一种飞轮储能补偿装置的容量选取方法及装置与流程

本发明涉及网源协调控制技术领域，尤其涉及一种基于电网一次调频考核性能指标的飞轮储能补偿装置容量选取方法。

背景技术：

化石能源的大规模利用，带来了资源紧张、环境污染、气候变化等突出问题，给社会可持续发展带来了巨大的挑战，绿色能源和综合能源成为必然选择。我国是全球新能源规模最大、发展最快的国家。风电并网容量10年增长100倍，光伏5年增长100倍，风电和光伏装机容量均居世界第一位。截至2018年，风光新能源容量达到3.6亿千瓦，占总装机容量的19％。我国正在形成能源发展的新格局，推进绿色能源革命、加快能源结构转型、提高能源利用效率已经成为时代任务。可再生能源发电的间隙性和波动性，以及渗透率的不断提高，对现有电力系统的安全稳定运行和调度提出了严峻的挑战。新能源的波动性和间歇性特点要求系统必须匹配一定的灵活性电源。我国电源结构以火电为主，占比达到60％左右，特别是“三北”地区占比达到70％，全国抽水蓄能、燃气等灵活调节电源仅为6％，“三北”地区不足4％。

储能技术作为提高新能源消纳能力的有效手段，可在毫秒级、秒级、分钟级等多时间尺度实现网源协调运行，提升新能源高比例接入条件下的电网稳定运行能力。目前，储能技术已经在电力行业的调频调峰领域得到应用，但一般采用的是化学储能，比如铅酸电池、磷酸铁锂电池等，均存在充放电次数受限等问题，故一般应用于agc(自动发电控制)，属于二次调频领域。飞轮储能(flywheelenergystorage，缩写：fes)是一种源于航天的先进物理储能技术，是利用电能驱动飞轮高速旋转，将电能转换为机械能，在需要的时候通过飞轮惯性拖动电机发电，将储存的机械能变为电能输出(及所谓的飞轮放电)的一种储能方式。不同于其他电池技术，其优越性体现在短时间、高频次、大功率充放电特性上。主要应用在电网调频、新能源场站并网等领域。飞轮储能的功率特性好，响应速度快：毫秒级大功率充放电、可靠性高；高效率、免维护：磁悬浮支撑无摩擦损耗，系统维护周期长；使用寿命长：不受重复深放电次数影响，使用寿命一般在15年以上；绿色环保、无污染：物理储能，无化学物质，无电池后期回收压力。

电网对暂态频率的稳定主要依靠一次调频功能来实现，对于目前中国电网的主要组成部分和主要调频依托，火力发电机组的一次调频主要是通过调节deh(digitalelectrichydrauliccontrolsystem，汽轮机数字电液控制系统)的进气调节门，利用锅炉蓄热，在电网出现异常时快速响应电网的要求，稳定电网频率，以弥补电网负荷差距，从而维持电网的安全。国内各区域电网各区域电网的并网发电厂对一次调频的规定基本相同，比如西北区域电网规定一次调频合格率不小于60％，山东电网规定不小于70％。如图1所示，一次调频格率等于机组一次调频实际积分电量与理论月积分电量之比的百分数，也就是由理论功率曲线2构成的积分面积a和实际功率曲线3构成的积分面积b的比值。

与agc相比，一次调频具有动作频次高、动作幅度小等特点，所以选择现有的磷酸铁锂等化学电池进行一次调频的补偿，会造成电池寿命的快速衰减，故选择飞轮储能装置进行一次调频补偿是一切实可行方案。由于飞轮储能装置的价格随容量的增加而增加，需根据机组一次调频的性能进行合理的补偿容量选择。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明提出了一种基于电网一次调频考核性能指标的飞轮储能补偿装置容量选取方法，能根据机组各工况下一次调频电网考核指标数据，选择出合理的飞轮储能装置容量与机组协调配合实现调频功率的动态快速补偿，实现储能配置的最优，确保电网安稳运行。

具体地，本发明的一种基于电网一次调频考核性能指标的飞轮储能补偿装置容量选取方法，包括如下步骤：

s1：选取能够反应机组一次调频性能指标不合格的6-12个月的电网考核指标数据，分别记录各月的实际积分电量qiaactual、理论积分电量qiideal、积分电量贡献指数qi％；

s2：根据记录的数据，计算求取达到积分电量贡献指数合格所需各月补偿电量；

s3：根据求得的各月补偿电量ai值，求得储能装置所需补偿电量的平均值；

s4：根据求得的储能装置所需补偿电量的平均值求取需增加的飞轮储能补偿装置的容量；

其中i＝1,2…n。

优选地，所述步骤s1中，

积分电量贡献指数

优选地，所述步骤s1中，选取月份包括对一次调频影响较大工况的月份。

优选地，所述月份包括夏季负荷高峰期和抽汽供热期。

优选地，

所述步骤s2中，进行储能补偿能后期望新的积分电量贡献指数为：

由此求得需各月补偿电量

优选地，所述步骤s2中，ηb％为标准基准值，根据各区域电网不同，取值为60％-80％。

优选地，所述步骤s3中，

储能装置所需补偿电量的平均值

优选地，所述步骤s4中，需增加的飞轮储能的容量为

本发明还提出一种飞轮储能补偿装置容量选取装置，包括：

电量记录模块：选取能够反应机组一次调频性能指标不合格的6-12个月的电网考核指标数据，分别记录各月的实际积分电量qiaactual、理论积分电量qiideal、积分电量贡献指数qi％；

补偿电量计算模块，与电量记录模块相连，根据记录的数据，计算求取达到积分电量贡献指数合格所需补偿电量；

均值计算模块，与补偿电量计算模块相连，根据求得的各个补偿电量ai值，求得储能装置所需补偿电量的平均值；

补偿容量计算模块，与均值计算模块相连，根据求得的储能装置所需补偿电量的平均值求取需增加的飞轮储能补偿装置的容量；

其中i＝1,2…n。

优选地，所述电量记录模块中，积分电量贡献指数

优选地，所述电量记录模块中，选取月份包括对一次调频影响较大工况的月份。

优选地，所述月份包括夏季负荷高峰期和抽汽供热期。

优选地，补偿电量计算模块中，

进行储能补偿能后期望新的积分电量贡献指数为：

由此求得所需各月补偿电量

优选地，ηb％为标准基准值，根据各区域电网不同，取值为60％-80％。

优选地，均值计算模块中，

储能装置所需补偿电量的平均值

优选地，补偿容量计算模块中，需增加的飞轮储能补偿装置的容量为：

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明能根据机组各工况下一次调频电网考核指标数据，选择出合理的飞轮储能补偿装置容量与机组协调配合实现调频功率的动态快速补偿，实现储能补偿配置的最优。

(2)本发明通过合理选取储能装置容量，充分利用飞轮储能装置来进行调频补偿，在有效利用储能的同时降低机组动作。

附图说明

图1为一次调频积分电量指数计算图。

图2为本发明的飞轮储能补偿装置容量选取方法流程图。

图3是本发明的飞轮储能补偿装置容量选取装置结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

为了更好地理解本申请，下面结合附图来详细解释本申请的实施方式。

由图2可知，本实施例中的方法包括如下过程：

选取能够反应机组一次调频性能指标不合格的6-12个月的电网考核指标数据，分别记录各月的实际积分电量qiaactual、理论积分电量qiideal、积分电量贡献指数qi％，i＝1,2…n；

其中积分电量贡献指数

根据记录的数据，计算求取达到积分电量贡献指数合格所需补偿电量，进行储能补偿能后期望新的积分电量贡献指数求得需补偿电量

根据求得的各月补偿电量ai值，求得储能补偿装置所需补偿电量的平均值

根据求得的储能补偿装置所需补偿电量的平均值求取需增加的飞轮储能补偿装置的容量。

进一步地，选取月份应包括夏季负荷高峰期以及抽汽供热期等对一次调频影响较大工况的月份。

进一步地，ηb％为标准基准值，各区域电网略有不同，一般为60％-80％。

进一步地，由于qiaactual等积分电量一般按kwh计算，各区域电网一次调频考核一般取前60s数据，而飞轮储能装置能够在100-120s的时间内保持满容量释放功率，故需增加的飞轮储能补偿装置的容量为

本发明还提出一种飞轮储能补偿装置容量选取装置，包括：

电量记录模块：选取能够反应机组一次调频性能指标不合格的6-12个月的电网考核指标数据，分别记录各月的实际积分电量qiaactual、理论积分电量qiideal、积分电量贡献指数qi％；

其中积分电量贡献指数

选取月份应包括夏季负荷高峰期以及抽汽供热期等对一次调频影响较大工况的月份。

补偿电量计算模块：根据记录的数据，计算求取达到积分电量贡献指数合格所需补偿电量；

进行储能补偿能后期望新的积分电量贡献指数为：

由此求得需补偿电量

ηb％为标准基准值，根据各区域电网不同，取值为60％-80％。

均值计算模块：根据求得的各个补偿电量ai值，求得储能装置所需补偿电量的平均值平均值

补偿容量计算模块：根据求得的储能装置所需补偿电量的平均值求取需增加的飞轮储能补偿装置的容量

以西北区域电网为例，给出本发明所提出的方法在实际电网中的应用实例。

在西北区域电网并网发电厂辅助服务管理实施细则规定，一次调频月度平均合格率：发电机组一次调频月度总实际积分电量与理论月度积分电量之比的百分数。

(1)火电、燃气机组一次调频平均合格率不小于60％。

(2)水电机组一次调频平均合格率不小于50％。

月度一次调频平均合格率在满足上述条件情况下进行补偿，按照每高出1％补偿5分。其中，一次调频积分电量：电网频率超出50±0.033hz(水电机组按50±0.05hz计算)时起到恢复至50±0.033hz(水电机组按50±0.05hz计算)时止，实际发电出力与起始实际发电出力之差的积分电量，高频少发或低频多发电量为正值，反之，高频多发或低频少发电量为负值。机组当月一次调频积分电量为当月每一次电网频率超出50±0.033hz(水电机组按50±0.05hz计算)时一次调频电量的代数和。

网内以300mw级正压直吹式机组为主，选取一台300mw机组进行分析，由于该机组常年一次调频考核性能指标不达标，不能满足ηb％≥60％的要求，故需要建设一套飞轮储能补偿装置进行辅助调频。

首先，选取能够该机组一次调频性能指标不合格的12个月的电网考核指标数据，分别记录各月的实际积分电量qiaactual、理论积分电量qiideal、积分电量贡献指数qi％，如表1所示。

表1某300mw机组2018年度一次调频性能指标数据表

根据记录的数据，分别计算求取各月份达到积分电量贡献指数合格所需补偿电量。同理，分别求得a2≥13.19，a3≥14.63，a4≥15.17，a5≥12.86，a6≥15.86，a7≥8.62，a8≥6.08，a9≥9.59，a10≥8.56，a11≥13.58，a12≥10.93。

根据求得的各月补偿电量ai值，求得飞轮储能补偿装置所需补偿电量的平均值

根据求得的储能装置所需补偿电量的平均值求取需增加的飞轮储能补偿装置的容量，由于qiaactual等积分电量一般按kwh计算，各区域电网一次调频考核一般取前60s数据，而飞轮储能补偿装置能够在100-120s的时间内保持满容量释放功率，故需增加的飞轮储能补偿装置的容量为

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。