飞轮储能辅助600MW燃煤机组调频技术研究

随着中国电力行业近几十年来的不断发展,国民对于电能供应质量的需求和标准也越来越高。清洁能源如风力发电、太阳能发电的装机容量不断增加,从电源侧给电网频率的稳定带来了沉重的压力;经济新常态下中国产业结构的调整使得电力负荷需求波动日益频繁,电网峰谷差不断增大,也从需求侧给电网频率的稳定造成了不利影响。火电作为我国发电事业的主体,必须承担起国民的主要供电任务,担负起电力系统调峰调频的责任。然而频繁调频会带来燃煤机组锅炉压力剧烈波动、燃烧稳定性差、现有热工控制技术调节难度高,环保设施运行效率低等问题,且机组偏离设计工况运行时,其供电煤耗要高于设计工况下煤耗,严重降低了机组运行的经济性和安全性。飞轮储能技术具备爬坡速率快,响应时间短,充放电效率高等优势,将其用来辅助燃煤火电机组进行二次调频不仅提高可以响应速度和调节精度,同时还能保障燃煤火电机组在短时间输出功率不会发生太大变化,节省煤耗,延长机组使用寿命。因此对飞轮储能系统辅助燃煤机组调频技术进行研究有着十分重要的现实和指导意义。本文首先介绍了火电机组调频调峰困境和飞轮储能研究现状,探讨了火电机组灵活性改造的必要性和发展趋势,阐述了储能系统辅助燃煤火电机组调频的研究背景、意义和研究现状。接着研究燃煤机组具体的调频过程,对电力系统频率变化原因和火电协调控制系统进行具体分析。然后重点对飞轮储能系统辅助燃煤机组的二次调频过程进行研究。本文基于燃煤机组在发电过程中的工作特性,构建了锅炉系统、汽轮机系统的数学模型。同时根据永磁同步电机的工作原理,对飞轮储能充放电过程的控制策略进行了研究,并在区域电网中模拟飞轮储能系统和常规火电机组共同参与二次调频互补协调运行的过程。在MATLAB/simulink中构建仿真模型对所提出的控制策略进行验证并得出仿真结果最后在全寿命周期内对飞轮储能系统进行经济性分析,基于《两个细则》对储能系统辅助调频的收益模型进行了研究,从调节速率、调节精度和响应时间三个方面研究飞轮储能系统对于燃煤机组调频能力的提升效果。对飞轮储能系统进行成本核算和收益核算,并加以容量和功率约束,以净收益最大化构建目标方程,采用进化算法并基于某600MW机组的实时运行数据求解储能系统的最优参数配置。验证了飞轮储能辅助燃煤机组调频在全寿命周期过程中的经济性。