電池儲能與火電機組聯合運行的協調控制系統設計

周小兵 劉 潛 王 拓 嚴后楊

（1.華能國際電力股份有限公司江蘇清潔能源分公司，江蘇南京210000；2.南瑞集團（國網電力科學研究院）有限公司，江蘇南京210000；3.國電南瑞南京控制系統有限公司，江蘇南京210000）

0 引言

作為智能電網、微電網、高比例新能源接入以及能源互聯網接入的重要環節，儲能起著越來越大的作用。儲能技術的發展，對于提升以化石儲能為主的傳統電力系統帶來了極大的挑戰和機遇，未來電力系統一定是一個多能源融合組成、多系統協同發展的高靈活性系統。

在當前的多數電網系統中，調頻的主要任務依然是由水電機組或火電機組承擔，由于其機械轉動慣量的固有影響，調節速度很慢，響應時間也很長，不利于高靈活性電力系統發展的需求，特別是新能源的大規模接入，對電力系統調頻提出了更高的要求。

電池儲能系統在響應速度和響應時間上具有獨特的優勢：主要體現在以下兩個方面：

（1）電化學反應速度快，可在毫秒到秒范圍內實現儲能系統的滿功率輸出；

（2）精確控制，可在全功率范圍內實現功率的連續、可靠、穩定調節，實現在不同時間尺度下對電網運行的全力支撐。

因此，電池儲能能夠參與到電網調頻中，將加快調頻控制的速度，精確地滿足系統的需求，有效地抑制系統頻率的變化，避免或減少ACE聯絡線之間因調頻而引起的功率波動，極大地減少系統頻率對傳統調頻機組的依賴，降低機組的疲勞磨損和故障率[1-2]。

1 關鍵技術

1.1 儲能變流器（PCS）多機并聯穩定性及控制策略

PCS多機并聯會引起環流問題，從而影響系統的穩定，具體表現為：并網情況下，由于變壓器漏抗及線路阻抗等原因，多臺PCS與電網產生關聯耦合構成復雜的高階電路結構，此時PCS的諧振特性會發生改變，在原有諧振尖峰的基礎上會另外在高、低頻處產生諧振尖峰，傳統控制策略難以進行抑制，造成各臺PCS輸出電流諧波含量增加，嚴重情況下甚至會造成PCC點電壓發生諧振，導致整個儲能系統停機。

1.2 火電、儲能聯合調頻控制策略

實現火電與儲能聯合調頻[3]的主要機理是：充分發揮其各自的優勢，利用儲能響應速度快的特點，優先快速響應AGC的調頻指令，待火電機組能夠獨立承擔AGC調頻指令時，儲能設備輸出為0，退出運行。這樣可以充分發揮儲能系統響應速度快、持續時間短，火電機組響應速度慢，但持續輸出能力強的特點，實現火電、儲能聯合系統的速度和精度調節，大大改善其AGC調頻性能。

儲能控制系統除了監控火電機組、儲能系統的出力及運行狀態外，還能接收AGC的指令，在儲能系統允許的工作范圍內，計算出儲能應該運行的工作模式及調節度，實現有效組合運行[4-5]。

1.3 火電機組AGC輔助服務補償計算方法

儲能作為良好的可控資源參與到電網輔助服務中，目前主要是參考華北區域兩個細則。在細則中對于AGC調頻的要求如下：由電力調度總站控制裝設的AGC裝置，其補償度需要在調節補償標準下，根據調節深度和調節性能的乘積進行綜合計算。

（1）日調節總和：

式中：Di為第i次的調節量；n為調節次數。

（2）調節性能指標Kpd：

Kpd定義為當天的調節性能指標，公式如下：

式中：K1、K2、K3分別為調節速率指標、調節精度指標、響應時間指標，三者的乘積作為Kp的綜合體現。

（3）AGC服務貢獻日補償費用：

式中：YAGC定義為AGC調節性能補償標準。

2 火電儲能聯調調頻

儲能系統的接入一般放在火電機組末端，做集中式配置，實現對火電機組的輔助AGC調節。首先，將火電機組和儲能作為一個整體，其輸出功率之和作為反饋信號，根據電網的AGC調度指令，實現輸出功率到電網調度側的控制。其次，測量火電機組和儲能系統各自的出力情況及儲能系統電池本體的運行狀態，實現最優化的AGC調度需求。

儲能接入火電機組的通信方案如圖1所示。

主要功能描述如下：

（1）測控和遠動設備：測控裝置主要用于實現測量和控制，同步測量火電機組出力、儲能系統出力情況，將二者相加作為總的輸出，上傳到電網調度系統；遠動裝置主要用于接收電網調度AGC指令，并完成同步轉發，分別將調度參考值分配給火電機組DCS和儲能控制系統。

圖1 儲能接入火電機組的通信方案

（2）儲能控制系統：儲能控制系統的主要功能是實現儲能系統的監視和控制，它一方面實時監控儲能系統自身的狀態和火電機組的AGC狀態、實時出力等數據信息；另一方面，其內置調度控制算法，在接收到電網的AGC調度指令后，根據火電機組和自身的儲能狀態進行反饋，最終控制儲能系統按照其調度指令要求，完成對儲能的有效控制。

（3）火電機組DCS：火電機組DCS主要用于監測火電機組出力信號，同時接收AGC的調度要求，控制火電機組跟隨AGC的調度指令完成其出力要求；增加與儲能控制系統的通信接口，主要是將自身的運行狀態及機組出力信息發送給儲能系統。

3 結語

本文主要構建火電機組和儲能系統的一體化系統，利用儲能技術的快速響應特點作為火電機組的有力補充，最終提出電池儲能綜合利用協調控制系統。該系統除監測火電機組和儲能系統自身的運行狀態和出力外，能接收電網AGC的調度指令，實現了電力系統的靈活、有效控制。