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1、多能源互补补特性与虚拟发电拟发电 厂控 制 报报告提 纲纲 研究背景与思路 多能源互补补特性与机制 虚拟发电拟发电 厂及其控制技 术术 “弃风风”已成为为我国新能源开发发面临临的重大现实问现实问 题题 相当CO2减排当量：1700万吨 需要建立系统性的理论体系和符合我国国情的技术路径，为 实现规 模化新能源电力的安全高效利用提供整体解决方案。 弃风比例风电 装 机 风电 装机容量：75324.2MW 弃风电 量 ： 200亿千瓦时 造成经济损 失 ： 100亿元 相当标准煤当量： 652万吨 加大外送通道建设 价格机制调控 分布式接入与就地消纳 电网友好型新能源发电 技术 储能及平移负荷 对策
2、 ？ 新能源电电力规规模化开发发利用的瓶颈问题颈问题 规模化新能源电力的利用需要在随机波动的负荷需求与随机波动的电源之间 实现 能量的供需平衡。 被调度对象数量呈爆炸性增 长 可预测性、可调度性 差 装机/MW台数 6MW以上火电7521506373 风电7532437662 多种能源形式并存的混合能源时时代 我国发电发电装机容量及构成 图图 规规模化开发发利 用新能 源 的 同 时时 ， 化石能 源 在 未 来 较较 长长一段 时时 期 内 仍 将 占据主 导导 地 位 ， 因 此，合 理 、 充 分 利 用传传统统 化 石 能 源 也 是新能 源 开 发发 利 用 的内涵之一。 多能源互补
3、补是提高电电网接纳纳新能源电电力能力的有效手段 多元互补是平抑新能源电力随机波动性、提高电网接纳能力 的有效手段。发电过 程良好的可控性和先进的调控理论方法 是实现 多元互补的基本条件,提高火力发电 快速深度变负 荷能 力是我国电源构成下的必然选择 。 整体思路 风功率 波动特性 火电机组 变负 荷特 性 多源互补机理多源互补方法 虚拟发电 厂 优化调 度 多源发电过 程互补特 性 火电机组大范 围 快速变负荷 控 制，改善火 电机 组变负 荷 特性 风电机组/场群 输 出功率可调 控 制，改善风 功率 输出特性 考虑风电 不确 定 性的优化调 度 区域自治 整体协 调 统计方 法 频谱分 析
4、 报报告提 纲纲 研究背景与思路 多能源互补补特性与机制 虚拟发电拟发电 厂及其控制技 术术 多能源互补补机理 -风电输 出PSD -火电输出PSD 未补偿 区 -风电输 出 PSD -火电输出 PSD -风电输 出PSD -火电输出PSD 未补偿区 提高火电快速性 -风电输 出PSD -火电输出PSD 未补偿 区 未补偿 区一般情况抑制风电高频波 动 火电蓄 能 综合利用上述方法可进一步提高互补效果 提高火电电机组组的可调调度性是实现实现 分频频互补补控制的基 础础 低频 1 小时及以上 中频 10 秒钟至1小时 高频 10 秒钟以下 100020003000 40005000 6000 7
5、000 8000 9000 10000 时 间 /s 280 260 240 220 200 10002000 3000 4000 5000 6000 时 间 /s 7000 80009000 10000 500 400 300 200 100 0 -100 -200 10002000 3000 4000 5000 6000 7000 时间 /s 80009000 10000 -50 0 50 频 段 多 能 源 互 补 机 制 风功率长期趋势成分 /kW 风功率中短期波动成分 /kW 风功率随机波动成分 /kW 水电、燃气：我国贫油少气，资源匮 乏 储能：电能难以大量储存，成本高，效率 低
6、需要提升火电快速 变负 荷能力火电：占发电 量近80%，调节 速率慢 火电电机组组已有的可调调度性分析 ub/% 传统热 力发电 机组具备一定的可调度性。其基本原理是 利用了锅炉燃料量与汽机调门 开度的协调 控制实现 的。 锅炉燃料5%扰动汽机调门5%扰动 32 70 05001000 t/s 15002000 28 30 05001000 t/s 15002000 15 16 17 pt/MPa 05001000 t/s 15002000 1600 1700 1800 1900 D/t/h 0500100015002000 500 550 600 650 t/s Pe/MW 05001000
7、 t/s 15002000 60 65 ut/% 05001000 t/s 15002000 16 17 18 19 pt/MPa 05001000 t/s 15002000 1600 1700 1800 1900 D/t/h 05001000 t/s 15002000 500 550 600 650 Pe/MW 但受限于锅锅炉侧侧的大迟迟延大 惯惯性，仅仅利用协调协调 控制方 法 很难难大幅改善其可调调度 性。 深度发发掘火电电机组组蓄热热可提高其可调调度性 火电机组实际 上就是一个巨大的蓄能系统，金属、汽水、 风烟等都含有大量的蓄热。 锅炉侧蓄热是锅炉变工况运行 时能量的存储/ 释放过程，
8、 其总量为所有汽水工质蓄热和 金属蓄热的总和。 凝结水节流也能释放机组大量的蓄热， 某600MW除氧器水位 每降低1m，释放等效热量667MJ，可增 加发电 量185kWh。 凝结结水节节流方案可大幅提高可调调度幅度 对于600MW机组，在安全范围内，凝 结水节流大致可以释放1500MJ的蓄 热，变负 荷时间 常数为10-20s。 020406080100 仿真时间(s) 120140160180200 673 674 675 676 677 678 679 680 681 682 机组负荷 (MW) 020406080100 仿真时间(s) 120140160180200 673 676 6
9、75.5 675 674.5 674 673.5 676.5 机组负荷 (MW) 020406080100 仿真时间(s) 120140160180200 650 695 690 685 680 675 670 665 660 655 机组负荷 (MW) 凝结水节流方案 背压调压调 整方案可提高其可调调度速率 机组在一定的汽轮机负荷下运 行时，背压对 机组正向出力的 影 响 深 度 可 达 其 实 际 负 荷 的 1.1%-5.4%，对机组负 向出力 的影响深度可达8.8%-14.2%。 因此，利用真空辅助调节 机组 功率具有一定潜力。 运行方式：1）最佳背压系 统，提高机组经济 性；2） 辅
10、助变负 荷控制，提高机 组 变负 荷能力。 供热热机组组的蝶阀阀控制可大幅提高其可调调度能力 300MW供热机组的实际负荷上 升 速率可达26MW/分钟，为额 定负 荷的8.6%/分钟。 历时15秒 供热机组热网管道及工质拥有巨大的蓄热容量，改变机组供热抽汽量能够快速影响机组发电 负 荷。但存在供热负荷与发电负 荷互相耦合及安全运行范围随工况变化等问题。将供热抽汽碟阀 作为机 组负荷调节手段，依据供热参数允许变化范围和机组安全运行指标，通过供热抽汽量调节 ，提升供热 机组快速变负荷能力。 CFB机组组具有可调调度范围围大的特性 循环流化床机组（CFB）具有可调范围大、适应煤种广、减排效果好等特
11、点，应 用 前景广泛。但CFB机组滞后时间可达10min-20min，是传统机组的2倍，控制难度增加 。建 立了 “即燃碳 ”在线监测 模型，使之成为表征炉膛中燃料蓄热水平的状态参量，设 计了基 于 “即燃碳 ”的 CFB机组控制系统，在世界首台 600MW超临界 CFB机组上进行了 试验 验 证，实现了 30%-100%额定负荷下的稳定运行 。 72kc ko PM (t0 ) 2 k1kks F (t0 )dc c 0 B(t) B(t )B B(t )T ( dB(t) B(t ) dt W m1 m2 hsl m3 P 1 dt Q 热量，hsl 出口焓，P 1 调节级 压力 dQ 即
12、燃碳在线监测线监测 模 型 给给水控 制 给给煤控 制 F m1 G负荷指令 m2 d(Q 目标所需热量 Q当前动态热 量)dt 速率 5000KW/min 速率 6000KW/min 600MW超临界CFB机组变负 荷运行曲线 （ 280MW-600MW） 报报告提 纲纲 研究背景与思路 多能源互补补特性与机制 虚拟发电拟发电 厂及其控制技 术术 虚拟发电拟发电 厂概念 虚拟发电 厂技术（VPP， Virtual Power Plant），是将电 源、可控负荷和储能系统有机结 合，通过虚拟电 厂的控制中心， 合并作为一个特别的电厂参与电 网运行。 在虚拟电 厂中，每一部分均 与控制中心相连，
13、通过智能电网 的双向信息传送，进行统一调度 协调 机端潮流、受端负荷以及储 能系统，以达到降低发电损 耗、 减少温室气体排放、优化资源利 用、降低电网峰值负 荷和提高供 电可靠性的目的。 虚拟发电拟发电 厂的调调度结结构 调调度指令的分解 10002000300040005000 时间 /s 600070008000900010000 280 260 240 220 200 风功率随机波动成分风/k功W率中短期波动成分 /kW 风功率长期趋势成分 /kW 10002000300040005000 时间 /s 600070008000900010000 -50 0 50 100020003000
14、40005000600070008000900010000 500 400 300 200 100 0 -100 -200 时 间 /s 机组负 荷跟踪指令 机组变负 荷调节 指 令 储能控制指令 风电风电 机组组的场场群控制使风电风电 功率跟踪负负荷指 令 目标标函数： min aM bN min(a nTnT Xi b | Xi Xi|) j i1 j1i1 j1 jj 1 运行相对损对损 耗指标标 M X i 启停相对损对损 耗指标标 N | Xi Xi| i 1 j1 功率平衡约约束 Pmin Pi Pmax ij predict ij iji Pxj Ppredict X j i 1
15、 i n 风风功率预测约预测约 束 负负荷调调度约约 束 nT i 1 j 1 j nT j j1 nT Pi P i1 j1 P 火电电机组组的功率控制 厂级负 荷优化分配方案 综合考虑每台机组的变负 荷性能、煤耗、非连续 区间等因素，通过快速、智能 计 算，获得每台机组负 荷指令的全局最优解，实现 厂级负 荷优化分配，在经济节 能 的基础 上最大限度地综合利用每台机组的可调负荷，提高电源对电网调度的响应速度 与能力。 目标标函数 min F Fi fi (P i ) i1 i 1 nn n Pi Pfuture i1 负负荷平衡约约束： 机组负组负 荷上下限约约束： P i,min Pi P i,max 煤耗指 标标 快速性指标标 min T P P ii,now /V T 2 ideali Tideal Pfuture P now / Vi i1 n 虚拟发电拟发电 厂关键键技术术
