刘欣荣
北京禹众久远能源科技有限公司
【摘要】为正确在火力发电厂联合调频中使用储能系统，本文将展开相关研究，主要论述火电厂联合调频问题与储能系统应用意义，后介绍储能系统调频应用方式，最终结合案例验证系统应用效果。结果显示，储能系统应用效果突出，可使联合调频性能大幅增长。
【关键词】储能系统；火力发电厂；联合调频
0.引言
火电厂联合调频的主要作用是控制电力系统频率、联络线功率，以保障电网随机特性平衡，故联合调频在当前得到了广泛应用。但联合调频在实际应用中暴露出了很多问题，这些问题限制了联合调频的价值，因此业界开始针对问题进行思考，希望得到一个能解决所有问题，使联合调频作用能充分发挥的方法。在这一背景下，储能系统的出现带来了解决问题的方法，经过一系列实验发现，当储能系统与联合调频相结合，联合调频内的相关问题迎刃而解，作用自然充分发挥，故为了推广该方法，有必要展开相关研究。
1.火电厂联合调频问题与储能系统应用意义
1.1联合调频问题
目前，多数火电厂的联合调频方式为AGC自动发电控制，该方式也被称为二次调频，是目前并网发电厂中的重要服务项目之一。AGC自动发电控制的主要作用为：通过各类调频资源，采用自动发电控制功能对发电的速率进行实时控制与调整，使得发电处理发生改变，同时还能实现电力调度指令执行情况监督，使得电力系统的频率、联络线功率得到有效控制。但AGC自动发电控制的调频电源多为火电机组，故受火电机组响应时间缓慢、机组功率爬坡速度慢等因素影响，联合调频的调频指令执行情况监督结果不准确，常存在延时、偏差现象，不利于调频长期结果。同时火电机组的功率变化十分频繁，因此机组设备损耗量大，容易出现故障影响。针对这些现象，说明AGC自动发电控制的调频电源需要更换，为此有研究者提出了水电机组电源，结果显示水电机组电源响应速度快，并无太多问题，但该机组十分容易受到地理条件限制，多数情况下能提供的调频容量有限，不满足现实需求，故水电机组的实用性差，调频电源还要继续更换[1]。
1.2储能系统应用意义
针对火电厂联合调频问题，储能系统最突出的应用意义就在于该系统能解决问题，有效支撑调频，即我国当前化学储能技术已经接近成熟，在该项系统的支撑下各种储能系统应运而出，且不断的进行系统集成，现已有许多实践成果，故部分储能系统走入火电厂，成为了主要的调频电源。火电厂中常见的储能系统电源有锂电池储能系统，该系统作用下进行联合调频，可以在电网侧进行独立调频，这能提高可再生资源的消纳率，还有利于风电出力，消除弃光弃风现象，故系统稳定性得到保障。储能系统相较于传统调频电源，具有响应速度快、短时功率吞吐能力强、灵活度高、误差值小等优势，实际应用中能在1s以内完成功率爬坡，且精准度高，同时经过测试，储能系统的充放电可持续时间在15min以上，这些优点使得储能系统能够取代传统调频电源，且与水电机组相比，储能系统并不存在限制条件，作用能充分发挥，这也使得储能系统的调频效率优于水电机组，故为了满足当前火电厂联合调频的需求，储能系统是不二之选，其意义重大。
2.火电厂联合调频的储能系统应用方式
2.1基本技术条件
以锂电池储能系统为例，该系统在当前已经可以规模化使用，但这必须建立在技术条件良好的基础上，若技术条件存在问题，则系统的可靠性、安全性等都会受到影响，性能也可能下滑，因此在应用中有必要了解储能通航的基本技术条件：第一储能系统的锂电池设备必须经过检验，确保电池防爆、防火、抗震性能达标；第二储能系统能量效率要尽可能的高，充放电时间比例应当保持在1:1区间内；第三系统锂电池设备循环使用寿命应当满足往复放电需求；第四结合实际要求设计锂电池组；第五电池电芯安全性要尽可能的高，尤其是耐受能力[2]。
2.2基本原理
系统应用中，因为锂电池具有充放电速度快的特征，所以应用在火电厂中能够与AGC自动发电控制结合进行联合他调频，可使调频效率速度提升，其原因在于：锂电池能在电力系统频率增高的情况下接收电网电能，实现充电，而当系统频率低时，电池系统则向电网放电，在这个特征下电网频率高会产生额外电能，而额外电能被锂电池吸收，故电网频率会逐渐下降，不会出现过高现象，反之电网频率低，说明电网需要电能支撑，这时电池放电弥补了电能空缺，促使电网频率增高，直至合理值，故实现调频作用。
2.3应用方式
可采用交直流逆变装置，如高频功率半导体双向PWM逆变回路，与电网侧滤波器、机电保护装置集成，其中继电保护装置的灵敏度要尽可能的高，随后使用数字控制回路作为二次部分。在这一基础上，建议采用模块化设计方法进行储能系统设计，具体设计成果要结合实际情况而定，但当前比较普及的设计形式为：第一以3MW锂电池储能单元为一组，每组均配置一套MVA PCS；第二所有储能单元模块之间均需要采用并联方式组合，直到满足装机规模；第三每3MW为一个单元，同时配置功率逆变器，逆变器可以通过数字控制单元对输出电压、相位进行控制；第五功率逆变器要与数字控制单元保持正确的对应关系；第六设计储能系统充放电控制单元，以确保系统能够对电源的功率进行条件；第七必须设置电压、谐波、直流分量、平衡参数控制功能，否则系统调频无法满足电网要求；第八配置事故监测仪电仪表、保护装置，诸如电流、电压、过负荷及接地等。
另外，在以上设计基础上考虑到储能系统的实用性，实际应用中火电厂应当依照标准要求进行单元容量设计，即每个电池单元的容量不得低于3MW，具体容量取决于并联方式，两者之间必须匹配。而储能电池单元、交直流双向逆变器必须与厂高变接入系统连接。储能兄的照明、冷却和控制电源必须是电厂本身电源，电源电压通常不得低于380V。储能系统内应当配置UPS作为安全电源，可避免低压失电时风险问题发生。
3.应用效果验证
某火电厂引入了储能系统，并结合现实情况进行了布局，尽可能保障系统布局紧凑。该厂储能系统主要由储能单元、逆变装置、配套系统组成，内部包含3个3 MW单元，故属于9 MW储能系统。从系统排布来看，系统现实设施包括电池集装箱、逆变装置、控制仓，总体占地面积为623m2，占地面积较小，因此能灵活使用，加之配置冷却、视频监控、自动灭火、防雷系、接地等辅助系统，可保障系统稳定、安全。在这一基础上，该厂将储能系统介入火电机组，针对储能联合调频系统的出力控制作用，以出力控制响应时间、速度及动作精度为指标进行了测试。结果显示，在储能系统基础上AGC自动发电控制一旦发出指令，电厂的火电机组效应时间为0.14，此前普遍为0.61，故储能系统使得联合调频响应速度增快。同时，机制功率条件速度由以往的0.71上升到1.80、动作精度从0.69上升到了0.90，因此三个指标均说明储能系统有利于火电厂调频运作，应用价值突出。
4.结语
综上，火电厂联合调频十分重要，但以往联合调频方式传统，存在一些缺陷，调频效果、性能差强人意，面对这些问题，储能系统可以提供解决方法，将该系统与联合调频相互结合，能有效提高联合调频的性能，并解决相关问题。故储能系统联合调频应用价值高，值得推广。
【参考文献】
[1]巴黎明,冯沛,赵璐璐,等.电储能与燃煤发电机组联合调频响应[J].分布式能源,2016(02):46-51.
[2]高星鹏.火力发电厂储能调频系统应用研究[J].技术与市场,2017(12):114-115.