一种常规加备用混合储能辅助火电机组调频系统的制作方法

1.本实用新型涉及电力传输技术领域，尤其涉及一种常规加备用混合储能辅助火电机组调频系统。


背景技术：

2.随着风电和常规储能的并网量增加、互联大电网的快速发展、大容量发电和远距离输电，使得电力系统的调频任务更加繁重。相关技术中，调频电源主要是火电机组与水电机组，工作原理是通过调整机组有功出力，跟踪系统频率变化。但是火电机组通常存在响应时滞长，机组爬坡速率低等问题，无法准确跟踪电网调度指令，暴露出调节时间延迟、调节偏差和调节反向等现象。另外，火电机组频繁的变换功率运行，对机组设备疲劳和磨损有一定的加重，影响机组运行寿命。


技术实现要素：

3.本实用新型提供了一种常规加备用混合储能辅助火电机组调频系统，主要目的在于提供一种进行调频任务时响应速度快，机组爬坡速率高的常规加备用混合储能辅助火电机组调频系统。
4.根据本实用新型的一方面，提供了一种常规加备用混合储能辅助火电机组调频系统，包括：火电发电并网单元、启备变备用储能单元和高厂变常规储能单元；
5.其中，所述火电发电并网单元的高压侧连接至所述启备变备用储能单元的高压侧，所述火电发电并网单元的低压侧连接至所述启备变备用储能单元的低压侧和所述高厂变常规储能单元。
6.可选地，在本实用新型的一个实施例中，所述火电发电并网单元包括：发电机、发电机主变和电网输电母线；
7.其中，所述发电机的出口连接至所述发电机主变的低压侧，所述发电机主变的高压侧连接至所述电网输电母线；
8.所述发电机的出口为所述火电发电并网单元的低压侧，所述电网输电母线为所述火电发电并网单元的高压侧。
9.可选地，在本实用新型的一个实施例中，所述发电机输出的电能对应的电压等级为20kv。
10.可选地，在本实用新型的一个实施例中，所述电网输电母线的电压等级为220kv。
11.可选地，在本实用新型的一个实施例中，所述启备变备用储能单元包括：火电机组启备变、启备变低压侧a分支母线、启备变低压侧b分支母线、启备变低压侧a分支断路器、备用储能升压变、备用储能并网断路器、备用储能换流器和备用储能设备；
12.其中，所述火电机组启备变的低压侧连接至所述启备变低压侧a分支母线和所述启备变低压侧b分支母线，所述启备变低压侧a分支母线通过所述启备变低压侧a分支断路器连接至所述发电机的出口，所述启备变低压侧b分支母线连接至所述备用储能升压变，所
述备用储能升压变通过所述备用储能并网断路器连接至所述备用储能换流器的交流侧，所述备用储能换流器的直流侧连接至所述备用储能设备；
13.所述火电机组启备变的高压侧为所述启备变备用储能单元的高压侧，所述启备变低压侧a分支断路器连接至所述发电机的出口的一端为所述启备变备用储能单元的低压侧。
14.可选地，在本实用新型的一个实施例中，所述高厂变常规储能单元包括：分裂绕组高厂变、6kv厂用a分支、6kv厂用b分支、6kv厂用a分支断路器、6kv厂用a分支负荷、6kv厂用b分支断路器、6kv厂用b分支负荷、常规储能电力电子变压器pet并网断路器、pet、常规储能pet低压侧断路器、常规储能换流器和常规储能设备；
15.其中，所述分裂绕组高厂变的高压侧连接至所述发电机的出口，所述分裂绕组高厂变的低压侧连接至所述6kv厂用a分支和所述6kv厂用b分支，所述6kv厂用a分支通过所述6kv厂用a分支断路器连接至所述6kv厂用a分支负荷，所述6kv厂用b分支通过所述6kv厂用b分支断路器连接至所述6kv厂用b分支负荷，所述pet的高压侧通过所述常规储能pet并网断路器连接至所述6kv厂用b分支，所述pet的低压侧通过所述常规储能pet低压侧断路器连接至所述常规储能换流器的交流侧，所述常规储能换流器的直流侧连接至所述常规储能设备。
16.可选地，在本实用新型的一个实施例中，所述pet包括：常规储能pet高压直-交换流器、常规储能pet高压侧滤波电容、常规储能pet高频直流-直流dc-dc变压器、常规储能pet低压侧滤波电容和常规储能pet低压交-直换流器；
17.其中，所述常规储能pet高压直-交换流器的交流侧连接至所述常规储能pet并网断路器，所述常规储能pet高频dc-dc变压器的高压侧通过所述常规储能pet高压侧滤波电容连接至所述常规储能pet高压直-交换流器的直流侧，所述常规储能pet低压交-直换流器的直流侧通过所述常规储能pet低压侧滤波电容连接至所述常规储能pet高频dc-dc变压器的低压侧，所述常规储能pet低压交-直换流器的交流侧连接至所述常规储能pet低压侧断路器。
18.可选地，在本实用新型的一个实施例中，所述pet由模块化多电平换流器mmc电力电子元器件构成。
19.综上，本实用新型实施例提供的技术方案至少带来以下有益效果：
20.1.本实用新型通过采用启备变备用储能单元和高厂变常规储能单元组成的储能辅助常规加备用混合储能辅助火电机组调频系统，可以提高常规加备用混合储能辅助火电机组调频系统在进行调频任务时的响应速度，可以提高机组爬坡速率。
21.2.本实用新型通过利用备用储能设备以及常规储能设备的快速充/放电能力，响应电网负荷变化，不管是一次调频、二次调频还是多次调频，都可以辅助火电发电并网单元进行最优功率匹配。从而，可以提升火电厂调频收益，也可以使发电机的出力波动降低，可以提高火电机组的安全性，可以减小因为负荷频繁调节造成的火电机组设备老化。可以减少变换功率运行的次数；进而，可以降低火电机组设备的疲劳度和磨损度，可以提高火电机组设备的运行寿命。
22.3.本实用新型通过采用pet，可以提高厂变常规储能单元的常规储能供电效率，可以节约高厂变常规储能单元的储能系统建设成本。并且，本实用新型通过采用pet，在响应
机组频率调节中，可以提高功率变化的速度以及准确性。
23.4.本实用新型采用的pet采用高频电磁耦合技术，在实现传统变压器的电压等级变换、隔离等功能的基础上，还可以灵活变压，可以有效减小变压器占地面积和体积。
24.5.本实用新型采用的pet由mmc电力电子元器件构成，mmc电力电子元器件输出谐波低、电能转换效率高、具有较高的扩展性。该mmc电力电子元器件的电压转化可控，可以有效抑制因为接地故障引起的短路电流，可以减少故障时扩大故障范围的情况。
25.本实用新型附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。
附图说明
26.本实用新型上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
27.图1为本实用新型实施例所提供的一种常规加备用混合储能辅助火电机组调频系统的结构示意图。
28.附图标记说明：1—火电发电并网单元；2—启备变备用储能单元；3—高厂变常规储能单元；
29.1-1—发电机；1-2—发电机主变；1-3—电网输电母线；
30.2-1—火电机组启备变；2-2—启备变低压侧a分支母线；2-3—启备变低压侧b分支母线；2-4—启备变低压侧a分支断路器；2-5—备用储能升压变；2-6—备用储能并网断路器；2-7—备用储能换流器；2-8—备用储能设备；
31.3-1—分裂绕组高厂变；3-2—6kv厂用a分支；3-3—6kv厂用b分支；3-4—6kv厂用a分支断路器；3-5—6kv厂用a分支负荷；3-6—6kv厂用b分支断路器；3-7—6kv厂用b分支负荷；3-8—常规储能pet并网断路器；3-9—常规储能pet高压直-交换流器；3-10—常规储能pet高压侧滤波电容；3-11—常规储能pet高频dc-dc变压器；3-12—常规储能pet低压侧滤波电容；3-13—常规储能pet低压交-直换流器；3-14—常规储能pet低压侧断路器；3-15—常规储能换流器；3-16—常规储能设备。
具体实施方式
32.下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。相反，本实用新型的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。
33.下面结合具体的实施例对本实用新型进行详细说明。
34.图1为本实用新型实施例所提供的一种常规加备用混合储能辅助火电机组调频系统的结构示意图。
35.如图1所示，本实用新型实施例提供的一种常规加备用混合储能辅助火电机组调频系统，包括：火电发电并网单元1、启备变备用储能单元2和高厂变常规储能单元3；
36.其中，火电发电并网单元1的高压侧连接启备变备用储能单元2的高压侧，火电发
电并网单元1的低压侧连接启备变备用储能单元2的低压侧和高厂变常规储能单元3。
37.根据一些实施例，混合储能技术作为能源变革关键技术支撑之一的大规模储能技术，因为其可以为电网提供调峰、调频、应急响应等多种辅助服务，近年来受到了业内的广泛关注。
38.在一些实施例中，本实用新型实施例提供的启备变备用储能单元2以及高厂变常规储能单元3可以是由飞轮储能+锂电池组成的混合储能系统，分别将备用储能设备2-8以及常规储能设备3-12通过换流器与火电机组相连，可以具备功率双向流动能力。进而，具有功率调节迅速、应用模式多样等优点。
39.在本实用新型实施例中，火电发电并网单元1包括：发电机1-1、发电机主变1-2和电网输电母线1-3；
40.其中，发电机1-1的出口连接至发电机主变1-2的低压侧，发电机主变1-2的高压侧连接至电网输电母线1-3；
41.发电机1-1的出口为火电发电并网单元1的低压侧，电网输电母线1-3为火电发电并网单元1的高压侧。
42.在本实用新型实施例中，发电机1-1输出的电能对应的电压等级为20kv。
43.在本实用新型实施例中，电网输电母线1-3的电压等级为220kv。
44.根据一些实施例，发电机主变1-2可以将发电机1-1输出的电能从20kv升压至220kv。
45.在本实用新型实施例中，启备变备用储能单元2包括：火电机组启备变2-1、启备变低压侧a分支母线2-2、启备变低压侧b分支母线2-3、启备变低压侧a分支断路器2-4、备用储能升压变2-5、备用储能并网断路器2-6、备用储能换流器2-7和备用储能设备2-8；
46.其中，火电机组启备变2-1的低压侧连接至启备变低压侧a分支母线2-2和启备变低压侧b分支母线2-3，启备变低压侧a分支母线2-2通过启备变低压侧a分支断路器2-4连接至发电机1-1的出口，启备变低压侧b分支母线2-3连接至备用储能升压变2-5，备用储能升压变2-5通过备用储能并网断路器2-6连接至备用储能换流器2-7的交流侧，备用储能换流器2-7的直流侧连接至备用储能设备2-8；
47.火电机组启备变2-1的高压侧为启备变备用储能单元2的高压侧，启备变低压侧a分支断路器2-4连接至发电机1-1的出口的一端为启备变备用储能单元2的低压侧。
48.根据一些实施例，当火电厂停电检修时，火电机组启备变2-1可以给火电厂提供厂用电能。
49.在本实用新型实施例中，高厂变常规储能单元3包括：分裂绕组高厂变3-1、6kv厂用a分支3-2、6kv厂用b分支3-3、6kv厂用a分支断路器3-4、6kv厂用a分支负荷3-5、6kv厂用b分支断路器3-6、6kv厂用b分支负荷3-7、常规储能电力电子变压器(power electronic transformer，pet)并网断路器3-8、pet、常规储能pet低压侧断路器3-14、常规储能换流器3-15和常规储能设备3-16；
50.其中，分裂绕组高厂变3-1的高压侧连接至发电机1-1的出口，分裂绕组高厂变3-1的低压侧连接至6kv厂用a分支3-2和6kv厂用b分支3-3，6kv厂用a分支3-2通过6kv厂用a分支断路器3-4连接至6kv厂用a分支负荷3-5，6kv厂用b分支3-3通过6kv厂用b分支断路器3-6连接至6kv厂用b分支负荷3-7，pet的高压侧通过常规储能pet并网断路器3-8连接至6kv厂
用b分支3-3，pet的低压侧通过常规储能pet低压侧断路器3-14连接至常规储能换流器3-15的交流侧，常规储能换流器3-15的直流侧连接至常规储能设备3-16。
51.根据一些实施例，pet指的是通过电力电子技术及高频变压器(相对于工频变压器工作频率更高)实现的具有但不限于传统工频交流变压器功能的新型电力电子设备。相比于传统工频变压器，造价更低，且pet适用于丰富系统功能、提高系统性能等方面的应用。
52.根据一些实施例，对储能换流器，也就是备用储能换流器2-7和常规储能换流器3-15进行控制时，可以采用下垂控制的方法，实现有功、无功解耦控制。
53.在本实用新型实施例中，pet包括：常规储能pet高压直-交换流器3-9、常规储能pet高压侧滤波电容3-10、常规储能pet高频直流-直流dc-dc变压器3-11、常规储能pet低压侧滤波电容3-12和常规储能pet低压交-直换流器3-13；
54.其中，常规储能pet高压直-交换流器3-9的交流侧连接至常规储能pet并网断路器3-8，常规储能pet高频dc-dc变压器3-9的高压侧通过常规储能pet高压侧滤波电容3-10连接至常规储能pet高压直-交换流器3-9的直流侧，常规储能pet低压交-直换流器3-13的直流侧通过常规储能pet低压侧滤波电容3-12连接至常规储能pet高频dc-dc变压器3-11的低压侧，常规储能pet低压交-直换流器3-13的交流侧连接至常规储能pet低压侧断路器3-14。
55.在本实用新型实施例中，pet由模块化多电平换流器(modular multilevel converter，mmc)电力电子元器件构成。
56.根据一些实施例，mmc电力电子元器件指的是由至少两个结构相同的子模块级联构成的电力电子元器件。该子模块的结构包括但不限于半h桥型、全h桥型和双箝位型子模块型。
57.根据一些实施例，本实用新型实施例提供的常规加备用混合储能辅助火电机组调频系统工作时，若常规加备用混合储能辅助火电机组调频系统获取到针对火电发电并网单元1的调频指令，则常规加备用混合储能辅助火电机组调频系统可以响应于该调频指令，控制高厂变常规储能单元3和启备变备用储能单元2。
58.在一些实施例中，当常规加备用混合储能辅助火电机组调频系统判断该调频指令对应的功率信号小于第一功率阈值时，常规加备用混合储能辅助火电机组调频系统可以响应于调频指令，控制高厂变常规储能单元3对火电发电并网单元1释放能量，或者吸收火电发电并网单元1释放的能量。
59.在一些实施例中，当常规加备用混合储能辅助火电机组调频系统判断该调调频指令对应的功率信号大于第二功率阈值时，常规加备用混合储能辅助火电机组调频系统可以响应于调频指令，控制高厂变常规储能单元3和启备变备用储能单元2对火电发电并网单元1释放能量，或者吸收火电发电并网单元1释放的能量，第二功率阈值不小于第一功率阈值。
60.根据一些实施例，当常规加备用混合储能辅助火电机组调频系统响应于调频指令，控制高厂变常规储能单元3和启备变备用储能单元2对火电发电并网单元1释放能量，或者吸收火电发电并网单元1释放的能量时，常规加备用混合储能辅助火电机组调频系统可以控制备用储能设备2-8接入火电机组启备变2-1。进而，常规加备用混合储能辅助火电机组调频系统可以控制备用储能设备2-8以及常规储能设备3-16共同吸收能量，或者共同释放能量，来响应调频指令对应的频率变化。
61.根据一些实施例，调频指令指的是用于指示对火电发电并网单元1进行调频的指
令。该调频指令并不特指某一固定指令。该调频指令包括但不限于频率增加指令和频率下降指令等等。
62.在一些实施例中，频率增加指令又称升负荷指令，指的是用于指示升高火电发电并网单元1的频率的指令。若调频指令为频率增加指令，则常规加备用混合储能辅助火电机组调频系统可以控制备用储能设备2-8以及常规储能设备3-16释放电能。
63.在一些实施例中，频率下降指令又称降负荷指令，指的是用于指示降低火电发电并网单元1的频率的指令。若调频指令为频率下降指令，则常规加备用混合储能辅助火电机组调频系统可以控制备用储能设备2-8以及常规储能设备3-16吸收电能。
64.在一些实施例中，当调频指令为频率增加指令时，常规加备用混合储能辅助火电机组调频系统可以响应于频率增加指令，控制高厂变常规储能单元3和/或启备变备用储能单元2对火电发电并网单元1释放能量；
65.在一些实施例中，当调频指令为频率下降指令时，常规加备用混合储能辅助火电机组调频系统可以响应于频率下降指令，控制高厂变常规储能单元3和/或启备变备用储能单元2吸收火电发电并网单元1释放的能量。
66.综上，本实用新型实施例提供的技术方案至少带来以下有益效果：
67.1.本实用新型通过采用启备变备用储能单元2和高厂变常规储能单元3组成的储能辅助常规加备用混合储能辅助火电机组调频系统，可以提高常规加备用混合储能辅助火电机组调频系统在进行调频任务时的响应速度，可以提高机组爬坡速率。
68.2.本实用新型通过采用启备变备用储能单元2和高厂变常规储能单元3组成的储能辅助常规加备用混合储能辅助火电机组调频系统，该储能辅助常规加备用混合储能辅助火电机组调频系统可以用于辅助火电发电并网单元1参与到电网频率调解中。进而，可以利用备用储能设备2-8以及常规储能设备3-16的快速充/放电能力，响应电网负荷变化，不管是一次调频、二次调频还是多次调频，都可以辅助火电发电并网单元1进行最优功率匹配。从而，可以提升火电厂调频收益，也可以使发电机1-1的出力波动降低，可以提高火电机组的安全性，可以减小因为负荷频繁调节造成的火电机组设备老化。可以减少变换功率运行的次数；进而，可以降低火电机组设备的疲劳度和磨损度，可以提高火电机组设备的运行寿命。
69.3.由于备用储能设备2-8通过备用储能换流器2-7、备用储能并网断路器2-6、备用储能升压变2-5和启备变低压侧b分支母线2-3连接至火电机组启备变2-1，常规储能设备3-16通过常规储能换流器3-15、常规储能pet低压侧断路器3-14、pet、常规储能pet并网断路器3-8和6kv厂用b分支3-3连接至分裂绕组高厂变3-1，备用储能设备2-8和常规储能设备3-16分别连接不同的变压器。因此，可以减小分裂绕组高厂变3-1的负荷率，可以保证分裂绕组高厂变3-1可以留有一定裕度运行，可以有效减小变压器所带负荷，无需增加分裂绕组高厂变3-1和火电机组启备变2-1的容量。
70.4.本实用新型通过采用pet，可以提高厂变常规储能单元3的常规储能供电效率，可以节约高厂变常规储能单元3的储能系统建设成本。并且，本实用新型通过采用pet，在响应机组频率调节中，可以提高功率变化的速度以及准确性。
71.5.本实用新型采用的pet采用高频电磁耦合技术，相较于传统工频变压器，在实现传统变压器的电压等级变换、隔离等功能的基础上，还可以灵活变压，可以有效减小变压器
占地面积和体积。
72.6.本实用新型采用的pet由mmc电力电子元器件构成，mmc电力电子元器件输出谐波低、电能转换效率高、具有较高的扩展性。该mmc电力电子元器件的电压转化可控，可以有效抑制因为接地故障引起的短路电流，可以减少故障时扩大故障范围的情况。
73.7.本实用新型通过控制高厂变常规储能单元和启备变备用储能单元执行与调频指令对应的功率信号相对应的动作，可以准确跟踪电网调度指令，可以降低调节延迟时间、减少调节偏差、减少调节反向等现象。
74.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述可以针对不同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
75.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
76.尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。