储能电池成本的显著下降,加速了储能系统的商业化应用,储能系统在电力系统发输配用各个领域的应用迅速展开,火电AGC调频是储能系统商业化的典型应用。
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储能+火电的联合调频系统是目前最合适的方式,两者相互补充,发挥各自优势,使得常规燃煤机组调频性能大幅提升。对于高频波动的随机负荷分量及部分脉动分量,储能系统具备几乎实时响应的能力,而对于小波动,缓慢出力的脉动分量及持续分量,火电机组轻松应对。

调频综合指标K=0.25×(2K1+K2+K3),其中K1=本台机组实测速率/控制区域内所有AGC机组的平均调节速率,K2=1-发电单元响应延迟时间/5min,K3=1-发电单元调节误差/发电单元调节允许误差。南方电网规则,K1最高为5,K2、K3最高为1,因此综合指标K值最大为3。下图为某燃煤电厂某台发电机组AGC性能能统计曲线:
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以上指标除了表征调频单元参与AGC响应效果之外,更重要的是性能指标的高低直接影响机组调频收益。调度机构将单位报价V与K值的比值(V/K)作为竞价排名的指标P,依次从低到高排序,排名靠前者中标,比如A机组报价12元/MW,K值1,B机组报价15元/MW,K值1.5,则调频性能指标PA=12.5,PB=10,于是价格高B机组反而优先中标。

这种综合指标评定法做到了K值越高,收益越好,也实现为效果付费奖励。另外,针对K值高的机组,调度中心还能增加调频里程(单位MW),机组收益进一步扩大,如下图为K值与调频里程的相关性曲线。
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下图是各级组参与AGC响应的日收益与其K值的对比曲线,我们可以看出调频收益与K值的正相关性。图中望洋电厂为燃气机组,其K值高达1.65,常规燃煤机组普遍在0.6-0.9之间,和燃气机组存在显著的差距,为了提升燃煤机组K值水平,增加调频收益,各发电厂在寻找各种优化方式,其中火电+储能系统联合调频是最有效的方式之一。

储能在此有2个方面的优势:提高机组性能K值,延长机组运行寿命。联合调频的需求是提升电站调频指标K和提升AGC补偿收益。
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2调频储能系统
调频储能系统,实际上还是一套储能系统,只是应用场景和接入点不同,电池,BMS,电池簇组成了储能系统的直流侧,PCS,变压器组成了储能系统的交流侧,交流侧接入厂变的低压端,如下图所示:
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储能容量配置,通常按照机组额定出力的3%配置,比如300MW的机组,配置9MW的储能系统,电池路线选用磷酸铁锂,电池倍率在1C-2C之间,储能系统多采用集装箱设计,配上消防和空调系统,集装箱内外的布置见下图:
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3储能技术路线
当前调频储能技术路线大致分为3类,一是常规系统;二是分散集中式系统;三是高压级联系统,目前最常见应用为第一种。

3.1 常规系统
常规系统是使用最多,技术最成熟的方案,其特点是通过直流电池端的并联汇流,实现储能单元容量的提升,多台电柜出线端并联,汇流后接入储能逆变器(PCS柜),组成储能单元,PCS之间并联接入变压器,对外供电。

以上方案的不足之处是并联电池柜之间存在环路电流,电池均衡存在木桶效应,不利于电池的精细化管理,交流侧PCS并联升压,整个系统损耗较大,转化效率偏低。
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3.2 分散集中系统
关于分散集中拒绝电池簇之间的直流汇流,消除簇间环流,消除容量短板效应,提高电池使用寿命,这也是分散集中式储能系统的核心。现在来看,主要实现手段是将PCS模块化,比如将单台500kW的PCS分为为10台50kW的PCS小机,每台小机的交流侧集中并联,保证外特性的不变,对内分散,即每台小机直流侧接入一簇电池。拓扑如见下图。
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3.3 高压级联储能系统
在分散集中式系统上再做变革升级,将PCS小机的交流侧由并联改为串联,拓扑结构如下图:
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该系统与前两种相比,最显著的差别是省去了变压器,无需再升压,系统效率更高,相同出力下,电流更低,电池寿命更长。


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