《基于风光柴储微电网技术的大型火力发电厂厂用电系统》
该文是电网技术和能源类有关函授毕业论文范文和火力发电厂方面论文范文集.
摘 要：通过分析微电网结构、微电网仿真以及孤网仿真等对微电网技术的实践应用进行了系统的测试,对基于风光柴储微电网技术的大型火电厂的微电网稳定运行与经济运行效益进行了探讨,希望进一步提高微电网技术在大型火力发电厂用电系统中的应用效果.
关键词：可再生能源;微电网;储能系统;能量管理文献标识码：A中图分类号：TM621
文章编号：2096-4137（2020）02-37-02DOI：10.13535/j.cnki.10-1507/n.2020.02.07
Study on the auxiliary power system of large thermal power plant based on the technology of wind and diesel microgrid
WENG Guolong1, LU Zhenhao1, ZHANG Zhebo2
（1. Zhejiang Zheneng Jiahua Power Generation Co., Ltd, Jiaxing 314201, China; 2. Zhejiang Zheneng Technology Research Institute Co., Ltd, Hangzhou 311121, China ）
Abstract： This paper systematically tests the practical application of microgrid technology by analyzing the microgrid structure, microgrid simulation and isolated grid simulation, discusses the stable operation and economic operation benefit of the microgrid of large thermal power plant based on the technology of wind and diesel microgrid. It is hoped to further improve the application effect of microgrid technology in large thermal power plant power system.
Keywords： renewable energy; microgrid; energy storage system; energy management
0 引言
微电网作为一种集成了分布式发电（DG）、储能系统（ESS）和负荷的中低压区域电力系统,既可以并网运行,也可以离网独立运行.微电网作为未来智能电网中一个重要的组成部分,以其灵活、高效、环保等优点,迅速发展,成为业内的研究热点.
目前,传统的火电厂因其惯量大、发电量大等特性依然占据当前电力能源的主要地位.虽然各国都提出了使用可再生能源替代传统化石燃料发电的计划,但在可预见的未来,传统的发电形式依然占据主导地位.
在能源转型的过度期,有大量的风、光等新能源发电设备建成,为电网提供了清洁环保的绿色电力,但新能源相较于传统的旋转设备发电,其惯性低,且发电量会受天气等因素的影响,具有不可控性和间歇性.高渗透率的新能源直接接入电网,会直接降低电力系统的惯性,带来潜在的风险.目前,很多新能源因本身装机规模较大、当地消纳能力不足、外送能力有限等原因而造成了大规模的弃风弃光现象.
目前,许多大型火电厂已经开始利用机组屋顶、厂房空地等空闲场地来安装光伏发电系统和风力发电系统,然后与大电网相连,按照新能源补贴和上网电价结算.但是随着新能源的补贴逐渐下降,从经济性和实用性来看,这种简单粗放型的新能源发电系统将不再具备竞争优势.而火电厂作为一个整体的电源系统,如何高效地利用厂区中的分布式能源来提供电厂运行效率和经济效益已经成为一个备受关注的研究课题.
1 微电网结构
1.1 分布式发电
在传统的发电形中,电能从上级的高压网络配送至负荷侧,是一种被动的电力网络.在微电网中,由于微电源的存在,微电网系统可以转化成主动网络,甚至在微电源供应有富余时,可以向大电网提供额外的电能.
在微电网中,发电设备是多样化的,包括传统的小型柴油机、风电光电等可再生能源.分布式发电系统的主要特点为单机容量较小,但是数量较多且分散在微电网内.
1.2 储能系统
虽然大型（电网级）储能技术仍未被攻克,但小规模的储能设备一直在发展,燃料电池、飞轮储能、超级电容器、新型化学电池等技术一直在不断发展.储能在微电网中作为重要的一部分,可以解決可再生能源波动性,协调系统电能平衡,提高能源利用效率等.微电网中的储能系统包括了各种小型的储能设备,为我们提供了更多的灵活性来管理电网中的电能.
1.3 柔性负荷
电网中的灵活性也可以通过负荷侧来提供.通常,负荷可分为生活负荷、商业负荷和工业负荷.其对的敏感度不一,用电模式也不相同.厂用电属于典型的工业负荷,其通常有较大的电力需求和较为固定的用电模式,但对电价较为敏感.
从灵活性角度来考虑,负荷又可分为柔性负荷和固定负荷.柔性负荷是指可以根据当前系统运行情况而增大或消减的负荷,而固定负荷则是指为了满足基本需要而无法削减的负荷.
1.4 基于火电厂的微电网
目前,许多电厂已经开始利用空闲的场地和风能光能来发电,通过直接将新能源并网来补贴一部分发电费用.电厂本身就是一个小型的微电网系统,加上电厂内的分布式发电系统,也可以将其看为一个微电网系统.将整个电厂视为一个微电网来管理其中的能源,可以提高设备效率,降低厂用电率,提升新能源渗透率.
本文以浙江某电厂为参考模型,构建了以火电厂为框架的微电网系统.
（1）分布式发电系统
本身电厂内已经利用空闲厂房的屋顶建造了光伏发电系统,现拟加入风机和小型柴发来构成微电网内部的微电源.
（2）储能系统
目前,储能技术可分为机械储能、电化学储能和电储能3种.不同的储能设备性能参数不同,在火电厂微电网中,微电网系统较小,储能系统只需提供削峰填谷的作用,无须参与调频等其他辅助服务,所以选择较便宜的蓄电池即可.
（3）火电厂微网拓扑图
火电厂微电网系统的拓扑结构图,厂区内有风光柴3个发电机用来带动电厂内部的辅机设备,同时微电网通过公共连接节点（PCC）与大电网相连,当微电网内电力供应不足以满足厂内用电时,仍需从大电网获取电能,当微电网内电力供应有富余时,将会存储在储能系统中.
2 微电网仿真
2.1 微电网模型搭建
在Simulink中搭建火电厂微电网模型.
2.1.1 发电机模型
各个发电机与其逆变器相连,所发电能经过逆变之后为电网供电,其输出电压为311V,频率为50Hz.采用下垂控制来控制逆变器以达到稳定电压频率,分配各电机的功率输出.其控制变量为有功输出.
2.1.2 微电网模型
微电网模型包含3个微电源、厂用电负荷,并且微电网通过公共连接节点与大电网相连,在PCC处有一个刀闸,用来模拟微电网与大电网的投切过程.
2.2 微电网控制算法
本项目采用较为成熟的下垂控制来控制孤网状态下的各个发电机,控制微电源输出的有功功率和无功功率,此方法无须各个分布式发电机之间的通信协调,较为容易实现且可靠.同时保证稳定的系统电压与频率.因下垂控制的精确度很大程度是由相角决定的,由于电压和频率的控制中都有有功和无功,PQ的耦合使得下垂控制需要较为精确的相角估计.一旦阻抗估计出现误差就会造成控制误差甚至系统不匹配,通常会配置一个二次PID控制器,通过对电压、频率等状态变量的控制信号,经过控制器调制,计算出补偿变量,再反馈到下垂控制中,可以使电压更加接近额定电压,频率更加稳定.
PQ仍耦合在一起,不方便下垂算法的实现.在实际应用中,当线路电抗远大于电阻时,下垂控制算法可以简化为：
通过逆变器所连接的母线,可以获得发电机端输出的三相电压电流,计算出发电机的实时功率,通过下垂算法的控制,给出参考电压与频率.再通过二次PI控制进行补偿修正后经过PWN调制作为控制信号输入到逆变器中,完成微电源的下垂控制.
3 火电厂微电网仿真结果
下文给出了针对两种不同运行情景的仿真结果.
3.1 孤网仿真情景
本次测试,负载一共60MW,发电机输出功率一共60MW,在1.5～2s时连接在母线7上的负载的断路器闭合,负载会增至80MW.在负载未增加时,微电网保持运行供需平衡,功率输出是按照下垂控制所给出的参考功率输出,其波动较小,功率稳定,再负载突然增大时,为了达到供需平衡,发电机会降低其自身惯量,提高功率输出,此时发电功率为80MW,不与所给出的参考功率相符,在负载切除时（2s时刻）,功率重新回到正常值.
在发电机输出与负载平衡时,系统频率基本稳定在50Hz,波动极小基本可以忽略,在负载突然增大至80MW时,系统惯量降低,频率跌至49.95Hz,当负荷回到60MW时,频率也重新恢复稳定到50Hz.
3.2 并网仿真情景
在此情景下的负载大小与孤网运行时一致,均为60MW且无波动.与大电网相连的短路器在零时刻就处于闭合状态,且在1.5s和2s时刻各动作1次,用来模拟测试并网-孤网和孤网-并网两种投切过程.
前1.5s为并网模式下微电网运行状态,在启动后大约0.2s,各发电机输出即可达到稳定,与给定的参考输出功率一致,在1.5s和2s的并网-孤网,孤网-并网投切过程中,有短时间的功率波动,随即很快恢复并与参考功率匹配.
系统频率在启动后大约0.2s后稳定在50Hz,与主网一致,在投切过程中会有一定的频率波动,其波动范围在0.6～0.8Hz左右,在0.1s内可恢复到50Hz并保持稳定.
通过下垂算法的控制与PI控制二次控制补偿修正下垂算法的误差,可以在火电厂微电网内实现较好的电压频率控制效果,并且在微电网的投切过程中,系统也能很快恢复至参考电压和频率.
4 结语
在火电厂微电网中,通过下垂算法可以保证离网、并网模式下微电网的稳定运行,并且在微电网与大电网的投切过程中电压频率的波动也可以在短时间内快速恢复.同时,通过使用厂区内的风光等新能源为厂区内负荷供电,减小了厂用电率,也降低了火电厂在改进过后的最小发电成本,实现了良好的经济效益.
作者简介：翁國龙（1973-）,男,浙江宁波人,浙江浙能嘉华发电有限公司工程师,研究方向：电力生产管理.
[1]张浙波,彭昕.微电网技术在大型火力发电厂厂用电系统的研究与应用[J].电力与能源, 2016（5）：664-668.
[2]黑田健,马郡英树,横山隆一,等.考虑电力系统低碳效益的配电网分布式发电系统最优配置方法[J].电网技术,2012,36（12）：1-10.
（责任编辑：周加转）
上文总结：上文是关于对写作火力发电厂论文范文与课题研究的大学硕士、电网技术和能源本科毕业论文电网技术和能源论文开题报告范文和相关文献综述及职称论文参考文献资料有帮助.
电网技术和能源引用文献:
[1] 电网技术和能源毕业论文怎么写 电网技术和能源类论文参考文献范文2万字
[2] 电网技术和能源毕业论文格式模板范文 电网技术和能源方面在职开题报告范文2万字
[3] 电网电大毕业论文范文 电网技术和能源方面有关硕士论文范文2000字
