基于飞轮锂电池混合储能系统的火电机组调频方法及装置与流程

1.本技术涉及火电调频技术领域，尤其涉及一种基于飞轮锂电池混合储能系统的火电机组调频方法及装置。


背景技术：

2.为了应对能源不足，气候恶化等问题，目前行业内进行了全面推进能源体系发展变革，大力发展可再生能源。随着可再生能源大规模并网，这也造成了电力系统频率的波动，致使供电质量下降，影响了工业生产和社会生活。现阶段，火力发电作为发电端的主体，同时也在电力调频领域有着巨大的作用，然而频繁调频会加剧火电机组设备磨损，增加火电机组燃料使用、废物排放等问题，导致火电机组蒸汽压力波动剧烈，降低了火电机组的安全性和经济性，急需新的技术手段去改善电力调频特性。


技术实现要素：

3.本技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
4.为此，本技术第一方面实施例提出了一种基于飞轮锂电池混合储能系统的火电机组调频方法，所述飞轮锂电池混合储能系统包括飞轮储能单元和锂电池储能单元，所述方法包括：
5.接收远程终端单元rtu发送的自动发电控制agc指令；
6.基于预设的采样频率与时间窗口宽度对所述agc指令进行滤波处理，获得高频响应功率指令和低频响应功率指令；
7.基于所述agc指令判断所述飞轮储能单元和所述锂电池储能单元是否具备对应方向的功率调节空间；
8.响应于所述飞轮储能单元具备对应方向的功率调节空间，且所述锂电池储能单元具备对应方向的功率调节空间，按照最大出力需求、所述飞轮储能单元和所述锂电池储能单元的最大功率调节空间，基于所述高频响应功率指令控制所述飞轮储能单元出力，并基于所述低频响应功率指令控制所述锂电池储能单元出力。
9.在本技术的一些实施例中，所述基于预设的采样频率与时间窗口宽度对所述agc指令进行滤波处理，获得高频响应功率指令和低频响应功率指令，包括：基于所述采样频率f
t
与所述时间窗口宽度t，对所述agc指令进行采样，以得到多个agc指令样本；根据所述多个agc指令样本，按照预设的低频响应功率指令计算公式，获得低频响应功率指令；根据所述agc指令和所述低频响应功率指令，获得高频响应功率指令。
10.在本技术的一些实施例中，所述低频响应功率指令计算公式表示如下：
[0011][0012]
其中，p(t)为所述t时刻的agc指令样本，p
l
(t)为所述t时刻的低频响应功率指令，ph(t)为所述t时刻的高频响应功率指令，n为缓存中的所述agc指令样本个数，p(t-1)为t-1
时刻的agc指令样本，p(t-n)为t-n时刻的agc指令样本。
[0013]
在本技术的一些实施例中，在所述基于预设的采样频率与时间窗口宽度对所述agc指令进行滤波处理之前，所述方法还包括：判断所述agc指令的深度是否大于或等于飞轮储能容量；响应于所述agc指令的深度大于或等于所述飞轮储能容量，执行所述基于预设的采样频率与时间窗口宽度对所述agc指令进行滤波处理的步骤。
[0014]
在本技术的一些实施例中，所述方法还包括：响应于所述agc指令的深度小于所述飞轮储能容量，判断所述飞轮储能单元是否具备对应方向的功率调节空间；响应于所述飞轮储能单元具备对应方向的功率调节空间，按照最大出力需求和所述飞轮储能单元的最大功率调节空间，控制所述飞轮储能单元出力；或者，响应于所述飞轮储能单元不具备对应方向的功率调节空间，判断所述锂电池储能单元是否具备对应方向的功率调节空间；响应于锂电池储能单元具备对应方向的功率调节空间，按照最大出力需求和所述锂电池储能单元的最大功率调节空间，控制所述锂电池储能单元出力；或者，响应于锂电池储能单元不具备对应方向的功率调节空间，将所述agc指令发送至火电机组，以控制火电机组出力。
[0015]
在本技术的一些实施例中，所述方法还包括：响应于所述飞轮储能单元不具备对应方向的功率调节空间，且所述锂电池储能单元具备对应方向的功率调节空间，按照最大出力需求和所述锂电池储能单元的最大功率调节空间，控制所述锂电池储能单元出力；或者，响应于所述飞轮储能单元不具备对应方向的功率调节空间，且所述锂电池储能单元不具备对应方向的功率调节空间，将所述agc指令发送至火电机组，以控制火电机组出力。
[0016]
本技术第二方面实施例提出了一种基于飞轮锂电池混合储能系统的火电机组调频装置，所述飞轮锂电池混合储能系统包括飞轮储能单元和锂电池储能单元，所述装置包括：
[0017]
接收模块，用于接收远程终端单元rtu发送的自动发电控制agc指令；
[0018]
滤波模块，用于基于预设的采样频率与时间窗口宽度对所述agc指令进行滤波处理，获得高频响应功率指令和低频响应功率指令；
[0019]
控制模块，用于响应于所述飞轮储能单元具备对应方向的功率调节空间，且所述锂电池储能单元具备对应方向的功率调节空间，按照最大出力需求、所述飞轮储能单元和所述锂电池储能单元的最大功率调节空间，基于所述高频响应功率指令控制所述飞轮储能单元出力，并基于所述低频响应功率指令控制所述锂电池储能单元出力。
[0020]
在本技术的一些实施例中，所述滤波模块具体用于：基于所述采样频率f
t
与所述时间窗口宽度t，对所述agc指令进行采样，以得到多个agc指令样本；根据所述多个agc指令样本，按照预设的低频响应功率指令计算公式，获得低频响应功率指令；根据所述agc指令和所述低频响应功率指令，获得高频响应功率指令。
[0021]
本技术第三方面实施例提出了一种火电机组调频系统，包括：远程终端单元rtu、火电机组和飞轮锂电池混合储能系统，其中，
[0022]
所述远程终端单元rtu分别与所述火电机组和所述飞轮锂电池混合储能系统连接；
[0023]
所述飞轮锂电池混合储能系统包括飞轮储能单元、锂电池储能单元和储能控制单元，其中，所述飞轮储能单元和所述锂电池储能单元通过储能箱变并联在a/b段母线上，所述母线通过并网开关和进线开关连接至火电厂高压厂用变压器的低压侧，所述火电厂高压
厂用变压器的高压侧连接至所述火电机组；
[0024]
其中，所述储能控制单元执行前述基于飞轮锂电池混合储能系统的火电机组调频方法。
[0025]
本技术第四方面实施例提出了一种非临时性计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现前述基于飞轮锂电池混合储能系统的火电机组调频方法。
[0026]
根据本技术实施例的基于飞轮锂电池混合储能系统的火电机组调频方法，对agc指令进行采集并过滤，以获得高频响应功率指令和低频响应功率指令，高频响应功率指令由飞轮储能单元进行响应，低频响应功率指令由锂电池储能单元进行响应。本技术可准确过滤agc指令，获得高频响应功率指令和低频响应功率指令，控制飞轮储能单元和锂电池储能单元协同工作，既能发挥出飞轮储能响应速度快、高比功率、快充快放等优点，又能发挥出锂电池储能能量密度大、适用于长时间充放电的优势，稳步提升火电机组agc联合调频性能指标，延长储能电池寿命，从而提高经济效益。
[0027]
本技术附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本技术的实践了解到。
附图说明
[0028]
本技术上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
[0029]
图1为本技术实施例所提供的火电机组调频系统的示意图；
[0030]
图2为本技术实施例所提供的飞轮锂电池混合储能系统的示意图；
[0031]
图3为本技术实施例所提供的一种基于飞轮锂电池混合储能系统的火电机组调频方法的流程示意图；
[0032]
图4为本技术实施例所提供的另一种基于飞轮锂电池混合储能系统的火电机组调频方法的流程示意图；
[0033]
图5为本技术实施例所提供的一种基于飞轮锂电池混合储能系统的火电机组调频装置的示意图。
具体实施方式
[0034]
下面详细描述本技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本技术，而不能理解为对本技术的限制。
[0035]
下面参考附图描述本技术实施例的基于飞轮锂电池混合储能系统的火电机组调频方法及装置。
[0036]
为了更好的理解本技术实施例公开的一种基于飞轮锂电池混合储能系统的火电机组调频方法，下面首先对本技术实施例适用的火电机组调频系统进行描述。本技术实施例提供了一种火电机组调频系统包括：远程终端单元rtu、火电机组和飞轮锂电池混合储能系统。其中，如图1所示，远程终端单元rtu分别与火电机组和飞轮锂电池混合储能系统连接。
[0037]
需要说明的是，rtu会采集储能出力信号和机组出力信号，同时分配agc指令信号至分布式控制系统dcs和飞轮锂电池混合储能系统。
[0038]
如图2所示，飞轮锂电池混合储能系统包括飞轮储能单元、锂电池储能单元和储能控制单元，飞轮储能单元和锂电池储能单元由储能控制单元控制。其中，飞轮储能单元和锂电池储能单元通过储能箱变并联在a/b段母线上，母线通过并网开关和进线开关连接至火电厂高压厂用变压器的低压侧，火电厂高压厂用变压器的高压侧连接至火电机组。需要说明的是，储能控制单元和火电厂高压厂用变压器的高压侧的火电机组未在图中示出。
[0039]
其中，储能控制单元执行本技术实施例提出的任一种基于飞轮锂电池混合储能系统的火电机组调频方法。
[0040]
图3为本技术实施例所提供的一种基于飞轮锂电池混合储能系统的火电机组调频方法的流程示意图。如图3所示，本技术实施例提供的基于飞轮锂电池混合储能系统的火电机组调频方法包括以下步骤：
[0041]
步骤301，接收远程终端单元rtu发送的自动发电控制agc指令。
[0042]
可选地，rtu会采集储能出力信号和机组出力信号，同时分配agc指令信号至分布式控制系统dcs和飞轮锂电池混合储能系统。储能控制单元可以接收rtu发送的agc指令。
[0043]
步骤302，基于预设的采样频率与时间窗口宽度对agc指令进行滤波处理，获得高频响应功率指令和低频响应功率指令。
[0044]
在本技术的一些实施例中，可通过预设的时间窗口对agc指令进行采样，基于采集到的agc指令样本，获得高频响应功率指令和低频响应功率指令。作为一种可能的实现方式，可基于采样频率f
t
与时间窗口宽度t，对agc指令进行采样，以得到n个agc指令样本(n＝f
t
*t)。根据n个agc指令样本，按照预设的低频响应功率指令计算公式，获得低频响应功率指令。根据agc指令和低频响应功率指令，获得高频响应功率指令。
[0045]
作为一种示例，低频响应功率指令计算公式表示如下：
[0046][0047]
其中，p(t)为t时刻的agc指令样本，p
l
(t)为t时刻的低频响应功率指令，ph(t)为t时刻的高频响应功率指令，n为缓存中的agc指令样本个数(n＝f
t
*t)，p(t-1)为t-1时刻的agc指令样本，p(t-n)为t-n时刻的agc指令样本。
[0048]
进而，根据agc指令和低频响应功率指令的差值，计算高频响应功率指令ph(t)。可参考如下公式：
[0049]
ph(t)＝p(t)-p
l
(t)
[0050]
步骤303，基于agc指令判断飞轮储能单元和锂电池储能单元是否具备对应方向的功率调节空间。
[0051]
在本技术一些实施例中，可根据agc指令和飞轮储能单元和锂电池储能单元的容量，判断飞轮储能单元和锂电池储能单元是否具备对应方向的功率调节空间。需要说明的是，对应方向指agc指令需要升负荷或者降负荷。
[0052]
步骤304，响应于飞轮储能单元具备对应方向的功率调节空间，且锂电池储能单元具备对应方向的功率调节空间，按照最大出力需求、飞轮储能单元和锂电池储能单元的最大功率调节空间，基于高频响应功率指令控制飞轮储能单元出力，并基于低频响应功率指
令控制锂电池储能单元出力。
[0053]
需要说明的是，最大出力需求即为agc指令。也就是说，在飞轮储能单元和锂电池储能单元均具备对应方向的功率调节空间时，高频响应功率指令由飞轮储能单元进行响应，低频响应功率指令由锂电池储能单元进行响应，按照最大出力需求、飞轮储能单元和锂电池储能单元的最大功率调节空间，设置飞轮锂电池混合储能系统出力，从而协助实现火电机组的负荷跟随agc指令。
[0054]
根据本技术实施例的基于飞轮锂电池混合储能系统的火电机组调频方法，对agc指令进行采集并过滤，以获得高频响应功率指令和低频响应功率指令，高频响应功率指令由飞轮储能单元进行响应，低频响应功率指令由锂电池储能单元进行响应。本技术可准确过滤agc指令，获得高频响应功率指令和低频响应功率指令，控制飞轮储能单元和锂电池储能单元协同工作，既能发挥出飞轮储能响应速度快、高比功率、快充快放等优点，又能发挥出锂电池储能能量密度大、适用于长时间充放电的优势，稳步提升火电机组agc联合调频性能指标，延长储能电池寿命，从而提高经济效益。
[0055]
图4为本技术实施例所提供的另一种基于飞轮锂电池混合储能系统的火电机组调频方法的流程示意图。如图4所示，本技术实施例提供的基于飞轮锂电池混合储能系统的火电机组调频方法包括以下步骤：
[0056]
步骤401，接收远程终端单元rtu发送的自动发电控制agc指令。
[0057]
步骤402，判断agc指令的深度是否大于或等于飞轮储能容量。如果agc指令的深度大于或等于飞轮储能容量，则执行步骤403；如果agc指令的深度小于飞轮储能容量，则执行步骤408。
[0058]
步骤403，基于预设的采样频率与时间窗口宽度对agc指令进行滤波处理，获得高频响应功率指令和低频响应功率指令。
[0059]
步骤404，基于agc指令判断飞轮储能单元和锂电池储能单元是否具备对应方向的功率调节空间。如果飞轮储能单元具备对应方向的功率调节空间，且锂电池储能单元具备对应方向的功率调节空间，则执行步骤405；如果飞轮储能单元不具备对应方向的功率调节空间，且所述锂电池储能单元具备对应方向的功率调节空间，则执行步骤406；如果飞轮储能单元不具备对应方向的功率调节空间，且所述锂电池储能单元不具备对应方向的功率调节空间，则执行步骤407。
[0060]
步骤405，按照最大出力需求、飞轮储能单元和锂电池储能单元的最大功率调节空间，基于高频响应功率指令控制飞轮储能单元出力，并基于低频响应功率指令控制锂电池储能单元出力。
[0061]
步骤406，按照最大出力需求和锂电池储能单元的最大功率调节空间，控制锂电池储能单元出力。
[0062]
步骤407，将所述agc指令发送至火电机组，以控制火电机组出力。
[0063]
步骤408，判断飞轮储能单元是否具备对应方向的功率调节空间。如果飞轮储能单元具备对应方向的功率调节空间，则执行步骤409；如果飞轮储能单元不具备对应方向的功率调节空间，则执行步骤410。
[0064]
步骤409，按照最大出力需求和飞轮储能单元的最大功率调节空间，控制飞轮储能单元出力。
[0065]
需要说明的是，在agc指令的深度小于飞轮储能容量时，进入飞轮储能优先调节模式，即首先判断飞轮储能单元是否具备对应方向的功率调节空间，如果飞轮储能单元具备对应方向的功率调节空间，则控制飞轮储能单元出力。如果飞轮储能单元不具备对应方向的功率调节空间，再判断锂电池储能单元是否具备对应方向的功率调节空间，如果锂电池储能单元具备对应方向的功率调节空间，则控制锂电池储能单元出力。如果锂电池储能单元不具备对应方向的功率调节空间，则由火电机组调节出力。
[0066]
步骤410，判断锂电池储能单元是否具备对应方向的功率调节空间。如果锂电池储能单元具备对应方向的功率调节空间，则执行步骤411；如果锂电池储能单元不具备对应方向的功率调节空间，则执行步骤412。
[0067]
步骤411，按照最大出力需求和锂电池储能单元的最大功率调节空间，控制锂电池储能单元出力。
[0068]
步骤412，将agc指令发送至火电机组，以控制火电机组出力。
[0069]
其中，步骤401、步骤403-步骤405可以分别采用本技术的各实施例中的任一种方式实现，对此本技术不作具体限定，也不再赘述。
[0070]
根据本技术实施例的基于飞轮锂电池混合储能系统的火电机组调频方法，在agc指令的深度小于飞轮储能容量时，进入飞轮储能优先调节模式。在agc指令的深度大于或等于飞轮储能容量时，判断飞轮储能单元和锂电池储能单元是否具备对应方向的功率调节空间，在飞轮储能单元和锂电池储能单元是否具备对应方向的功率调节空间时对agc指令进行过滤，以获得高频响应功率指令和低频响应功率指令，高频响应功率指令由飞轮储能单元进行响应，低频响应功率指令由锂电池储能单元进行响应。本技术可准确过滤agc指令，获得高频响应功率指令和低频响应功率指令，控制飞轮储能单元和锂电池储能单元协同工作，既能发挥出飞轮储能响应速度快、高比功率、快充快放等优点，又能发挥出锂电池储能能量密度大、适用于长时间充放电的优势，进一步稳步提升火电机组agc联合调频性能指标，延长储能电池寿命，从而提高经济效益。
[0071]
图5为本技术实施例所提供的一种基于飞轮锂电池混合储能系统的火电机组调频装置的示意图。如图5所示，本技术实施例提供的基于飞轮锂电池混合储能系统的火电机组调频装置包括：接收模块501、滤波模块502和控制模块503。
[0072]
其中，接收模块501，用于接收远程终端单元rtu发送的自动发电控制agc指令。
[0073]
滤波模块502，用于基于预设的采样频率与时间窗口宽度对agc指令进行滤波处理，获得高频响应功率指令和低频响应功率指令。
[0074]
控制模块503，用于响应于飞轮储能单元具备对应方向的功率调节空间，且锂电池储能单元具备对应方向的功率调节空间，按照最大出力需求、飞轮储能单元和锂电池储能单元的最大功率调节空间，基于高频响应功率指令控制飞轮储能单元出力，并基于低频响应功率指令控制锂电池储能单元出力。
[0075]
在本技术的一些实施例中，滤波模块502具体用于基于采样频率f
t
与时间窗口宽度t，对agc指令进行采样，以得到多个agc指令样本；根据多个agc指令样本，按照预设的低频响应功率指令计算公式，获得低频响应功率指令；根据agc指令和低频响应功率指令，获得高频响应功率指令。
[0076]
关于上述实施例中的装置，其中各个模块执行操作的具体方式已经在有关该方法
的实施例中进行了详细描述，此处将不做详细阐述说明。
[0077]
根据本技术实施例的基于飞轮锂电池混合储能系统的火电机组调频装置，对agc指令进行采集并过滤，以获得高频响应功率指令和低频响应功率指令，高频响应功率指令由飞轮储能单元进行响应，低频响应功率指令由锂电池储能单元进行响应。本技术可准确过滤agc指令，获得高频响应功率指令和低频响应功率指令，控制飞轮储能单元和锂电池储能单元协同工作，既能发挥出飞轮储能响应速度快、高比功率、快充快放等优点，又能发挥出锂电池储能能量密度大、适用于长时间充放电的优势，稳步提升火电机组agc联合调频性能指标，延长储能电池寿命，从而提高经济效益。
[0078]
为了实现上述实施例，本技术还提出一种非临时性计算机可读存储介质，当所述存储介质中的指令由电子设备的处理器被执行时，使得电子设备能够执行前述基于飞轮锂电池混合储能系统的火电机组调频方法。
[0079]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本技术的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
[0080]
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现定制逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本技术的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本技术的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
[0081]
在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(ram)，只读存储器(rom)，可擦除可编辑只读存储器(eprom或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(cdrom)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。
[0082]
应当理解，本技术的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。如，如果用硬件来实现和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离
散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(pga)，现场可编程门阵列(fpga)等。
[0083]
本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
[0084]
此外，在本技术各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
[0085]
上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。尽管上面已经示出和描述了本技术的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本技术的限制，本领域的普通技术人员在本技术的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。