儲能係統在調頻項目中的應用
2020-08-13 22:54:50
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1儲能聯合調頻
近年來，隨著儲能電池成本的顯著下降，加速了儲能係統的商業化應用，儲能係統在電力係統發輸配用各個領域的應用迅速展開，火電AGC調頻是儲能係統商業化的典型應用。
儲能+火電的聯合調頻係統是目前最合適的方式，兩者相互補充，發揮各自優勢，使得常規燃煤機組調頻性能大幅提升。對於高頻波動的隨機負荷分量及部分脈動分量，儲能係統具備幾乎實時響應的能力，而對於小波動，緩慢出力的脈動分量及持續分量，火電機組輕鬆應對。
調頻綜合指標K=0.25×（2K1+K2+K3），其中K1=本台機組實測速率/控製區域內所有AGC機組的平均調節速率，K2=1-發電單元響應延遲時間/5min，K3=1-發電單元調節誤差/發電單元調節允許誤差。南方電網規則，K1最高為5，K2、K3最高為1，因此綜合指標K值最大為3。下圖為某燃煤電廠某台發電機組AGC性能能統計曲線：
以上指標除了表征調頻單元參與AGC響應效果之外，更重要的是性能指標的高低直接影響機組調頻收益。調度機構將單位報價V與K值的比值（V/K)作為競價排名的指標P，依次從低到高排序，排名靠前者中標，比如A機組報價12元/MW,K值1，B機組報價15元/MW，K值1.5，則調頻性能指標PA=12.5，PB=10，於是價格高B機組反而優先中標。
這種綜合指標評定法做到了K值越高，收益越好，也實現為效果付費獎勵。另外，針對K值高的機組，調度中心還能增加調頻裏程（單位MW），機組收益進一步擴大，如下圖為K值與調頻裏程的相關性曲線。
下圖是各級組參與AGC響應的日收益與其K值的對比曲線，我們可以看出調頻收益與K值的正相關性。圖中望洋電廠為燃氣機組，其K值高達1.65，常規燃煤機組普遍在0.6-0.9之間，和燃氣機組存在顯著的差距，為了提升燃煤機組K值水平，增加調頻收益，各發電廠在尋找各種優化方式，其中火電+儲能係統聯合調頻是最有效的方式之一。
儲能在此有2個方麵的優勢：提高機組性能K值，延長機組運行壽命。聯合調頻的需求是提升電站調頻指標K和提升AGC補償收益。
2調頻儲能係統
調頻儲能係統，實際上還是一套儲能係統，隻是應用場景和接入點不同，電池，BMS，電池簇組成了儲能係統的直流側，PCS，變壓器組成了儲能係統的交流側，交流側接入廠變的低壓端，如下圖所示：
儲能容量配置，通常按照機組額定出力的3%配置，比如300MW的機組，配置9MW的儲能係統，電池路線選用磷酸鐵鋰，電池倍率在1C-2C之間，儲能係統多采用集裝箱設計，配上消防和空調係統，集裝箱內外的布置見下圖：
3儲能技術路線
當前調頻儲能技術路線大致分為3類，一是常規係統；二是分散集中式係統；三是高壓級聯係統，目前最常見應用為第一種。
3.1 常規係統
常規係統是使用最多，技術最成熟的方案，其特點是通過直流電池端的並聯匯流，實現儲能單元容量的提升，多台電櫃出線端並聯，匯流後接入儲能逆變器（PCS櫃），組成儲能單元，PCS之間並聯接入變壓器，對外供電。
以上方案的不足之處是並聯電池櫃之間存在環路電流，電池均衡存在木桶效應，不利於電池的精細化管理，交流側PCS並聯升壓，整個係統損耗較大，轉化效率偏低。
3.2 分散集中係統
關於分散集中拒絕電池簇之間的直流匯流，消除簇間環流，消除容量短板效應，提高電池使用壽命，這也是分散集中式儲能係統的核心。現在來看，主要實現手段是將PCS模塊化，比如將單台500kW的PCS分為為10台50kW的PCS小機，每台小機的交流側集中並聯，保證外特性的不變，對內分散，即每台小機直流側接入一簇電池。拓撲如見下圖。
3.3 高壓級聯儲能係統
在分散集中式係統上再做變革升級，將PCS小機的交流側由並聯改為串聯，拓撲結構如下圖：
該係統與前兩種相比，最顯著的差別是省去了變壓器，無需再升壓，係統效率更高，相同出力下，電流更低，電池壽命更長。