PDF《补偿风电扰动的供热机组快速变负荷控制方法》

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1 补偿风电扰动的供热机组快速变负荷控制方法 刘鑫屏1 ,田亮1,

2 ,王琪1 ( 1. 华北电力大学控制与计算机工程学院,河北省保定市

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0 3;

2. 新能源电力系统国家重点实验室,华北电力大学,北京市

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0 6 ) 摘要:电网消纳扰动性风电的能力是制约风电发展的瓶颈.传统火电机组负荷响应速率较低难以 完成这一要求.供热机组热网中大量管道、 换热器、 散热器具有很大的蓄热能力, 可以在短时间内 利用其蓄热提高其负荷响应能力.在实验验证这一思路的基础上, 通过对自动发电控制( AG C) 负 荷指令进行非线性多尺度分解, 构造了供热机组负荷指令, 针对典型供热机组简化非线性动态模 型, 设计了一种机组优化控制系统方案, 可以在不影响热用户的前提下, 充分利用供热热网蓄热, 大 幅度提高机组负荷响应速率, 补偿风电随机性扰动. 关键词:风电并网;

供热机组;

调峰;

调频;

蓄热;

优化控制 收稿日期:

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修回日期:

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2 8. 国家重点基础研究发展计划(973计划)资 助项目(2012CB215203);

中央 高校基本科研业务费专项资金资助项目(

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0 引言 随着风电等间歇性能源的大规模并网, 大容量 储能技术的瞬时及精确负荷控制能力是目前的研究 热点[

1 - 3] .储能技术成为坚强智能电网发展的重要 科研问题.按照服务对象, 储能整体上可以划分为 两大类.一类是侧重满足电网调峰、 调频要求, 用以 应对日渐复杂多变的用电负荷需求和新能源大量并 网后不稳定的发电负荷对电网造成的冲击, 这类储 能要求有大的能量存储量, 如抽水蓄能电站、 燃气轮 机电站、 大规模的压缩空气储能电站及蓄电池电站 等[

4 - 6] ;

另一类是侧重满足用户直接用电需要, 用以 提高用电可靠性、 降低污染或使用成本、 提高系统性 能, 这类储能要求的能量存储量相对较小, 但对体积 及可靠性等有特殊要求, 如不间断电源、 电动汽车中 使用的飞轮储能、 蓄电池及燃料电池储能、 超级电容 储能等.本文涉及的储能问题属于前一类. 火力发电在中国电源结构中仍将占据较大比 重.火电机组发电负荷―压力对象具 有大惯性、 大 迟延特性, 为提高机组负荷响应速率来满足电网要 求, 需要充分合理利用机组储能, 火电机组的储能在 参与自动 发电控制(AG C) 调节中发挥重要作用. 研究发现, 热力系统中的 储能 是同 储物 密不可 分的, 即能量是携带于物质中的, 需要存 储多少能 量, 就需要存储与之相对应容量的工质.火电机组 本质上是完成燃料化学能向电能的转换过程, 在这 一转换过程的各个环节中实际上都或多或少有能量 存储[ 7] .目前协调控制系统设计方案中, 炉跟机方 案正是利用了水冷壁、 汽包、 过热器等汽水管道的蓄 热( 即锅炉蓄热) 以提高机组负荷响应速率, 但是会 引起汽轮机前压力的波动而影响机组安全经济运 行.另外凝结水节流方案也是利用凝结水水箱和除 氧器水箱提供的工质存储能力, 暂时利用了原本用 于回热系统中通过加热给水的能量提高机组负荷响 应速率的方法, 但是此方法节流速度较慢且受除氧 器水箱水位和凝汽器水箱水位限制, 有效利用时间 较短[ 8] . 中国北方地区, 供热机组占总发电机组装机容 量的3 5%以上, 其中绝大部分为抽汽式供热机组. 冬季供暖期内, 供热机组为一定区域内的热用户提 供热源.供热热网内包含大量管道、 换热器、 散热器 等设备, 具有很大的热惯性.实验表明, 热源端供热 量在十几到几十分钟的时间尺度内波动时, 不会对 用户端造成可察觉的影响.供热机组在供热工况 下, 有大量储能可以利用.