儲能資源參與的自動發電控制策略

許建強

(長園深瑞繼保自動化有限公司，廣東 深圳 518057)

0 引言

近年來，我國儲能系統技術的不斷發展，逐步改變了傳統的自動發電控制模式。通過將儲能資源參與到自動發電控制中，可以有效提高自動發電效率，彌補傳統自動發電控制的弊端，改善調頻效果，提高響應速度，實現雙向調節。同時還可以在一定程度上減少調頻機組發生磨損和故障的概率，最大限度地保障自動發電控制系統的安全高效運行。因此需要相關行業從業人員對儲能資源加以重視，結合目前儲能資源的實際情況在自動發電控制中強化儲能資源的參與，并利用儲能資源對自動發電控制技術進行合理優化與提升，推動自動發電控制的進一步發展。

1 自動發電控制概述

自動發電控制技術是電力系統中一項重要環節，主要負責解決電力系統運行過程中產生的頻率調節和負荷分配，并且與相鄰的電力系統實現電力頻率交換，從而更好地保障電力系統的正常運行[1]。在當前技術條件下，電力系統已經初步實現了自動發電控制，但相對來說智能化還是比較薄弱，仍有很大的發展空間，尤其是在現代社會信息技術的興起，利用信息技術實現電力系統智能化自動發電控制已經成為當前電力行業的主要發展趨勢。通過在自動發電控制中落實儲能資源的參與，可以有效彌補以往自動發電控制中的不足，實現功率的快速調節，精準控制功率，改善調頻效果，提高響應速度，實現雙向調節，并且還可以有效地減少調頻機組發生磨損和故障的概率，最大限度保證自動發電控制系統的安全運行。隨著儲能系統成本的降低以及系統技術的進步，有更多的新型儲能系統與電網運行接入。與以往傳統的火力發電機組相比，儲能資源的功率調節速度更快，對參與到電力系統的頻率調節更為適合。除此之外，相關人員也研究了孤立系統中電池儲能參與頻率控制的容量，可以通過對電池荷電狀態進行動態調整，不斷完善儲能系統的快速調節特性，來實現自動發電控制當中儲能資源的有效參與。

2 儲能資源參與的自動發電控制策略

當儲能資源參與調頻時，自動發電控制系統應該根據儲能資源功率快速調節的優點，充分發揮其作用，使儲能資源能夠更好地參與到自動發電控制中。儲能資源具有快速精準控制功率的特點，能夠很好地匹配自動發電控制的功能需求，從而最大化地發揮自動發電控制的優勢，保障電力系統的安全運行。目前在一些發達國家，儲能資源已經被廣泛應用到自動發電控制中，并取得了較為顯著的應用效果。我國在落實儲能資源參與自動發電控制的過程中，應積極學習引進先進的技術理念，通過制定完善的控制方案，使儲能資源更好地參與到自動發電控制中。首先，工作人員需要靈活地分配儲能資源，保證每個區間都能夠得到一個合理的調節量，并以此為基礎對功率進行分配，將調頻需求大致分為高頻部分和低頻部分，分別由儲能資源和傳統機組來進行控制，從而更好地發揮各個調頻資源的優勢，從根本上提高調頻控制的效果。

2.1 單一儲能和復合儲能

單一儲能以把風能、水能或熱能等與電能交換的形式實現儲能，單一儲能在工程安裝上相對比較容易，工藝流程相對來說比較成熟，對工作人員自身的專業素質水平要求較低，很容易達到一個較高的頻率調節效果，而且前期的安裝施工比較簡單，后期的維修與應用也比較容易，是目前我國在自動發電控制中實現儲能資源參與的主要策略之一。相關工作人員應對此加以重視，圍繞單一儲能的特點，實現與自動發電控制的有效結合，從而更好地推動電力系統的頻率調節，保證電力系統的正常運行[2]。但是單一儲能一般無法實現大容量和大功率。而復合儲能則是指將不同儲能類型實現共同儲存，可以有效實現不同種類儲能互補，擴大容量，有效地彌補單一儲能的弱項。復合儲能可以最大限度發揮儲能資源在自動發電控制中的參與優勢，從而更好地對電力系統的頻率進行雙向調節，實現儲能資源的大功率、大容量，從而進一步發揮儲能資源參與到自動發電控制的價值。飛輪儲能系統與鋰離子電池儲能系統的配合就屬于復合儲能，也是本文主要闡述的復合儲能參與的策略之一。

2.2 復合儲能間的協調控制

復合儲能系統可以通過復合儲能間的協調控制來實現儲能資源參與到自動發電控制中，達到對自動發電控制進行自動頻率調節。當飛輪儲能在荷電狀態滿足要求時可以進行優先調節，保障鋰離子電池的淺充淺放，以此來提高鋰離子電池的循環次數，延長鋰離子電池的使用壽命。同時，在實際的應用過程中，工作人員還可以適當調整飛輪儲能的空轉時間和自放電時間，最大限度地實現復合儲能間的協調控制[3]。此外，為更好地體現優先級，還可以適當結合飛輪儲能和鋰離子電池的循環次數與放電深度的關系以及二者容量，對2種儲能方式的最佳放電深度進行設置，并將二者的控制策略進行協調。

2.3 仿真控制方案

儲能仿真系統是以實際電網數據為基礎，在不對當前電網自動發電控制功率分配方式進行改變的情況下，將傳統調頻機組與儲能資源進行同等對待。在制定儲能資源參與到自動發電控制的仿真控制方案時，需要工作人員提前準備好真實電網的運行數據，并以此為基礎對儲能資源參與到自動發電控制的方案進行仿真模擬，還原真實的運行場景，并測試出每種參與策略的運行效果。同時，工作人員還需要針對每種參與策略的實際運行效果進行深度研究探討，選出最優的控制方案，并在真實的電網中加以運行，以此來實現儲能資源全面參與到自動發電控制中。

3 儲能資源參與的自動發電控制系統構成

3.1 飛輪儲能系統構成

飛輪儲能是機械儲能的一種，主要由飛輪、軸承、真空室、雙向變流系統、控制系統等共同組成。飛輪儲能系統參與到自動發電控制具備一定的先進性與可行性，同時，還具備良好的可操作性。其中飛輪儲能系統中的雙向換流器采用背靠背的配置；控制系統的作用在于監測及控制如荷電狀態、冷卻系統狀態、真空度、溫度等監測系統參數；真空系統也能盡可能減小飛輪儲能空轉損耗，真空壓力可由真空泵提供；中央系統與冷卻系統相連，確保飛輪能夠保持正常工作溫度；在飛輪儲能參與到自動發電控制的實際運行過程中，當飛輪儲能系統的轉矩不平衡的情況下，飛輪的轉速會相應減小或增加，以此來實現機械能與電能的轉化，從而實現飛輪儲能系統全面參與到自動發電控制中。

3.2 鋰離子電池儲能系統構成

鋰離子電池儲能系統主要是由于鋰離子電池、雙向功率逆變裝置、冷卻系統以及控制系統等共同組成。而鋰離子電池在目前市場上種類豐富，每一種電池都存在著一定的優勢與劣勢，需要工作人員在選擇鋰離子電池時根據自身電力系統對自動發電控制的實際需求，合理地選擇鋰離子電池。在實際的應用過程中，通過應用鋰離子電池儲能系統正負極的化學反應實現電能與化學能的雙向轉換，發揮調頻效果。同時，不同的鋰離子電池在自動發電控制系統中進行應用，只需要關注外部特性，無需考慮其內部化學反應。鋰離子電池有自放電率、充放電倍率、荷電狀態、實際容量、理論容量、額定容量等幾個與調頻相關的技術參數，確保化學能與電能的雙向轉化。由鋰離子電池構成的鋰離子電池儲能系統中的功率轉換器，可以實現儲能系統與電網連接相結合，以此來控制電網與儲能資源間能量雙向流動的功能，可以充分滿足功率控制的精準度和充放電快速轉換的響應速度要求。在實際的運行過程中，以火電機組作為響應自動化控制調頻指令的基礎單元，以鋰離子電池儲能資源作為補充的快速響應單元，來保障鋰離子電池儲能系統能夠很好地參與到自動發電控制中，并發揮最大優勢，改善自動發電控制機組的響應速度及精度。

4 結語

在當前全球電力技術融合的背景下，各國的技術手段存在著一定的交換與共享，對自動發電控制的調頻要求也有所提高。而傳統的自動發電控制明顯不能符合當前雙碳目標形勢下的發展要求，需要從業人員利用互聯網的特點，實現儲能系統參與的自動發電控制。在傳統的發電控制中，由于技術的缺乏導致頻率調節很難滿足電力系統的運行需求，通過將儲能系統參與到自動發電控制中，可以有效應用儲能系統調節功率速度快的優勢來提高頻率調節效率，使自動發電控制實現雙向調節，保證電力系統的正常運行。