一种电厂储能辅助调频的储能定容方法与流程

本发明涉及储能定容技术领域，尤其涉及一种电厂储能辅助调频的储能定容方法。

背景技术：

在电力系统运行中，解决区域电网内短时间(秒或分钟级)、随机性有功不平衡问题，即电网频率及联络线功率控制主要通过自动发电控制(AGC)实现。其对调频电源性能提出了调节速率快、调节精度高、功率调节方向频繁转换等较高要求。电网AGC调频功能主要由包括水电、燃气机组以及火电机组在内的常规电源提供。由于这些电源系统都具有响应惯性，将一次能源转换成电能将经历一系列复杂过程。特别是火电机组的AGC调频性能与电网期望相比，还有较大差距，表现为调节延迟、偏差(超调和欠调)等现状。对储能系统而言，在额定功率范围内，可以在1秒钟内、以99％以上的精度完成指定功率的输出，其综合响应能力特别适合在AGC调频时间尺度内的功率变换需求。根据研究报告显示：平均来看，储能系统的调频效果是水电机组的1.4倍，是天然气机组的2.3倍，是燃煤机组的20倍以上。储能辅助调频原理是利用电池储能系统快速、精确响应的特点，辅助发电机组进行AGC方式下的负荷调整，进而提高发电机组的调节性能，同时不对机组自身调节带来扰动。因此，配置电池储能系统辅助AGC联合调频是所有发电机组的必然趋势。电厂侧储能系统接入方式，其原则必须不能影响机组及电网正常运行，不能影响厂用辅助设备正常运行，不能影响厂用电切换灵活性。目前电厂增加储能系统的接入方案大多采用外挂厂用电母线接入方案，即储能调频装置采用电力电缆连接至电厂机组的厂用工作段，接入电厂厂用电系统。

目前储能联合调频项目中的储能系统容量普遍配置方法主要是基于电网调频特性。因80％的调频指令在机组全容量的3％左右，因此选取3％机组容量作为储能功率，保证储能系统能够响应80％左右的电网AGC指令。

因此，目前国内储能辅助调频项目均是基于燃煤机组；对于30万以上的燃煤机组，厂用电率一般在3％-6％左右，因此以3％机组容量作为储能功率，只需要核算高厂变容量，保证储能系统充电时，高厂变不超载即可；在储能系统放电时，储能放电被厂用电负荷完全消纳，不会出现有功功率倒送至高厂变高压侧现象。对于燃气蒸汽联合循环电厂，由于厂用电率较低，一般在2％以下。若以厂用电率作为储能功率选择时的限制性条件，保证储能放电时不出现有功功率倒送至高厂变高压侧，则储能功率较小，对机组调频性能的改善作用有限。在高厂变倒送电技术的支撑下，允许有功功率倒送至高厂变高压侧，对于燃煤电厂和燃气蒸汽联合循环电厂，储能系统功率可以选择更大，储能系统对机组调频性能的改善作用会更优，但目前尚未有相关基于该技术的储能辅助调频的储能定容方法，在保证电厂和电网安全运行的同时，经济性更优；而选择3％机组容量作为储能功率，对于同容量的电厂而言，选择的储能功率相同，没有考虑到各电厂之间机组性能的差异化，导致储能经济效益不能达到最大化。

技术实现要素：

本发明提供了一种电厂储能辅助调频的储能定容方法，通过计算经济最优储能容量值和根据储能系统定容的标准确定中间变量值，确定得到储能初步选型容量值，并进行电气安全性校核以确定储能最终选型容量值，解决了现有技术中没有考虑到各电厂之间机组性能的差异化而对同容量的电厂选择相同的储能功率的技术问题，从而根据各电厂之间机组性能的差异相对应地选择合适的储能功率，进而实现储能经济效益的最大化。

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种电厂储能辅助调频的储能定容方法，包括：

获取电厂设备参数数据和设备现有的实际运行数据；

根据所述电厂设备参数数据和设计负荷，计算高厂变可供储能接入的设计富裕容量值；

根据所述电厂设备参数数据和实际运行最大负荷，计算高厂变可供储能接入的实际运行富裕容量值；

根据所述实际运行数据进行仿真计算经济最优储能容量值；

确定储能系统定容的标准，并将所述设计富裕容量值和所述实际运行富裕容量值分别赋值给所述标准的中间变量值；

分别判断所述经济最优储能容量值和所述中间变量值之间的大小，以确定储能初步选型容量值，并进行电气安全性校核以确定储能最终选型容量值。

作为优选方案，所述电厂设备参数数据包括：主变压器和高压厂用变压器额定容量值、高压侧额定电流值、低压侧额定电流值、接线组别、阻抗值、电压变比值和厂用电系统设备的额定短路开断电流值；所述实际运行数据包括：中标历史运行数据、高压厂用变压器实际运行最大/最小电流值和机组参与调频时的最大出力。

作为优选方案，所述根据所述实际运行数据进行仿真计算经济最优储能容量值，包括：

根据中标历史运行数据，基于项目所在地域调频辅助服务的细则规定，仿真计算确定电厂现有机组模型；

在所述电厂现有机组模型的基础上，加入储能系统模型后预测联合调频的AGC调节性能指标，并根据储能容量对应的经济效益分析，确定效益最优的储能容量。

作为优选方案，所述确定储能系统定容的标准，并将所述设计富裕容量值和所述实际运行富裕容量值分别赋值给所述标准的中间变量值，包括：

当以满足实际运行要求为目标时，以高厂变实际运行的情况作为电气安全性校核的标准；并将所述实际运行富裕容量值赋值给中间变量值；

当以满足理论设计要求为目标时，以高厂变计算负荷作为电气安全性校核的标准；并将所述设计富裕容量值赋值给中间变量值。

作为优选方案，所述分别判断所述经济最优储能容量值和所述中间变量值之间的大小，以确定储能初步选型容量值，并进行电气安全性校核以确定储能最终选型容量值，包括：

当所述经济最优储能容量值不小于所述中间变量值时，确定储能初步选型容量值为所述中间变量值，并进行电气安全性校核以确定储能最终选型容量值；

当所述经济最优储能容量值小于所述中间变量值时，确定储能初步选型容量值为所述经济最优储能容量值，并进行电气安全性校核以确定储能最终选型容量值。

作为优选方案，所述当所述经济最优储能容量值不小于所述中间变量值时，确定储能初步选型容量值为所述中间变量值，并进行电气安全性校核以确定储能最终选型容量值，包括：

当所述电气安全性校核通过时，确定储能最终选型容量值为所述储能初步选型容量值；

当所述电气安全性校核不通过时，预设步长值，并对所述储能初步选型容量值依次逐步降低所述步长值，依次进行电气安全性校核，直至校核通过，则储能最终选型容量值为降低一次或多次所述步长值后的储能初步选型容量值。

作为优选方案，所述当所述经济最优储能容量值小于所述中间变量值时，确定储能初步选型容量值为所述经济最优储能容量值，并进行电气安全性校核以确定储能最终选型容量值，包括：

当所述电气安全性校核通过时，确定储能最终选型容量值为所述储能初步选型容量值；

当所述电气安全性校核不通过时，预设步长值，并对所述储能初步选型容量值依次逐步降低所述步长值，依次进行电气安全性校核，直至校核通过，则储能最终选型容量值为降低一次或多次所述步长值后的储能初步选型容量值。

作为优选方案，所述进行电气安全性校核，包括：

根据所述储能初步选型容量，核算接入储能系统后的高厂变设计最大负荷率，若所述高厂变设计最大负荷率≤100％，则校核通过，否则校核不通过；

基于机组高压厂用变压器实际运行最大电流值，根据所述储能初步选型容量，核算接入储能系统后的高厂变实际运行最大负荷率，若所述高厂变实际运行最大负荷率≤100％，则校核通过，否则校核不通过；

基于机组高压厂用变压器实际运行最小电流值，根据所述储能初步选型容量，核算接入储能系统后的高厂变倒送电时的最大负荷率，若所述高厂变倒送电时的最大负荷率≤100％，则校核通过，否则校核不通过；

基于机组高压厂用变压器实际运行最小电流值，根据所述储能初步选型容量，核算接入储能系统后的主变压器最大负荷率，若所述主变压器最大负荷率≤100％，则校核通过，否则校核不通过；

根据所述储能初步选型容量，核算经过高厂变低压侧母线的最大可能短路电流值，与厂用电系统设备的额定短路开断电流值比较，若所述最大可能短路电流值小于所述额定短路开断电流值，则校核通过，否则校核不通过。

相比于现有技术，本发明实施例具有如下有益效果：

本发明通过计算经济最优储能容量值和根据储能系统定容的标准确定中间变量值，确定得到储能初步选型容量值，并进行电气安全性校核以确定储能最终选型容量值，解决了现有技术中没有考虑到各电厂之间机组性能的差异化而对同容量的电厂选择相同的储能功率的技术问题，从而根据各电厂之间机组性能的差异相对应地选择合适的储能功率，进而实现储能经济效益的最大化。

附图说明

图1：为本发明实施例中的电厂储能辅助调频的储能定容方法步骤流程图；

图2：为本发明实施例中的确定储能最终选型容量值的方法流程示意图；

图3：为本发明实施例中的进行电气安全性校核的方法流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参照图1，本发明优选实施例提供了一种电厂储能辅助调频的储能定容方法，包括：

S1，获取电厂设备参数数据和设备现有的实际运行数据；在本实施例中，所述电厂设备参数数据包括：主变压器和高压厂用变压器额定容量值、高压侧额定电流值、低压侧额定电流值、接线组别、阻抗值、电压变比值和厂用电系统设备的额定短路开断电流值；所述实际运行数据包括：中标历史运行数据、高压厂用变压器实际运行最大/最小电流值和机组参与调频时的最大出力。

S2，根据所述电厂设备参数数据和设计负荷，计算高厂变可供储能接入的设计富裕容量值；

S3，根据所述电厂设备参数数据和实际运行最大负荷，计算高厂变可供储能接入的实际运行富裕容量值；

S4，根据所述实际运行数据进行仿真计算经济最优储能容量值；在本实施例中，包括：根据中标历史运行数据，基于项目所在地域调频辅助服务的细则规定，仿真计算确定电厂现有机组模型；在所述电厂现有机组模型的基础上，加入储能系统模型后预测联合调频的AGC调节性能指标，并根据储能容量对应的经济效益分析，确定效益最优的储能容量。

S5，确定储能系统定容的标准，并将所述设计富裕容量值和所述实际运行富裕容量值分别赋值给所述标准的中间变量值；在本实施例中，所述确定储能系统定容的标准，并将所述设计富裕容量值和所述实际运行富裕容量值分别赋值给所述标准的中间变量值，包括：当以满足实际运行要求为目标时，以高厂变实际运行的情况作为电气安全性校核的标准；并将所述实际运行富裕容量值赋值给中间变量值；当以满足理论设计要求为目标时，以高厂变计算负荷作为电气安全性校核的标准；并将所述设计富裕容量值赋值给中间变量值。

S6，请参照图2，分别判断所述经济最优储能容量值和所述中间变量值之间的大小，以确定储能初步选型容量值，并进行电气安全性校核以确定储能最终选型容量值。在本实施例中，包括：

当所述经济最优储能容量值不小于所述中间变量值时，确定储能初步选型容量值为所述中间变量值，并进行电气安全性校核以确定储能最终选型容量值；在本实施例中，包括：当所述电气安全性校核通过时，确定储能最终选型容量值为所述储能初步选型容量值；当所述电气安全性校核不通过时，预设步长值，并对所述储能初步选型容量值依次逐步降低所述步长值，依次进行电气安全性校核，直至校核通过，则储能最终选型容量值为降低一次或多次所述步长值后的储能初步选型容量值。

当所述经济最优储能容量值小于所述中间变量值时，确定储能初步选型容量值为所述经济最优储能容量值，并进行电气安全性校核以确定储能最终选型容量值。在本实施例中，包括：当所述电气安全性校核通过时，确定储能最终选型容量值为所述储能初步选型容量值；当所述电气安全性校核不通过时，预设步长值，并对所述储能初步选型容量值依次逐步降低所述步长值，依次进行电气安全性校核，直至校核通过，则储能最终选型容量值为降低一次或多次所述步长值后的储能初步选型容量值。

请参照图3，在本实施例中，所述进行电气安全性校核，包括：

根据所述储能初步选型容量，核算接入储能系统后的高厂变设计最大负荷率，若所述高厂变设计最大负荷率≤100％，则校核通过，否则校核不通过；

基于机组高压厂用变压器实际运行最大电流值，根据所述储能初步选型容量，核算接入储能系统后的高厂变实际运行最大负荷率，若所述高厂变实际运行最大负荷率≤100％，则校核通过，否则校核不通过；

基于机组高压厂用变压器实际运行最小电流值，根据所述储能初步选型容量，核算接入储能系统后的高厂变倒送电时的最大负荷率，若所述高厂变倒送电时的最大负荷率≤100％，则校核通过，否则校核不通过；

基于机组高压厂用变压器实际运行最小电流值，根据所述储能初步选型容量，核算接入储能系统后的主变压器最大负荷率，若所述主变压器最大负荷率≤100％，则校核通过，否则校核不通过；

根据所述储能初步选型容量，核算经过高厂变低压侧母线的最大可能短路电流值，与厂用电系统设备的额定短路开断电流值比较，若所述最大可能短路电流值小于所述额定短路开断电流值，则校核通过，否则校核不通过。

下面结合具体实施例，对本发明进行详细说明。

本发明的目的在于提供一种基于高厂变倒送电技术的电厂储能辅助调频的储能定容方法，即在储能放电时可以将多余电量倒送至高厂变高压侧，同时保证储能充、放电时高厂变不超载、储能放电时主变压器不超载，同时经济效益最优。

本发明分为六个步骤，具体流程图见图1。

一、数据收集

数据收集主要包括电厂设备参数和现有实际运行数据。

1、设备参数

包括主变压器和高压厂用变压器额定容量、高压侧额定电流、低压侧额定电流、接线组别、阻抗、电压变比、厂用电系统设备的额定短路开断电流等。

2、实际运行数据

包括中标历史运行数据、高压厂用变压器实际运行最大/最小电流值、机组参与调频时的最大出力等。

二、计算高厂变设计富裕容量A

根据高厂变额定容量和设计负荷，计算高厂变可供储能接入的设计富裕容量A。

三、计算高厂变实际运行富裕容量AA

根据高厂变额定容量和实际运行最大负荷，计算高厂变可供储能接入的实际运行富裕容量AA。

四、仿真计算经济最优储能容量B

包括以下两个步骤：

1、建立仿真模型

根据中标历史运行数据，基于项目所在地域调频辅助服务的细则规定，仿真计算确定电厂现有机组模型。

2、仿真确定最优储能容量

在电厂模型的基础上，加入储能系统模型后预测联合调频的AGC调节性能指标，并根据储能容量对应的经济效益分析，确定效益最优的储能容量B。

五、确定储能系统定容的标准

由于高厂变实际运行负荷小于计算负荷，因此储能系统定容的标准分为两类：第一种是以满足实际运行要求为目标，即以高厂变实际运行的情况作为电气安全性校核的标准；第二种是以满足理论设计要求为目标，即以高厂变计算负荷作为电气安全性校核的标准。

六、确定储能最终选型容量

计算流程图见图2。

1、令n＝0，m＝0；

2、判断储能定容标准。若以满足实际运行要求为目标的项目，令中间变量G＝AA；若以满足理论运行要求为目标的项目，令中间变量G＝A。

3、若B≥G，则储能初步选型容量C＝G，进行电气安全性校核；

1)若校核通过，则储能最终选型容量P＝C＝G；

2)若校核不通过，则以L为步长，从G开始，逐步降低储能容量值，即令储能初步选型容量C＝G-n×L(n＝1,2…)，依次进行电气安全性校核，直至校核通过，则储能最终选型容量P＝C＝G-n×L；

//(因已有核算高厂变富裕容量确定的G，且C≤G，故此步骤的目的是保证主变压器不超载。)

(3)若B<G，则储能初步选型容量C＝B，进行电气安全性校核；

1)若校核通过，则储能最终选型容量P＝B；

2)若校核不通过，则以L为步长，从B开始，逐步降低储能容量值，即令储能初步选型容量C＝B-m×L(m＝0,1,2…)，依次进行电气安全性校核，直至校核通过，则储能初步选型容量P＝C＝B-m×L；

//(因已有核算高厂变富裕容量确定的G，且C≤B<G，故此步骤的目的是保证主变压器不超载。)

其中，电气安全性校核流程分为五个方面校核，见图3。

1、高压厂用变压器设计容量核算

根据储能初步选型容量C，核算接入储能系统后的高厂变设计最大负荷率X，若X≤100％，则校核通过，否则校核不通过。

2、高压厂用变压器实际最大负荷核算

基于机组高压厂用变压器实际运行最大电流值，根据储能初步选型容量C，核算接入储能系统后的高厂变实际运行最大负荷率Y，若Y≤100％，则校核通过，否则校核不通过。

3、高压厂用变压器倒送电最大负荷核算

基于机组高压厂用变压器实际运行最小电流值，根据储能初步选型容量C，核算接入储能系统后的高厂变倒送电时的最大负荷率Z，若Z≤100％，则校核通过，否则校核不通过。

其中，高厂变倒送电最大负荷＝C-厂用电最小负荷Emin。

4、主变压器实际最大负荷核算

基于机组高压厂用变压器实际运行最小电流值，根据储能初步选型容量C，核算接入储能系统后的主变压器最大负荷率W，若W≤100％，则校核通过，否则校核不通过。

其中，主变压器最大负荷＝机组参与调频时的最大出力D+(C-厂用电最小负荷Emin)。

5、储能系统接入电厂现有系统后的短路电流核算

根据储能初步选型容量C，核算经过高厂变低压侧母线的最大可能短路电流I，与厂用电系统设备的额定短路开断电流Ie比较，若I<Ie，则校核通过，否则校核不通过。

需要说明的是，对于高压厂用变压器采用分裂变压器的情况，可对每台机组的各段工作段母线分别按以上步骤计算和核算，最终确定储能系统选型容量。

本发明提供了一种基于高厂变倒送电技术的电厂储能辅助调频的储能定容方法，有以下有益效果：

1、提高储能系统定容方法的理论性、科学性、准确性，从而提高储能系统容量配置的合理性。

2、提高了储能辅助调频项目中储能系统容量选择方法的适用性，适用于燃煤电厂、燃气蒸汽联合循环电厂等多种电厂类型。

3、对于燃气蒸汽联合循环电厂，借助高厂变倒送电技术，厂用电率不再作为储能功率选择时的限制性条件，储能功率可以在一定程度上提升，机组调频性能得到明显改善。

4、以保证电厂和电网安全运行为第一要素，保证储能充、放电时高厂变不超载、储能放电时主变压器不超载，同时经济效益最优。

5、针对不同的储能系统定容标准，采用不同的定容计算流程，更加科学合理。

6、根据电厂的实际运行数据建立电厂仿真模型，基于仿真结果优化储能容量，充分考虑到各电厂之间机组性能的差异化，准确度高。

7、为基于高厂变倒送电技术的电厂储能辅助调频项目定容研究提供科学和合理的依据。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步的详细说明，应当理解，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围。特别指出，对于本领域技术人员来说，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。