发电侧储能技术应用
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惯量支撑
阻尼能力
同步机
虚拟同步机
原动机
等效
原动机、发电 等效 机转动惯性
新能源 储能系统
机电能量
等效
转换过程
变流器
J
d dt
TT me
D
0
同步机转子机械方程
虚拟同步机
直
流
储能系统
具有同步机内 部机理和外部 特性的变流器
交 流
虚拟同步机拓扑结构 J：使VSG在功率和频率扰动时具有惯性
D: 使VSG具备阻尼电网功率振荡的能力
发电侧储能技术应用
内容
1
发电侧储能应用
2
储能关键技术
3
储能应用前景
2
1. 发电侧储能应用
支撑新能源 火电机组调峰调频 独立参与辅助服务
平滑出力波动 跟踪计划出力
减少弃电 AGC调频 灵活性改造 (深度调峰)
调峰调频 无功支撑
黑启动
风电出力
风-储联合出力
储能出力
AGC指令 机组出力 火-储联合出力
系统稳定性 系统响应速度 系统效率
新能源 功率预测 火电机组
出力
能量管理系统
电网调度指令
储能功率预测
储能功率分配
PCS
BMS
电池组
11
2.2 储能关键技术-电储能
l 多机并联-V/F控制 （减少变压器投资）
并网点电压前馈
串联电抗
虚拟阻抗
功率转换系统PCS
l 虚拟同步机VSG（提供电网支撑）
一次调频 （下垂控制）
17
2.3 储能关键技术-压缩空气储能
• 系统特点： 外部蓄热，多级回热，无补燃
带蓄热的非补燃式压缩空气储能系统计算界面
• 输入参数： 压缩机的压缩级数，各级的参数，压缩机的排气量，转化效率，透平的 膨胀级数，各级的参数，透平的排气量，转化效率、储气系统，蓄热介质、蓄热设 备的相关参数
• 输出结果： 压缩与膨胀的时间，耗功，外部蓄热量，系统效率等
B sin
ij
2.电源有功无功出力U j限G制ij si:n ij
B cos
ij
ij
P
g min
Pg Pg max
3.储能容量限制:
E
cmin
Ec
Ec max
4.线路传输容量限制:
P P line
line max
约束： 1.系统功率平衡及旋转备用约束：
Pg
Pc
P L
Pg
Pc
PP
2.机组有功功率限L 制rb：
Pg min
P g
P
g max
3.储E 能容量E 限E制:
c min
c
c max
4.机组、储能爬坡率限制
8
2.1 储能关键技术-储能规划
外电网接口
电交换
分布式机组
电储能
•终端供给侧储能规划
电负荷
余热锅炉
热交换
电制冷
热负荷
蓄热罐
制冷机 电
冷交换
热
蓄冷器
冷
冷负荷
9
2.1 储能关键技术-储能规划
•终端供给侧储能规划
3
2. 储能关键技术
电网
Biblioteka Baidu
项目
安 全 经 济 调 度
暂 态 稳 定 性
充 裕 度 评 估
储 能 规 划
系
储
统
能
集
控
成
制
经 济 性 评 估
4
2.1 储能关键技术-储能规划
单站规划
储能系统规划及容量配置
以经济性最优为目标 以应用场景技术要求为约束
单站配置
新能源平滑出力
移动平滑法、低通滤波法
跟踪计划出力
12
2.2 储能关键技术-电储能
l 电池的一致性筛选 l BMS Ø SOC、SOH的准确性 Ø 电池监测与均衡 Ø 并联：四只、八只，运行后充放电电 压
差 异（限制充放电电压范围）。 Ø 电池串均衡：主动、被动均衡。 Ø PACK、集装箱热管理
电池及BMS
13
2.3 储能关键技术-压缩空气储能
l 压缩空气储能（CAES）：将高压空气密封在报废的矿井、沉降的海底、 储气罐、山洞、盐穴或新建储气井中，在电网负荷高峰期将压缩空气释 放以推动汽轮机发电。
14
2.3 储能关键技术-压缩空气储能
15
2.3 储能关键技术-压缩空气储能
l 建立系统参数和热经济指标的计算模型，编制软件实现三种典型 储能的整体系统热效率，设备热力学参数，如压缩机系统压缩时 间，压缩耗电量，透平系统膨胀时间，发电量，以及热量回收等 系统关键参数的定量计算。
19
2.4 储能关键技术-制氢储氢
可再生能源
不稳定出力
电力
能量转换
能源网格
16
2.3 储能关键技术-压缩空气储能
• 系统特点： 多级回热，无补燃，无外部蓄热
多级回热非补燃式压缩空气储能系统计算界面
• 输入参数： 压缩机的压缩级数，各级的参数，压缩机的排气量，转化效率，透平的 膨胀级数，各级的参数，透平的排气量，转化效率、储气系统参数等信息
• 输出结果： 压缩（70%）与膨胀的时间，耗功，系统效率等
W=
Fa F
a
w
FF
S Fs
b
F
b
s
N=Fn c Fc
10
2.2 储能关键技术-电储能
总体要求 l 根据应用场景的功率预测:
AGC受控、平抑波动、并网/离网切换运行 l 功率分配 Ø 锂电、铅碳等不同电池特性， Ø 不同场景的功率、充放电电流分配 Ø 电池不同状态的功率分配 Ø 电池状态变化后EMS的功率分配改进 l 应急控制与黑启动 l 稳定快速调控 l 安全分区
决策量：发电机组运行状态、 储能运行状态
储能配置 运行成本
7
2.1 储能关键技术-储能规划
全网规划—双层决策法
外层优化
目标：系统投资和运行总成本最低
内层优化
目标：系统运行总成本最低
约束：
1.潮流和节点电压约束:
Pgi Pni Pci PLi U i
j ij
ij
ij
Qgi Qni QLi U i
U G cos
2.机组输出功率限制：
Pg g min
Pg c
PL g max
3.机组爬坡约束：
Pg ,h Pg ,h 1
P
4.联络线功率潮流约束： P P
line
line max
6
2.1 储能关键技术-储能规划
全网规划—双层决策法
外层优化
内层优化
优化目标：经济性最优
优化目标：运行成本最低
决策量：储能配置地点、 容量、功率等
历史功率预测与实际出力
减少新能源弃电 火电机组调频
调峰、提高限制功率并确定时长
考虑爬坡率、AGC时长、3%P 15min
5
2.1 储能关键技术-储能规划
目标：系统发电（运行）成本最低
FG h
min
F Pg , Ig
i1i1
决策：机组启停状态、功率，储能装设位置
全网规划—经济调度法
约束：
1.系统功率平衡约束： P P P
18
2.3 储能关键技术-压缩空气储能
• 系统特点：多级回热，补燃 多级回热补燃式压缩空气储能系统计算界面
• 输入参数：包括压缩机的压缩级数，各级的参数，压缩机的排气量，转化效率，透 平的膨胀级数，各级的参数，透平的排气量，转化效率、储气系统参数，燃料和燃 烧器的相关参数
• 输出结果：压缩与膨胀的时间，耗功，发电热耗率，发电电耗率，系统效率
阻尼能力
同步机
虚拟同步机
原动机
等效
原动机、发电 等效 机转动惯性
新能源 储能系统
机电能量
等效
转换过程
变流器
J
d dt
TT me
D
0
同步机转子机械方程
虚拟同步机
直
流
储能系统
具有同步机内 部机理和外部 特性的变流器
交 流
虚拟同步机拓扑结构 J：使VSG在功率和频率扰动时具有惯性
D: 使VSG具备阻尼电网功率振荡的能力
发电侧储能技术应用
内容
1
发电侧储能应用
2
储能关键技术
3
储能应用前景
2
1. 发电侧储能应用
支撑新能源 火电机组调峰调频 独立参与辅助服务
平滑出力波动 跟踪计划出力
减少弃电 AGC调频 灵活性改造 (深度调峰)
调峰调频 无功支撑
黑启动
风电出力
风-储联合出力
储能出力
AGC指令 机组出力 火-储联合出力
系统稳定性 系统响应速度 系统效率
新能源 功率预测 火电机组
出力
能量管理系统
电网调度指令
储能功率预测
储能功率分配
PCS
BMS
电池组
11
2.2 储能关键技术-电储能
l 多机并联-V/F控制 （减少变压器投资）
并网点电压前馈
串联电抗
虚拟阻抗
功率转换系统PCS
l 虚拟同步机VSG（提供电网支撑）
一次调频 （下垂控制）
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2.3 储能关键技术-压缩空气储能
• 系统特点： 外部蓄热，多级回热，无补燃
带蓄热的非补燃式压缩空气储能系统计算界面
• 输入参数： 压缩机的压缩级数，各级的参数，压缩机的排气量，转化效率，透平的 膨胀级数，各级的参数，透平的排气量，转化效率、储气系统，蓄热介质、蓄热设 备的相关参数
• 输出结果： 压缩与膨胀的时间，耗功，外部蓄热量，系统效率等
B sin
ij
2.电源有功无功出力U j限G制ij si:n ij
B cos
ij
ij
P
g min
Pg Pg max
3.储能容量限制:
E
cmin
Ec
Ec max
4.线路传输容量限制:
P P line
line max
约束： 1.系统功率平衡及旋转备用约束：
Pg
Pc
P L
Pg
Pc
PP
2.机组有功功率限L 制rb：
Pg min
P g
P
g max
3.储E 能容量E 限E制:
c min
c
c max
4.机组、储能爬坡率限制
8
2.1 储能关键技术-储能规划
外电网接口
电交换
分布式机组
电储能
•终端供给侧储能规划
电负荷
余热锅炉
热交换
电制冷
热负荷
蓄热罐
制冷机 电
冷交换
热
蓄冷器
冷
冷负荷
9
2.1 储能关键技术-储能规划
•终端供给侧储能规划
3
2. 储能关键技术
电网
Biblioteka Baidu
项目
安 全 经 济 调 度
暂 态 稳 定 性
充 裕 度 评 估
储 能 规 划
系
储
统
能
集
控
成
制
经 济 性 评 估
4
2.1 储能关键技术-储能规划
单站规划
储能系统规划及容量配置
以经济性最优为目标 以应用场景技术要求为约束
单站配置
新能源平滑出力
移动平滑法、低通滤波法
跟踪计划出力
12
2.2 储能关键技术-电储能
l 电池的一致性筛选 l BMS Ø SOC、SOH的准确性 Ø 电池监测与均衡 Ø 并联：四只、八只，运行后充放电电 压
差 异（限制充放电电压范围）。 Ø 电池串均衡：主动、被动均衡。 Ø PACK、集装箱热管理
电池及BMS
13
2.3 储能关键技术-压缩空气储能
l 压缩空气储能（CAES）：将高压空气密封在报废的矿井、沉降的海底、 储气罐、山洞、盐穴或新建储气井中，在电网负荷高峰期将压缩空气释 放以推动汽轮机发电。
14
2.3 储能关键技术-压缩空气储能
15
2.3 储能关键技术-压缩空气储能
l 建立系统参数和热经济指标的计算模型，编制软件实现三种典型 储能的整体系统热效率，设备热力学参数，如压缩机系统压缩时 间，压缩耗电量，透平系统膨胀时间，发电量，以及热量回收等 系统关键参数的定量计算。
19
2.4 储能关键技术-制氢储氢
可再生能源
不稳定出力
电力
能量转换
能源网格
16
2.3 储能关键技术-压缩空气储能
• 系统特点： 多级回热，无补燃，无外部蓄热
多级回热非补燃式压缩空气储能系统计算界面
• 输入参数： 压缩机的压缩级数，各级的参数，压缩机的排气量，转化效率，透平的 膨胀级数，各级的参数，透平的排气量，转化效率、储气系统参数等信息
• 输出结果： 压缩（70%）与膨胀的时间，耗功，系统效率等
W=
Fa F
a
w
FF
S Fs
b
F
b
s
N=Fn c Fc
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2.2 储能关键技术-电储能
总体要求 l 根据应用场景的功率预测:
AGC受控、平抑波动、并网/离网切换运行 l 功率分配 Ø 锂电、铅碳等不同电池特性， Ø 不同场景的功率、充放电电流分配 Ø 电池不同状态的功率分配 Ø 电池状态变化后EMS的功率分配改进 l 应急控制与黑启动 l 稳定快速调控 l 安全分区
决策量：发电机组运行状态、 储能运行状态
储能配置 运行成本
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2.1 储能关键技术-储能规划
全网规划—双层决策法
外层优化
目标：系统投资和运行总成本最低
内层优化
目标：系统运行总成本最低
约束：
1.潮流和节点电压约束:
Pgi Pni Pci PLi U i
j ij
ij
ij
Qgi Qni QLi U i
U G cos
2.机组输出功率限制：
Pg g min
Pg c
PL g max
3.机组爬坡约束：
Pg ,h Pg ,h 1
P
4.联络线功率潮流约束： P P
line
line max
6
2.1 储能关键技术-储能规划
全网规划—双层决策法
外层优化
内层优化
优化目标：经济性最优
优化目标：运行成本最低
决策量：储能配置地点、 容量、功率等
历史功率预测与实际出力
减少新能源弃电 火电机组调频
调峰、提高限制功率并确定时长
考虑爬坡率、AGC时长、3%P 15min
5
2.1 储能关键技术-储能规划
目标：系统发电（运行）成本最低
FG h
min
F Pg , Ig
i1i1
决策：机组启停状态、功率，储能装设位置
全网规划—经济调度法
约束：
1.系统功率平衡约束： P P P
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2.3 储能关键技术-压缩空气储能
• 系统特点：多级回热，补燃 多级回热补燃式压缩空气储能系统计算界面
• 输入参数：包括压缩机的压缩级数，各级的参数，压缩机的排气量，转化效率，透 平的膨胀级数，各级的参数，透平的排气量，转化效率、储气系统参数，燃料和燃 烧器的相关参数
• 输出结果：压缩与膨胀的时间，耗功，发电热耗率，发电电耗率，系统效率