儲能在電網(wǎng)調(diào)調(diào)頻中的價值研究

1、電力系統(tǒng)頻率及有功功率調(diào)節(jié)電力系統(tǒng)頻率及有功功率調(diào)節(jié)頻率調(diào)節(jié)的必要性頻率調(diào)節(jié)的必要性系統(tǒng)系統(tǒng)頻率頻率變化變化電力系電力系統(tǒng)頻率統(tǒng)頻率調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)電力電力系統(tǒng)系統(tǒng)頻率頻率并列運行的每一臺發(fā)電機組的轉(zhuǎn)速與系統(tǒng)頻率的關(guān)系為：式中 P發(fā)電機組轉(zhuǎn)子極對數(shù) n 發(fā)電機組的轉(zhuǎn)數(shù)（r/min） f電力系統(tǒng)頻率（Hz） 60pnf任一時刻，發(fā)供電需保持平衡，電力系統(tǒng)頻率需保持一致，電力系統(tǒng)頻率偏差反映了發(fā)電與負(fù)荷間的不平衡，發(fā)電與負(fù)荷的變動，都將導(dǎo)致系統(tǒng)頻率偏差頻率偏差對用戶設(shè)備、發(fā)電廠設(shè)備、經(jīng)濟效益都將產(chǎn)生影響為了滿足用戶設(shè)備、發(fā)電廠設(shè)備和電力系統(tǒng)正常運行的需要，必須根據(jù)各個電力系統(tǒng)的特點，進(jìn)行系統(tǒng)頻率調(diào)節(jié)，保證

2、系統(tǒng)頻率質(zhì)量電力系統(tǒng)頻率及有功功率調(diào)節(jié)發(fā)電機組調(diào)速系統(tǒng)簡介 當(dāng)發(fā)電機組的原動機功率與輸出功率不平衡時，必然引起發(fā)電機轉(zhuǎn)速的變化。為了控制發(fā)電機的轉(zhuǎn)速，發(fā)電機組均安裝有調(diào)速系統(tǒng)。根據(jù)測量環(huán)節(jié)的工作原理，調(diào)速系統(tǒng)分為機械式和電氣液壓式兩大類。l機械式調(diào)速系統(tǒng)機械式調(diào)速系統(tǒng) 在早期的發(fā)電機組上安裝（圖左）。 在機械式調(diào)速系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)速測量元件由離心飛擺、彈簧和套筒組成，它與原動機轉(zhuǎn)軸相聯(lián)接，能直接反映原動機轉(zhuǎn)速的變化。當(dāng)原動機有某一恒定轉(zhuǎn)速時，作用在飛擺上的離心力、重力和彈簧力在飛擺處于某一位置時達(dá)到平衡。當(dāng)負(fù)荷增加時，發(fā)電機的有功功率輸出也隨之增加，原動機的轉(zhuǎn)速降低，使飛擺的離心力減小。在重力和彈簧

3、力的作用下，飛擺靠攏到新的位置才能使各力重新達(dá)到平衡。飛擺的運動，使套筒的位置下降，通過杠桿的作用，增大了調(diào)節(jié)汽門（或?qū)恚┑拈_度，增加進(jìn)汽（水）量，使原動機的輸入功率增加，轉(zhuǎn)速開始回升。如此反復(fù)動作，直至在阻尼作用下，在一個新的位置達(dá)到平衡。l電氣液壓式調(diào)速系統(tǒng)：電氣液壓式調(diào)速系統(tǒng)： 電氣液壓式調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)見圖左。 在電氣液壓式調(diào)速系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)速測量元件由齒輪和脈沖傳感器（或電壓互感器）、頻率變送器等組成。當(dāng)發(fā)電機轉(zhuǎn)速下降時，頻率變送器的輸出也下降，經(jīng)信號整形和放大后，啟動閥控，增大調(diào)節(jié)汽門（或?qū)恚┑拈_度，增加進(jìn)汽（水）量，以達(dá)到調(diào)整原動機的輸入功率，調(diào)節(jié)發(fā)電機轉(zhuǎn)速的目的。電力系統(tǒng)頻率

4、及有功功率調(diào)節(jié)電力系統(tǒng)頻率及有功功率調(diào)節(jié)引起頻率變化負(fù)荷的種類引起頻率變化負(fù)荷的種類 變化周期在10以內(nèi)、變化幅值較小的負(fù)荷分量 （一般低于負(fù)荷峰值的1%） 各個獨立負(fù)荷隨即變化的集中表現(xiàn) 變化速率快（每分鐘負(fù)荷峰值的5%左右），負(fù)荷變化改變方向的次數(shù)最多（每小時可達(dá)百次）第一種第一種變化變化 變化周期10s到數(shù)分鐘之間的負(fù)荷分量 電爐、壓延機械、電力機車等 變化幅值較小（平均變化幅為負(fù)荷峰值的2.5%左右）；變化速率較快（每分鐘變化負(fù)荷峰值的1%2.5%），負(fù)荷改變方向的次數(shù)較多（每小時二三十次之間）第二種第二種變化變化 變化緩慢的持續(xù)變化負(fù)荷 各行各業(yè)的作息制度、居民的生活方式、天氣的變化

5、等 負(fù)荷變化的幅值大（往往在負(fù)荷峰值的40%以上）；變化速度較小，負(fù)荷改變方向的次數(shù)少（一晝夜改變方向的次數(shù)在十幾次到數(shù)十次之間）第三種第三種變化變化電力系統(tǒng)頻率及有功功率調(diào)節(jié)電力系統(tǒng)頻率及有功功率調(diào)節(jié)頻率調(diào)節(jié)的分類頻率調(diào)節(jié)的分類 一次調(diào)頻一次調(diào)頻 負(fù)荷的第一種變化負(fù)荷的第一種變化 二次調(diào)頻二次調(diào)頻負(fù)荷的第二種變化負(fù)荷的第二種變化三次調(diào)頻三次調(diào)頻負(fù)荷的第三種負(fù)荷的第三種變化變化電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)頻率變化頻率變化發(fā)電機轉(zhuǎn)速發(fā)電機轉(zhuǎn)速發(fā)生變化發(fā)生變化是否超過是否超過轉(zhuǎn)速死區(qū)轉(zhuǎn)速死區(qū)否是調(diào)速器不動作調(diào)速器不動作調(diào)速器動作調(diào)速器動作改變原動機閥改變原動機閥門位置，調(diào)整門位置，調(diào)整原動機功率原動機功率系統(tǒng)

6、頻率下降，閥門開度系統(tǒng)頻率下降，閥門開度增大，增加原動機功率增大，增加原動機功率系統(tǒng)頻率上升，閥門開度系統(tǒng)頻率上升，閥門開度減少，減少原動機功率減少，減少原動機功率電力電力系統(tǒng)系統(tǒng)頻率變化頻率變化發(fā)電機組頻率調(diào)節(jié)發(fā)電機組頻率調(diào)節(jié)器、協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)器、協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)移動發(fā)電機組頻率特性曲線改變機組有功功率與負(fù)荷變化相平衡頻率恢復(fù)頻率恢復(fù)調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)系統(tǒng)系統(tǒng)頻率頻率發(fā)電機組有功功率經(jīng)濟分配。發(fā)電機組有功功率經(jīng)濟分配。對實際負(fù)荷變化作出反應(yīng)；根據(jù)預(yù)計的負(fù)荷變化，對發(fā)電機組有功功率對實際負(fù)荷變化作出反應(yīng)；根據(jù)預(yù)計的負(fù)荷變化，對發(fā)電機組有功功率作出安排。作出安排。電力系統(tǒng)頻率及有功功率調(diào)節(jié)電力系統(tǒng)頻率及有功功率

7、調(diào)節(jié)一、二次調(diào)頻的區(qū)別一、二次調(diào)頻的區(qū)別電力系統(tǒng)的頻率特性 發(fā)電機組的功率頻率特性與負(fù)荷的功率頻率特性曲線的交點就是電力系統(tǒng)頻率的穩(wěn)定運行點。 a a點點：（fe，PL），系統(tǒng)初始的穩(wěn)定運行點。 b b點：點：負(fù)荷增加PL，負(fù)荷靜態(tài)頻率特性變?yōu)镻L1，無調(diào)速器，頻率穩(wěn)定值下降到f3，取用功率仍然為原來的PL值 。 c c點：點：調(diào)速器一次調(diào)節(jié)，增加機組的輸入功率PT。頻率穩(wěn)定在f2。 d d點：點：調(diào)頻器二次調(diào)節(jié)，移動發(fā)電機組頻率特性曲線，增加機組的輸入功率PT，頻率穩(wěn)定在fe 。一次調(diào)頻一次調(diào)頻二次調(diào)頻二次調(diào)頻特點調(diào)節(jié)由原動機的調(diào)速系統(tǒng)實施，對系統(tǒng)頻率響應(yīng)快（1030s之間）；利用機組蓄熱，

8、作用時間短暫（0.52min不等）；有差調(diào)節(jié)，不能實現(xiàn)無差調(diào)節(jié)。受能量轉(zhuǎn)換過程的時間限制，響應(yīng)時間比以此調(diào)節(jié)要慢（12min）；常使發(fā)電機組偏離經(jīng)濟運行點；無差調(diào)節(jié)。作用自動平衡電力系統(tǒng)第一種負(fù)荷分量；調(diào)節(jié)作用的衰減性和調(diào)整的有差性，不能單獨依靠它來調(diào)節(jié)系統(tǒng)頻率；異常情況下的負(fù)荷突變，可以起到某種緩沖作用。能有效調(diào)整分鐘級和更長周期的負(fù)荷波動；不能替代一次調(diào)頻，與一次調(diào)頻若在時間上配合好，對系統(tǒng)發(fā)生較大擾動時快速恢復(fù)系統(tǒng)頻率相當(dāng)重要；偏離經(jīng)濟運行點的問題，需要三次調(diào)頻來解決。一次調(diào)頻一次調(diào)頻性能指標(biāo)、考核指標(biāo)性能指標(biāo)、考核指標(biāo)一次一次調(diào)頻性能指標(biāo)調(diào)頻性能指標(biāo)含義含義具體數(shù)值（南方電網(wǎng)為例）具體

9、數(shù)值（南方電網(wǎng)為例）速度不等率速度不等率=(nmax-nmin) /n0100% （nmax、nmin機組空負(fù)荷、滿負(fù)荷對應(yīng)的速度，n0為機組額定轉(zhuǎn)速，r/min ）火電機組轉(zhuǎn)速不等率不高于5；水電機組轉(zhuǎn)速不等率(永態(tài)轉(zhuǎn)差率)不高于4 調(diào)頻死區(qū)調(diào)頻死區(qū)為了防止在電網(wǎng)頻差小范圍變化時汽機調(diào)門不必要的動作而設(shè)置的頻差火電機組不大于0.034赫茲 (2轉(zhuǎn)分)；水電機組不大于0.034赫茲調(diào)頻負(fù)荷范圍調(diào)頻負(fù)荷范圍 1）額定負(fù)荷200兆瓦及以下的火電機組，限制幅度不小于機組額定負(fù)荷的10； 2）額定負(fù)荷200兆瓦500兆瓦的火電機組，限制幅度不小于機組額定負(fù)荷的8； 3）額定負(fù)荷500兆瓦及以上的火電機

10、組，限制幅度不小于機組額定負(fù)荷的6； 4）水電機組參與一次調(diào)頻的負(fù)荷變化幅度不加以限制。響應(yīng)滯后時間響應(yīng)滯后時間網(wǎng)頻率變化達(dá)到一次調(diào)頻動作值到機組負(fù)荷開始變化所需的時間應(yīng)小于或等于3秒一次調(diào)頻考核指標(biāo)一次調(diào)頻考核指標(biāo)含義含義具體數(shù)值（南方電網(wǎng)為例）具體數(shù)值（南方電網(wǎng)為例）機組一次調(diào)頻月投機組一次調(diào)頻月投入率入率一次調(diào)頻功能投入時間與并網(wǎng)運行時間的百分比統(tǒng)計為一次調(diào)頻投入率機組一次調(diào)頻月投入率不低于90。每低于90%一個百分點（含不足一個百分點），當(dāng)月機組發(fā)電量的0.1計為考核電量一次調(diào)頻合格率一次調(diào)頻合格率一次調(diào)頻合格點或合格時段的時間總和與一次調(diào)頻功能投入時間的百分比統(tǒng)計為一次調(diào)頻合格率 一

11、次調(diào)頻合格率以100%為基準(zhǔn)，當(dāng)月合格率每降低0.1個百分點，按當(dāng)月機組發(fā)電量的0.1%作為考核電量（當(dāng)月一次調(diào)頻考核電量最大不超過當(dāng)月機組發(fā)電量的0.5%）一次調(diào)頻一次調(diào)頻火電機組對一次調(diào)頻的迅速反應(yīng)火電機組對一次調(diào)頻的迅速反應(yīng) l整個波動過程僅持續(xù)28秒，分別從低限和高限兩次超出一次調(diào)頻動作死區(qū)，極大的考驗了機組一次調(diào)頻性能。l廣東電網(wǎng)中紅海灣、柘林廠、銅鼓廠等機組的動作曲線很好的跟蹤了這樣的頻率變化過程，在極短時間能夠內(nèi)做到低頻增加負(fù)荷，高頻時減負(fù)荷。l典型動作曲線如紅海灣廠#2機與柘林廠#2機的一次調(diào)頻曲線。這兩臺機組在系統(tǒng)頻率低于49.967Hz后，約5-6秒內(nèi)，出力均增加約8MW；

12、在系統(tǒng)頻率回升達(dá)到50.06Hz這一過程，兩臺機組出力在7-8秒內(nèi)回調(diào)約13-14MW 。一次調(diào)頻動作實例（廣東電網(wǎng)）：一次調(diào)頻動作實例（廣東電網(wǎng)）：一次調(diào)頻一次調(diào)頻發(fā)電機組一次調(diào)頻的管理發(fā)電機組一次調(diào)頻的管理華中電網(wǎng)六省（市）華中電網(wǎng)六?。ㄊ校╇娏φ{(diào)度機構(gòu)電力調(diào)度機構(gòu)本省（市）直調(diào)機組的一次調(diào)頻運行統(tǒng)計報表及分析報告。每月十日報送網(wǎng)調(diào)網(wǎng)調(diào)全網(wǎng)所有參加考核機組一次調(diào)頻運行考核報告匯總報表匯總報表，計算當(dāng)月應(yīng)預(yù)付金額、應(yīng)返回金額和應(yīng)獎罰金額每月15日前三公三公”調(diào)度調(diào)度信息披露網(wǎng)信息披露網(wǎng)站上披露站上披露每月19日前提交國家電力監(jiān)管委員國家電力監(jiān)管委員會華中監(jiān)管局（以會華中監(jiān)管局（以下簡稱華中電

13、監(jiān)局）下簡稱華中電監(jiān)局）每月25日前審批，審批后，考核效果生效一次調(diào)頻參與者、職責(zé)說明圖。參考： 華中電網(wǎng)發(fā)電機組一次調(diào)頻運行考核管理辦法（試行）,本辦法自2006年7月1日起試行。參與者主要有：參與者主要有：發(fā)電機組、省調(diào)、網(wǎng)調(diào)、電監(jiān)會 發(fā)電機組包括華中電力調(diào)度（交易）中心（以下簡稱網(wǎng)調(diào)）以及湖北、河南、湖南、江西、四川和重慶電力調(diào)度機構(gòu)（以下簡稱六?。ㄊ校┱{(diào)）直調(diào)機組。管理規(guī)定的制定：管理規(guī)定的制定：根據(jù)電力監(jiān)管條例和關(guān)于印發(fā)發(fā)電廠并網(wǎng)運行管理意見的通知（電監(jiān)市場200323號）等有關(guān)法規(guī)和規(guī)章，制定本辦法。 AGC調(diào)節(jié)基本概念定義：定義： 電力系統(tǒng)頻率和有功功率自動控制系統(tǒng)稱為自動發(fā)電控

14、制（AGC為Automation Generator Control 縮寫) 。通常指的是電網(wǎng)調(diào)度中心直接通過機組DCS控制系統(tǒng)實現(xiàn)自動增、減機組目標(biāo)負(fù)荷指令的功能。是目前機組的一種基本功能。是實現(xiàn)二次調(diào)頻的手段。 目標(biāo)：目標(biāo)： 維持電網(wǎng)頻率在允許誤差范圍之內(nèi)。 控制互聯(lián)電網(wǎng)凈交換功率按計劃值運行。 控制互聯(lián)電網(wǎng)交換電能量在計劃限值之內(nèi) 。 在滿足電網(wǎng)安全約束條件、電網(wǎng)頻率和對外凈交換功率計劃的前提下，協(xié)調(diào)參與遙調(diào)的發(fā)電廠（機組）的出力按最優(yōu)經(jīng)濟分配原則運行，使電網(wǎng)獲得最大的效益。 AGCAGC調(diào)節(jié)區(qū)域劃分：調(diào)節(jié)區(qū)域劃分：死區(qū)（死區(qū)（deaddead） 置區(qū)域總調(diào)節(jié)功率為零，即分配給所有AGC

15、機組的調(diào)節(jié)功率為零。正常調(diào)節(jié)區(qū)正常調(diào)節(jié)區(qū) （normalnormal） 不考慮AGC機組目標(biāo)出力的方向，直接下發(fā)機組的目標(biāo)出力。次緊急調(diào)節(jié)區(qū)（次緊急調(diào)節(jié)區(qū)（assistant emergencyassistant emergency） 也稱緊急輔助調(diào)節(jié)區(qū)，進(jìn)行調(diào)節(jié)功率的允許測試。在給機組下發(fā)控制命令時，要對調(diào)節(jié)功率是否允許這一命令的下發(fā)進(jìn)行測試。如果機組目標(biāo)出力的方向與調(diào)節(jié)功率的方向不一致，暫不下發(fā) 。緊急調(diào)節(jié)區(qū)（緊急調(diào)節(jié)區(qū)（ emergency emergency ） 執(zhí)行緊急控制策略：所有AGC機組，不考慮機組經(jīng)濟性出力分配原則，只要能夠承擔(dān)調(diào)節(jié)功率，都以當(dāng)前實際出力為基本功率，并按實際響

16、應(yīng)速度的比例承擔(dān)區(qū)域總調(diào)節(jié)功率。 死區(qū)死區(qū) 正常正常調(diào)節(jié)區(qū)調(diào)節(jié)區(qū) 次次緊急調(diào)節(jié)區(qū)緊急調(diào)節(jié)區(qū) 緊急緊急調(diào)節(jié)區(qū)調(diào)節(jié)區(qū)0 PD PA PE PR(MW)AGCAGC調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)AGCAGC控制過程控制過程lAGCAGC是一種高層控制技術(shù)手段，其建立基礎(chǔ)：是一種高層控制技術(shù)手段，其建立基礎(chǔ)： 以計算機為核心的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)（SCADA） 發(fā)電機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)（CCS） 高可靠信息傳輸系統(tǒng)基礎(chǔ)l通過遙測輸入環(huán)節(jié)、計算機處理環(huán)節(jié)和遙控輸出環(huán)節(jié)構(gòu)成電力生產(chǎn)過程的遠(yuǎn)程閉環(huán)控制系統(tǒng)。l涉及到調(diào)度中心計算機系統(tǒng)、通道、RTU、廠站計算機、調(diào)功裝置和電力系統(tǒng)等。l自動發(fā)電控制（AGC）主站系統(tǒng)，又稱能量管理系統(tǒng)（E

17、MS），是一個功能復(fù)雜的計算機系統(tǒng)（其中包括SCADA）。電廠電廠數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控SCADASCADA自動發(fā)電控制自動發(fā)電控制AGCAGC其他量測量機組量測量控制命令控制命令實時量測量實時網(wǎng)絡(luò)分析靈敏度機組計劃實時量測量AGCAGC控制過程：控制過程：l首先，AGC從SCADA獲取電網(wǎng)實時量測數(shù)據(jù)，并進(jìn)進(jìn)行必要的處理。l然后，根據(jù)實時量測數(shù)據(jù)和當(dāng)時的各種計劃值,在考慮機組各項約束的同時計算出對機組的控制命令。l最后，通過SCADA將控制命令送到各電廠的控制器PLC (Plant Controller), 由PLC調(diào)節(jié)機組的有功出力。對于調(diào)度端來說，PLC是AGC的一個控制對象；對于電廠端來說，PLC是一個物理的控制裝置。AGCAGC調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)考核參數(shù)（南方電網(wǎng)）考核參數(shù)（南方電網(wǎng)）包含范圍包含范圍火電機組：單機容量200MW（新建100MW）及以上容量;水電、蓄能機組：單機容量50MW及以上.調(diào)節(jié)范圍調(diào)節(jié)范圍最低穩(wěn)燃負(fù)荷至100%機組額定有功出力;300MW及以下容量機組AGC調(diào)節(jié)范圍：大于等于40%機組額定有功出力;300MW以上容量機組AGC調(diào)節(jié)范圍：大于等于50%機組額定有功出力.調(diào)節(jié)速率調(diào)節(jié)速率1.52額定容量/minAGCAGC響應(yīng)延遲時間響應(yīng)延遲時間90s評價參數(shù)評價參數(shù)AGC投運率 ：AGC運行總點數(shù)/運行