电厂储能调频系统项目电气二次专业的设计要点.pdf

中国科技期刊数据库 工业 A 收稿日期：2023 年 12 月 23 日 作者简介：孙中臣（1984），男，汉族，山东济宁人，本科，中级工程师，研究方向：电力。-56-电厂储能调频系统项目电气二次专业的设计要点 孙中臣 王 帅 晏和熙 云南滇东雨汪能源有限公司，云南 曲靖 655500 摘要：摘要：在电力系统稳定运行中，调频辅助服务既能起到维护作用，还能持续提高电力能源的供应水平。利用储能调频体系促进煤电机组综合能力的完善调节，以此为前提，推动电厂调频服务技能和经济效益在时代飞速发展的条件下全面提升，缓解电网的调频压力前提下，为电网稳定运行与安全运行提供保障。所以基于政策需求与政策环境带动下，增加了“电厂+储能”联合调频方式的急迫性。故此，本文主要分析电厂储能调频系统电气的二次专业设计策略，仅供参考。关键词：关键词：电厂储能调频系统项目；电气二次专业；设计要点 中图分类号：中图分类号：TK122 现阶段，能源结构处于关键转型阶段，绿色能源正在持续并网，要求电网致力于对消纳市场和西电东送、电源建设和新能源、电网和电源等统筹协调，确保电力系统实现综合规划目标。伴随绿色能源设备容量的逐渐增多，原先的火电调频能力已然无法符合新时代的电网发展要求，储能是最佳调频资源，有利于调频偏差问题得到有效处理。1 电厂储能调频系统项目的概述分析 1.1 背景分析 云南最高统调负荷已突破了 1108kW，该负荷水平已经名列前茅，具有很大的峰谷差，高峰负荷的日谷峰比约为 0.62，谷峰攀升速度与下降速度非常之快，1min 超过 800MW，直接加大了电网的调频难度，因为云南对于调频的需求很大，且展现出持续增加的态势。目前，电网市场非常紧迫的需求就是常规电厂调频功能提升，选择“煤电+储能”形式将大量煤电机组从长期自动控制增益的调频工作中得到解放，解决因频繁自动控制增益方式加剧煤电机组设施磨损与疲劳情况，稳定发力并提升符合概率，确保机组燃煤效果积极改善，不断提高机组应用周期与可用概率，满足节能降排目标，以此来快速处理云南电网调频优秀资源的缺乏问题。我国能源监管局于 2018 年 9 月颁布了调频辅助服务市场的相关交易规则，且正式实施，云南变成了全国第一个在电力现货市场投运，进一步调动市场主体提供优质化调频辅助服务。从云南调频要求、激励政策、市场环境等层面展开研究，全部发电机组都在调频辅助补偿服务中积极参与，故而配电储能调频系统辅助自动控制增益结合调频作为全部发电机组发展必然的趋势。采用储能调频系统，既能提高机组调频功能，又能增强调频里程，在机组功能偏差与运行情况双重影响下，储能调频系统可让调频效益与调频功能实现不同程度的提高。1.2 概况分析 将一套可切换的换电化学储能调频体系装置于电厂燃煤油气供电发热机组单侧，该系统容积 9MW/5MWh，为确保电厂生产的安全性需求得到满足，电源引进了#1、#2 两个机组 6kV 母线工作段，而且完全响应了储能调频系统电网的自动控制增益运行形式，各段储能之间完全符合切换与互锁功能。按照两台机组并网运行实际情况，选择一台机组与之结合调频储能，可对电网自动控制增益的运行模式积极响应。1.3 设计范畴分析 自动控制增益的调频方式可以对热控、土建项目、电气项目等设计规划进行全面，而不只是限制在接入设计 6kV/380V 型号的电网，在改造原来电厂相关设施基础上，科学开展电厂厂房、单侧储存电能设备、电缆以及电缆沟的土建工作，其中包含调测 RTU、DCS 及控制工作，其中应该做好南网的并网接入设计工作，主要包含消防体系、通信设备、视频监控体系设计统工作等。2 电厂储能调频系统项目的基础原理 中国科技期刊数据库 工业 A-57-储能技术指的是利用电化学、电磁及机械等手段储存能量，在有需求时，通过机械化、电磁化、电化学等技术，将储能转换为电能，使电能设施科学提供电能。图 1 为电厂储能调频体系原理。每个厂家中的能源储存调频体系都具有合适的技术手段，一般来说，储能调频系统是由电气一次及二次设施、变流器、储能电池、消防设施以及储能管理体系等构成。电能储能调频体系目前随着时代发展采用新型管控手段，包括抗干扰、模型预测控制、常规 DCS 算法等相关技术手段，接收到电网发出的指令以后，加强增益的自动化管控，以储能调频体系相应速度飞快的特点协调控制机炉“削峰填谷”，并及时做到响应发力，促进机组调节系统稳固性提升，提升机组的煤耗水平。面对储能调平体系的容量不大特征，协调控制机炉又能及时协调接力，对储能调频系统后续发力不足加以填补，促进机组调频的辅助功能有效提升。图 1 储能调频系统示意图 3 储能调频系统项目的设计原则 因为该项目的主要特征包含时间尚短、功率较大、次数较多等，这就要求提升储能系统项目的循环寿命、外形尺寸、响应速度、安全及可靠性等。一是安全性及稳定性较高。火电厂机端的运用对于储能系统安全性与可靠性提出高质量要求，包含电网机组发生故障的情况下也能正常运行；储能系统的运行以及投切切不可对机组自身的正常运行造成影响；储能系统还要具有故障的完善管理模式，其故障不能影响机组运行；储能系统还要有完善防火、防爆及防震保护功能，使其安全运行需求得到满足；储能系统应该采用世界上先进制造商生产的成熟锂离子电池产品，确保系统运行可靠性与应用周期，减少储能技术风险。二是快速响应充电与放电速度。储能系统应该拥有快速响应充电与放电速度的功能，满足调频使用场景下的短时大功率要求。三是循环寿命较高。基于调频使用场景下，储能系统项目需要反复充电与放电，这就对其提出循环寿命必须足够高。四是能量效率较高。在储能系统运行期间，通过减少用电损耗来提升储能系统可用概率；储能系统的可用概率超过 97%，整体转换能量的效果超过 90%。五是高集成化，缩小尺寸。储能系统项目中具备高集成化设计功能，尺度不能太大，满足机端安装现场狭小与施工局限要求。4 电厂储能调频系统项目的电气二次专业设计要点 4.1 电源管理单元 将电源管控单元的采集屏安装于原先电厂的单侧电子设施控制室，以此来收集相关数据；储能调频体系的另一端需增加 PMU 数据采集屏与连接在 PM 主机上的两台相关，以原来业务路径传送相关指令。PMU 测点应该依照调频电厂侧储能调频系统并网辅助管理规则中的文件要求进行采集。4.2 远动与 AGC 将一套远动和 AGC 一体化设施增设于电厂的单侧设备，对相关远动和 AGC 信号进行收集，还能发挥电网 AGC 指令的接收作用；储能一侧的控制室中安装了EMS 系统，实时接收远动和 AGC 信号并妥善处理，远动与 AGC 监测点应当根据调频电厂相关规范文件采集。4.3 继电保护装置 储能调频体系当中的充电和放电功能，都能成为用电负荷或受控的恒定电流。其实储能调频体系中的短路电流不是很大，几乎不会影响到发变组和厂用电 的短路电流。所以该系统不会让厂用继电保护器及发变组和定值受到影响，与不需要调整原有继电保护器。厂用电 6kV 短路保护器应该选择开关柜中保护装备和测控装置落实相关工作，380kV 断路保护器选择保护装置和测控装置落实其的保护工作。6kV 储能设施的出线路应该利用光纤差动做好测控装置的保护工作。储能调频体系需要分区保护，发生任何故障，正确且稳定地开启保护。当故障点超出了保护区范围之外时，正常的保护动作将不能开启。临近保护范围应有重叠部分，确保全部电气设施均处于保护范围以内。储能调频系统无论是 6kV 进线、馈线，或是变压器回路都要选择微机保护测控设备进行保护与监控，然后在 6kV 开关柜上装置综合保护装置。储能调频系统构架断路器电源需要选择智能化脱扣器起到保护功用，中国科技期刊数据库 工业 A-58-利用智能化仪器仪表落实测控工作；采用电子化脱扣器或电磁脱扣器做好塑壳断路器馈短路的保护作用，并保护好接地线。PCS 变流器本身安装了继电保护装置，直流回路中配置好隔离开关、直流断路设施、接触仪器以及熔断器等相关设施，实现完善故障测控与保护性能的提供，待故障发生的时候，可将故障点及时切断，避免进一步扩大事故源。4.4 智能体系 不仅常用段应当增加馈线开关，而且储能系统中，又要配套 PCS 集、储能电池、开关柜、主控机等集装箱，见图 2。首先，厂用型工作段。6kV 厂用工作段储存能源的进线开关应由电厂进行综合管控，在这种储能段当中，控制母线储能进线的开关应由储能监控体系落实监管工作。6kV 厂用工作段应该加设控制开关，确保其与原有开关柜的一致性，利用 220V 直流或 110V加以控制，从配电间对直流分电屏引接，在中低压开关柜加设点位时，确保其相关信息和硬接线联合后，对电厂 DCS 机组原有系统接入导线进行监控。其次，储能集装箱。储能系统中安装了监管EMS能量的系统，具体是由工程站点、操作人员、数据服务及通信卡件、主控制器以及工控机等组成。各个电池单位专门配备了多套 BMS 电池管理体系，实时现场监控电池运行状态信息，各电池机组电量需要平衡管控。通过 BMS 体系控制以太网或现场总线通信能量监控体系实施集中监管，EMS 体系正在采用分布分层网络，网络结构也在选择双层双冗余设备网模式。图 2 电厂储能电气单线加装图 4.5 视频监控点 集装箱中应当装配一个网络监视器，用来实时监控箱内情况与防护安全性。在储能厂道路四周照明灯柱上安装监控摄像头，对图像与储能调频系统后台图像进行实时监控，并装配通信接口向主要厂房的后台监控室上传。4.6 电能计量点 关于计量电能点的设置，应该位于厂用电侧 6kV储能调频系统的进线开关与380V母线段辅用电馈线的开关位置，每个 6kV 进线面的开关柜与 380V 馈线开关当中都要增设一个电能表计，将电能信息传送到电厂电能的采集体系之中。4.7 灾情报警系统 按照发电厂和变电站的防火设计标准与灾情自动报警系统的设计规范显示，储能站中应当分一个独立的灾情自动报警区，储能调频系统当中应当加设一套探测火灾的独立报警系统。该系统的主要构成部分包含消防电话体系、区域管控、气体探测、手动监控、输出及输入衔接模块、声光管控、电视光感探测设备等。一旦自动报警系统探测火情时，即可开启电池集装箱中的自动灭火体系，联动关闭集装箱当中的通风空调系统也会发挥报警信号的传送作用，从而对火灾事件进行自动探测与处理。自动化探测储能调频体系在面对火灾故障时，可以自动发出报警信号，将其当成子系统通过硬接线或通信手段接入目前电厂中的火灾故障报警体系之中，实现联动消防与监视。5 储能调频系统项目设计中应当注意的问题 5.1 调频系统热管理 对于系统中产生的不相同热量问题，在热管理过程中，增加可调节性电阻温差策略，保证各个机组的温度差距处于最小化范围内。而且，通过机组当中的开关柜、集装箱等三级温控功能，对其热功能、风俗与风道调控、加热量等方法进行加以管控，保证集装箱当中各机组运行始终处在安全及舒适的环境之中，从而发挥系统的最大作用。5.2 系统分选方法 在分选储能调频系统项目时，先要确保采用同批次系统，而后选择动态与静态相结合的方案，筛选分选计划。静态分选需根据内阻、开路电压及容量相关参数进行，采用目标参数进行相应计算方案的引进，在筛选目标计划期间，应当根据同一批次体系划分小组；动态分选需观察其表现属性，有些采用恒流恒压进行充电，有些以脉冲充电和放电为主要流程，有些将自身充电和放电曲线之间的关系进行比较分析。通中国科技期刊数据库 工业 A-59-过结合动静分选方法提升分选明确性，划分更多级别，成组运用才能更高效与更便捷。5.3 调频系统的均衡管控 系统在实践运营阶段，选择全时被动均衡手段，对充电和放线进行合理计算，保证减少电池箱中的单体差异，使电池使用期限不断延长，支撑系统项目运行的高效性与长期性。目前具有相对成熟的被动均衡技术手段，不仅结构简单，而且无需投入大量成本，可以长时间充电投用。充电过程中，采用大小电流、多阶电流等恒流充电方法，加快充电速度。在全程监控在充、放电全程监控时，如有异常及时报警处理，保证系统项目的安全性。放电期间应当按照相关指标差异，合理按照均衡策略，清除机组之间的偏差。6 结语 总之，现阶段，储能产业呈爆发发展趋势，不仅信息更新速度飞快，随之而来的就是储能安全问题越来越明显。监管部门需要预先制定安全储能标准，从根源上给储能项目建设的安全性提供参考。对于项目中无法有效落实的细节应当详细探究，支持标准展开完善更新。自储能调频系统初期接入时，即可促进机组调频功能不断提升，完全抢占了市场竞价的先发优势。鉴于电力能源市场诸多储能商业形式的蓬勃发展，我国电厂中仍会增设储能调频条件，促进能源改革与能源互联网稳定发展。参考文献 1 谢光 辉,宋 佑平,张利 涛.储 能调 频系 统接入 火 力发 电厂 电气 一次系 统 研究 J.电 气技 术与 经济,2021(04):13-18.2王涛.电厂储能调频系统项目电气二次专业的设计要点J.光源与照明,2022(08):150-152.3严干贵,刘莹,段双明等.电池储能单元群参与电力系统二次调频的功率分配策略J.电力系统自动化,2020,44(14):26-34.4乔军朋.电储能联合调频技术在火电厂的应用研究J.中国设备工程,2021(21):98-100.5马敏.新增 AGC 储能辅助调频系统对火电厂安全性影响的研究J.中国设备工程,2021(22):73-74.