储能系统在调频项目中的应用
2020-08-13 22:54:50
34
1储能联合调频
近年来，随着储能电池成本的显著下降，加速了储能系统的商业化应用，储能系统在电力系统发输配用各个领域的应用迅速展开，火电AGC调频是储能系统商业化的典型应用。
储能+火电的联合调频系统是目前最合适的方式，两者相互补充，发挥各自优势，使得常规燃煤机组调频性能大幅提升。对于高频波动的随机负荷分量及部分脉动分量，储能系统具备几乎实时响应的能力，而对于小波动，缓慢出力的脉动分量及持续分量，火电机组轻松应对。
调频综合指标K=0.25×（2K1+K2+K3），其中K1=本台机组实测速率/控制区域内所有AGC机组的平均调节速率，K2=1-发电单元响应延迟时间/5min，K3=1-发电单元调节误差/发电单元调节允许误差。南方电网规则，K1最高为5，K2、K3最高为1，因此综合指标K值最大为3。下图为某燃煤电厂某台发电机组AGC性能能统计曲线：
以上指标除了表征调频单元参与AGC响应效果之外，更重要的是性能指标的高低直接影响机组调频收益。调度机构将单位报价V与K值的比值（V/K)作为竞价排名的指标P，依次从低到高排序，排名靠前者中标，比如A机组报价12元/MW,K值1，B机组报价15元/MW，K值1.5，则调频性能指标PA=12.5，PB=10，于是价格高B机组反而优先中标。
这种综合指标评定法做到了K值越高，收益越好，也实现为效果付费奖励。另外，针对K值高的机组，调度中心还能增加调频里程（单位MW），机组收益进一步扩大，如下图为K值与调频里程的相关性曲线。
下图是各级组参与AGC响应的日收益与其K值的对比曲线，我们可以看出调频收益与K值的正相关性。图中望洋电厂为燃气机组，其K值高达1.65，常规燃煤机组普遍在0.6-0.9之间，和燃气机组存在显著的差距，为了提升燃煤机组K值水平，增加调频收益，各发电厂在寻找各种优化方式，其中火电+储能系统联合调频是最有效的方式之一。
储能在此有2个方面的优势：提高机组性能K值，延长机组运行寿命。联合调频的需求是提升电站调频指标K和提升AGC补偿收益。
2调频储能系统
调频储能系统，实际上还是一套储能系统，只是应用场景和接入点不同，电池，BMS，电池簇组成了储能系统的直流侧，PCS，变压器组成了储能系统的交流侧，交流侧接入厂变的低压端，如下图所示：
储能容量配置，通常按照机组额定出力的3%配置，比如300MW的机组，配置9MW的储能系统，电池路线选用磷酸铁锂，电池倍率在1C-2C之间，储能系统多采用集装箱设计，配上消防和空调系统，集装箱内外的布置见下图：
3储能技术路线
当前调频储能技术路线大致分为3类，一是常规系统；二是分散集中式系统；三是高压级联系统，目前最常见应用为第一种。
3.1 常规系统
常规系统是使用最多，技术最成熟的方案，其特点是通过直流电池端的并联汇流，实现储能单元容量的提升，多台电柜出线端并联，汇流后接入储能逆变器（PCS柜），组成储能单元，PCS之间并联接入变压器，对外供电。
以上方案的不足之处是并联电池柜之间存在环路电流，电池均衡存在木桶效应，不利于电池的精细化管理，交流侧PCS并联升压，整个系统损耗较大，转化效率偏低。
3.2 分散集中系统
关于分散集中拒绝电池簇之间的直流汇流，消除簇间环流，消除容量短板效应，提高电池使用寿命，这也是分散集中式储能系统的核心。现在来看，主要实现手段是将PCS模块化，比如将单台500kW的PCS分为为10台50kW的PCS小机，每台小机的交流侧集中并联，保证外特性的不变，对内分散，即每台小机直流侧接入一簇电池。拓扑如见下图。
3.3 高压级联储能系统
在分散集中式系统上再做变革升级，将PCS小机的交流侧由并联改为串联，拓扑结构如下图：
该系统与前两种相比，最显著的差别是省去了变压器，无需再升压，系统效率更高，相同出力下，电流更低，电池寿命更长。