Thermische energie-eenheden, die de belangrijkste hulpbron voor frequentieregeling zijn en AGC-hulpdiensten (Automatic Guided Vehicle) leveren, lijden aan verschillende nadelen: lange responstijd (doorgaans tientallen seconden); langzame regelsnelheid (de standaard regelsnelheid (MWmin) voor thermische energie-eenheden bedraagt niet meer dan 3% van het nominale vermogen); en slechte regelnauwkeurigheid (de toegestane afwijking voor thermische krachtbronnen is 1% van het nominale vermogen).
Echter, in dienst nemenenergieopslagsystemen op batterijenin combinatie met thermische energie-eenheden om te reageren op AGC-opdrachten kunnen de voordelen van energieopslagsystemen volledig worden benut: korte responstijd (<100ms), fast regulation rate (regulation time from no-load to full-load less than 20ms), and high regulation accuracy. This improves the overall regulation performance index K of the unit while avoiding the need for large-capacity energy storage systems, enabling the project to achieve better economic benefits.
De basisprincipes en het proces van gecombineerde frequentieregeling voor thermische en energieopslag:
1) Elektrisch gezien kunnen energieopslag- en thermische energie-eenheden parallel werken aan de kant van de netaansluiting, waarbij ze samenwerken om AGC-verzendingsopdrachten te volgen, waardoor de algehele regelprestaties aanzienlijk worden verbeterd;
2) Zonder de oorspronkelijke AGC-regeling van de thermische energie-eenheid te veranderen, construeert u het uitgangscommando van het energieopslagsysteem op basis van het verschil tussen het AGC-commando en de real- output van de thermische energie-eenheid, en compenseert u het tekort aan energievraag dat door het verschil wordt veroorzaakt door gebruik te maken van de snelle en nauwkeurige vermogensregelingskarakteristieken van het energieopslagsysteem.
3) Naarmate de output van de thermische krachteenheid reageert op het AGC-commando en deze nadert, wordt de output van het energieopslagsysteem dienovereenkomstig teruggetrokken totdat de thermische krachteenheid uiteindelijk de output van het AGC-commando overneemt. Het is duidelijk dat de werkingstijd van het energieopslagsysteem met hoog-vermogen tijdens een enkele AGC-aanpassing in de orde van grootte van 1 tot 2 minuten ligt.
Zoals uit het bovenstaande proces blijkt, is het maximale uitgangsvermogen van de BESS het verschil tussen het AGC-commando en de huidige output van de thermische energie-eenheid. De prestatievereiste legt de nadruk op een hoog-vermogen, snelle en nauwkeurige regeling, terwijl de capaciteitsvereiste beperkt is, waardoor het een typische BESS-toepassing van het-type is. Hoewel de capaciteit en het vermogen van de BESS theoretisch optimaal kunnen worden geconfigureerd op basis van de netfrequentie en de fluctuatiekarakteristieken van het besturingsfoutsignaal in de regio, waarbij uitgebreid rekening wordt gehouden met de impact van belastingsschommelingen, de AGC-dispatchingprincipes van het net en het optimaliseren van economische voordelen, zijn de meeste huidige ontwerpprocessen gebaseerd op de analyse en statistische gegevens van de eerdere AGC-commando's van de eenheid, waarbij ernaar wordt gestreefd om meer dan 90% van de AGC-dispatchingcommando's volledig te volgen en, tijdens bedrijf, de batterij-SOC rond te houden. 50%.
Bovendien is het, op basis van de technische vereiste dat de maximale vermogensveranderingssnelheid van de thermische krachteenheid 3%P per minuut bedraagt, en aangezien AGC-opdrachtwijzigingen meestal per minuut -per-minuut plaatsvinden, het configureren van een 2C-energieopslagsysteem op 3% van het nominale vermogen P van de thermische krachteenheid redelijker.
Het basisprincipe is weergegeven in de figuur.
Bij gecombineerde thermische energie- en energieopslagsystemen vallen de BESS-netwerkaansluitmethoden (Boiler Energy Storage System) over het algemeen in twee categorieën: de ene gebruikt de overtollige capaciteit van de bestaande hulptransformator van de fabriek en verbindt deze met de generatoruitgang via een secundaire spanningsversterker;
de andere configureert een onafhankelijke step-up-transformator om het energieopslagsysteem rechtstreeks op de generatoruitgang aan te sluiten. Beide verbindingsmethoden vereisen aandacht voor lijnkortsluitcapaciteit- en harmonische variaties om de veilige werking van de bestaande thermische energie-eenheden, hoofdtransformatoren, ketelactuatoren en hulpsystemen te garanderen. Momenteel is het aansluitschema voor hulptransformatoren van installaties gebruikelijker.
Wat communicatie- en controlesystemen betreft, moeten zowel de RTU (Remote Control Unit) als het DCS (Distributed Control System) dienovereenkomstig worden aangepast, zoals weergegeven in de afbeelding.
De technische upgrades en basisfuncties van de apparatuur omvatten:
De RTU (Regional Unit) zal een BESS-stroommeetpakket (Balanced Energy Storage System) toevoegen, dat zal worden samengevoegd met de meetwaarden van de generatoroutput en zal worden verzonden naar het centrale voor elektriciteitsnet als basis voor de AGC-beoordeling (Automatic Gain Control). Er zal een nieuw communicatiekanaal met de BESS worden opgezet om AGC-opdrachten toe te wijzen en, indien nodig, de output- en statusinformatie van het gecombineerde thermische energie- en energieopslagsysteem naar de BESS te verzenden voor voorlopige evaluatie van de prestatie-index K van de AGC-regulering en lokale analyse van de voordelen.
Het DCS (Distributed Control System) zal een nieuw communicatiekanaal met de BESS tot stand brengen voor het verzenden van AGC-opdrachten, generatoruitgangsfeedback, werkelijke generatorbelastingsindicatoren, generator-AGC-activeringsfeedback, actievlaggen voor primaire frequentieregeling van de generator, generatoruitgangslimieten en generatorregelsnelheidslimieten.
BESS, gebaseerd op AGC-opdrachten en de realtime uitvoer van de generatoreenheid, gecombineerd met de SOC van de batterij van het energieopslagsysteem, construeert stroomopdrachten voor het energieopslagsysteem om snelle stroomcontrole en -regeling te bereiken, zoals weergegeven in de afbeelding.
Afbeelding: BESS hulp-AGC-controller
In een gecombineerd frequentieregelsysteem voor thermische energie en energieopslag bestaat het energieopslagsysteem meestal uit een PCS+step-transformatorcontainer, een batterijcontainer, een- hoogspanningstoegangscontainer en een lokale monitoringcontainer. De PCS+step-up-transformatorcontainer bevat onder meer de ringhoofdeenheid, de step-up-transformator en de PCS. Hij wordt aan de DC-zijde aangesloten op de batterijcontainer en aan de AC-zijde parallel geschakeld met het aangrenzende energieopslagsysteem voordat hij via een centrale schakelkast wordt aangesloten op de servicetransformator van de installatie.
Bij de specifieke implementatie van het project kunnen de details van het ontwerp en de aanpassing variëren, maar ze moeten allemaal voldoen aan het principe van het minimaliseren van de impact op de oorspronkelijke thermische energie-eenheden en mogen geen enkel veiligheidsrisico opleveren voor de normale werking van de DCS en de eenheden.
Met steeds strengere eisen aan de energiekwaliteit, met name de snelle toename van de capaciteit van hernieuwbare energiebronnen zoals wind- en zonne-energie, heeft het elektriciteitsnet een groeiende vraag naar hoogwaardige frequentiereguleringsbronnen. Regelmatige grootschalige- AGC-aanpassingen (Automatic Gain Control) door thermische energie-eenheden kunnen echter een negatieve invloed hebben op de apparatuur en een stabiele werking belemmeren. Bovendien beperkt retrofitting met zeer-lage emissies de regelsnelheid van thermische energie-eenheden verder, waardoor de regelprestatie-index K wordt verlaagd. Daarom bieden geïntegreerde regelsystemen voor thermische energie en energieopslagfrequentie directe technische voordelen en substantiële economische voordelen.
Als we als voorbeeld een geïntegreerd project voor thermische energie en energieopslag in Noordwest-China nemen, varieerde vóór de toevoeging van energieopslag de AGC-prestatie-index K voor onafhankelijke thermische energie-eenheden van 1,97 tot 2,62. Na het toevoegen van energieopslag verbeterde het geïntegreerde systeem voor thermische energie en energieopslag dit tot 4,95 tot 5,91; de compensatiekosten stegen ook van minder dan 10.000 yuan/dag naar bijna 110.000 yuan/dag.
Tijdens periodes van relatief stabiele belasting heeft de vraag van het elektriciteitsnet naar middelen voor frequentieregulering echter een bovengrens, en de marktruimte voor deze toepassing zal snel onder druk komen te staan. Als gevolg van de invoering van een 'nul-som'-regel en de invloed van beleid en daaraan gerelateerde mechanismen voor renteverdeling, zijn de inkomsten van het project, vooral die van eigenaren van energieopslagsystemen, onderhevig aan bepaalde onzekerheden.