一种超级电容联合锂电储能进行火电调频的系统
阅读说明：本技术 一种超级电容联合锂电储能进行火电调频的系统 (System for performing thermal power frequency modulation by combining super capacitor with lithium battery energy storage ) 是由 尚德华 贾葳 于 2019-11-07 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种超级电容联合锂电储能进行火电调频的系统,包括储能系统；储能系统由磷酸铁锂电池、超级电容、第一PCS电路、第二PCS电路、DC/DC变换器和中压变压器构成；超级电容、第二PCS电路和DC/DC变换器构成该系统的超级电容储能,磷酸铁锂电池和第一PCS电路构成该系统的锂电池储能。本发明的有益效果是：既能够大功率充放电,又可以实现较大功率较长时间充放电。超级电容单元响应电网小功率的调频指令,对蓄电池储能子系统进行保护,使锂电储能系统能够大功率低倍率充放电,延长其工作寿命,提高系统的经济性；混合储能系统可以减少机组的出力波动,提高调频稳定区的调节精度。(The invention discloses a system for performing thermal power frequency modulation by combining super-capacitor with lithium battery energy storage, which comprises an energy storage system; the energy storage system consists of a lithium iron phosphate battery, a super capacitor, a first PCS circuit, a second PCS circuit, a DC/DC converter and a medium voltage transformer; the super capacitor, the second PCS circuit and the DC/DC converter form the super capacitor energy storage of the system, and the lithium iron phosphate battery and the first PCS circuit form the lithium battery energy storage of the system. The invention has the beneficial effects that: the charging and discharging device can realize high-power charging and discharging and can realize charging and discharging with larger power for a longer time. The super capacitor unit responds to a low-power frequency modulation instruction of a power grid and protects the storage battery energy storage subsystem, so that the lithium battery energy storage system can be charged and discharged at high power and low multiplying power, the service life of the lithium battery energy storage system is prolonged, and the economical efficiency of the system is improved; the hybrid energy storage system can reduce the output fluctuation of the unit and improve the adjustment precision of the frequency modulation stable area.)
技术领域
本发明涉及一种火电调频系统，具体为一种超级电容联合锂电储能进行火电调频的系统，属于火电调频技术领域。
背景技术
目前火电调频系统的计算规则中以发电单元的调频里程为交易标的，其中最重要的为发电单元响应AGC控制指令的调节速率，响应时间和调节精度三个技术指标构成的调频性能指标K。
现在的储能参与电网AGC调频中，电网AGC调度指令下发到火电机组，储能系统同时获取该AGC指令同步参与调频，由于火电机组响应速度较慢，储能系统利用自身响应速度快(秒级)的特性弥补机组出力与AGC指令间的功率差值。等机组出力跟上之后，储能系统出力逐渐降低，以确保储能系统和机组联合出力与AGC指令保持一致。
锂电池其优点在于具有较高的能量存储密度，能够实现大容量能量存储,缺点在于功率密度较低,难以实现大电流持续快速放电，超级电容优点在于具有较大的功率密度，充放电速度快、受温度影响较小，充放电循环寿命可达10万次以上，但超级电容的能量存储密度低于锂电池，因此单独出力时会出现无法满足指令需求的情况发生。
发明内容
本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种超级电容联合锂电储能进行火电调频的系统。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的：一种超级电容联合锂电储能进行火电调频的系统，包括储能系统；所述储能系统由磷酸铁锂电池、超级电容、第一PCS电路、第二PCS电路、DC/DC变换器和中压变压器构成；所述超级电容、第二PCS电路和DC/DC变换器构成该系统的超级电容储能，所述磷酸铁锂电池和第一PCS电路构成该系统的锂电池储能；所述超级电容储能和锂电池储能并联在储能集装箱直流母线上，所述超级电容储能采用由三重化双向DC/DC变换器和双向并网变流器组成的两级式控制结构，所述锂电池储能系统采用单级式控制结构，所述磷酸铁锂电池的直流电通过第一PCS电路转换为中频交流电接到中压变压器的输入侧；一定数量的所述超级电容并联，并将多个并联模块串联起来组成储能阵列，所述超级电容并联后通过双向DC/DC变换电路连接第二PCS电路，所述第二PCS电路经过IGBT模块将直流电转化为交流电连接中压变压器的输入侧，所述中压变压器的输出侧与电厂厂用电母线相连接；
其系统工作包括以下步骤：
步骤一、对于短时间/小功率指令，由超级电容储能系统单独出力
对于功率小于超级电容系统配置功率，优先由超级电容储能系统单独出力响应，在超级电容储能系统储能量已能满足指令需求，或者超级电容储能系统与机组配合可满足指令需求，则无需锂电储能系统动作；
步骤二、对于长时间/大功率指令，两种储能系统协同联合出力
对于长时间/大功率指令，优先由超级电容储能系统出力承担指令初期尖峰功率需求，当超级电容储能系统单独出力无法满足指令需求时，由锂电储能系统配合出力；
步骤三、超级电容储能系统提高调节精度指标
调用超级电容储能系统快速充放电进行弥补，改善机组调频的调节精度指标。
作为本发明再进一步的方案：所述超级电容储能系统在火电机组进入AGC调频平稳运行阶段，通过频繁充电或者放电来补偿机组实际出力与AGC目标出力的偏差。
作为本发明再进一步的方案：所述储能系统总控制单元与储能系统子控制单元安装在集控集装箱内，并在电厂主控室内放置上位机。
作为本发明再进一步的方案：所述储能系统总控制单元与机组DCS控制系统的数据通信采用通讯/硬接线方式实现，且所述储能系统总控制单元与子控制单元间通过现场总线连接，所述储能系统总控单元的控制器，通讯卡件，IO卡件，控制电源等集成安装在集控集装箱控制机柜内。
作为本发明再进一步的方案：所述储能系统控制子单元位于每个中压变流集装箱内。
本发明的有益效果是：该超级电容联合锂电储能进行火电调频的系统设计合理，通过配置锂电池系统及超级电容系统的混合储能系统，充分发挥超级电容储能系统快速充放电响应、高倍率充放电、长寿命等优势，和锂离子电池储能系统进行协调配合，共同辅助火电机组完成AGC调频，提高AGC调频的性能指标(K值)，获得更高的调频里程补偿，同时显著降低锂离子电池的充放电次数，大幅延长使用寿命；混合储能系统既能够大功率充放电，又可以实现较大功率较长时间充放电。超级电容单元响应电网小功率的调频指令，对蓄电池储能子系统进行保护，使锂电储能系统能够大功率低倍率充放电，延长其工作寿命，提高系统的经济性；混合储能系统可以减少机组的出力波动，提高调频稳定区的调节精度。
附图说明
图1为本发明系统接线示意图；
图2为本发明锂电池储能的功率曲线示意图；
图3为本发明流程示意图；
图4为本发明混合储能的功率曲线示意图。
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做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。
请参阅图1～4，一种超级电容联合锂电储能进行火电调频的系统，包括储能系统；所述储能系统由9MW/4.5MWh磷酸铁锂电池、4MW/120MWs超级电容、第一PCS电路、第二PCS电路、DC/DC变换器和中压变压器构成；所述4MW/120MWs超级电容、第二PCS电路和DC/DC变换器构成该系统的超级电容储能，所述9MW/4.5MWh磷酸铁锂电池和第一PCS电路构成该系统的锂电池储能；所述超级电容储能和锂电池储能并联在600-1000V的储能集装箱直流母线上，所述超级电容储能采用由三重化双向DC/DC变换器和双向并网变流器组成的两级式控制结构，所述锂电池储能系统采用单级式控制结构，所述磷酸铁锂电池的直流电通过第一PCS电路转换为6.3kV交流电接到中压变压器的输入侧；一定数量的所述超级电容并联，并将多个并联模块串联起来组成储能阵列，所述超级电容并联后通过双向DC/DC变换电路连接第二PCS电路，所述第二PCS电路经过IGBT模块将直流电转化为6.3kV交流电连接中压变压器的输入侧，所述中压变压器的输出侧与电厂厂用电母线相连接，混合储能系统输出通过电力电缆接入1#机组或者2#机组6kV厂用电，再通过电厂主变送出，储能系统辅助用电从电厂0.4kV母线段引接，并将高/低压柜的监控信号需接入电厂原有DCS系统；
其系统工作包括以下步骤：
步骤一、对于短时间/小功率指令，由超级电容储能系统单独出力
对于功率小于超级电容系统配置功率，优先由超级电容储能系统单独出力响应，在超级电容储能系统储能量已能满足指令需求，或者超级电容储能系统与机组配合可满足指令需求，则无需锂电储能系统动作，减小锂电池充放电次数；
步骤二、对于长时间/大功率指令，两种储能系统协同联合出力
对于长时间/大功率指令，优先由超级电容储能系统出力承担指令初期尖峰功率需求，当超级电容储能系统单独出力无法满足指令需求时，由锂电储能系统配合出力，由此可以减小锂电储能充放电倍率，减小尖峰出力时段充放电对锂离子电池的冲击，提高系统的运行安全性，同时延长锂离子电池的使用寿命；
步骤三、超级电容储能系统提高调节精度指标
调用超级电容储能系统快速充放电进行弥补，改善机组调频的调节精度指标。
根据电厂一个月的AGC调频指令分布统计，其中少于2MW持续时间少于60秒，少于4MW持续时间少于30秒的指令占总指令的25％左右。这些指令4MW/120MWs的超级电容系统可以独立响应，满足调频需求。深度小于4MW但是持续时间超过超级电容储能容量范围的指令部分可以通过超级电容储能与机组配合来完全响应，这些指令约占总体20％左右。超级电容可以完全响应指令，在超级电容的支撑时间内，机组出力完全可以达到指令设点值；以上超级电容储能与机组配合可以完全响应的指令数量合计为45％左右。由此，系统配置的4MW/120MWs超级电容储能子系统可完成近一半的指令响应需求，锂电池储能系统无需投入使用。从AGC指令深度分布来看，小于9MW的占比约为79％，9MW-11MW的指令占比为12％。随着这部分指令占比小，但由于调频里程长，因此对补偿收益的贡献率要超过40％。
进一步的，在本发明实施例中，所述超级电容储能系统在火电机组进入AGC调频平稳运行阶段，通过频繁充电或者放电来补偿机组实际出力与AGC目标出力的偏差，使得混合储能联合调频并网侧的功率迅速向AGC设点功率收敛，实现对联合出力的精确控制，从而提高调节精度的值。
进一步的，在本发明实施例中，所述储能系统总控制单元与储能系统子控制单元安装在集控集装箱内，并在电厂主控室内放置上位机，使储能系统重要的运行状态信号能够进行上传，以便于运行人员监视。
进一步的，在本发明实施例中，所述储能系统总控制单元与机组DCS控制系统的数据通信采用通讯/硬接线方式实现，且所述储能系统总控制单元与子控制单元间通过现场总线连接，所述储能系统总控单元的控制器，通讯卡件，IO卡件，控制电源等集成安装在集控集装箱控制机柜内，通过与电厂DCS系统通讯接口/硬接线等方式，获得调频指令和机组出力等运行数据，接收DCS投切操作指令，同时上传储能系统状态信号，储能系统总控单元根据接收到的调频指令和机组出力等运行数据，经过算法计算确定储能系统出力指令，并下发至储能系统子控制单元，同时，接收储能系统反馈状态信号，下发储能系统投切指令等信号。
进一步的，在本发明实施例中，所述储能系统控制子单元位于每个中压变流集装箱内，接收总控单元指令，并实际控制储能系统运行和出力。
工作原理：在使用该超级电容联合锂电储能进行火电调频的系统时，混合储能的总体运行策略为当混合储能系统接到AGC设点指令时，超级电容与锂离子电池混合储能立即启动放(充)电响应，在机组出力没有跟上之前，混合储能系统以额定功率出力支撑，超级电容储能在这个时段将储电完全释放(或充满)后退出，当机组进入平稳运行阶段时，锂离子电池储能退出，超级电容启动快速充电(放电)，修正机组出力与AGC设点指令的偏差，直至本次指令结束。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。