本發(fā)明屬于電網(wǎng)，具體涉及一種基于飛輪儲(chǔ)能技術(shù)電網(wǎng)調(diào)頻系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

1、隨著可再生能源機(jī)組的大規(guī)模并網(wǎng)，為了適應(yīng)頻繁的負(fù)荷波動(dòng)以及可再生能源的出力波動(dòng)，火電機(jī)組需要短時(shí)快速升降負(fù)荷，頻繁地提供調(diào)頻服務(wù)將會(huì)造成機(jī)組設(shè)備磨損，嚴(yán)重?fù)p壞設(shè)備使用壽命，增加機(jī)組檢修頻率與非計(jì)劃停運(yùn)時(shí)長(zhǎng)，對(duì)火電機(jī)組運(yùn)營(yíng)商造成經(jīng)濟(jì)損失并影響電力系統(tǒng)的電能質(zhì)量。近年來(lái)，新型儲(chǔ)能技術(shù)在使用壽命與可靠性方面有了新的突破，儲(chǔ)能電源因其優(yōu)良的響應(yīng)特性作為一種新型調(diào)頻電源在電力系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。相比于火電機(jī)組，儲(chǔ)能電源的響應(yīng)時(shí)間大幅縮減，同時(shí)，儲(chǔ)能電源的爬坡速度較快，出力曲線可以近乎重合地跟蹤指令曲線，彌補(bǔ)了火電機(jī)組在爬坡限制方面的劣勢(shì)。

2、因此，配置儲(chǔ)能電站輔助火電機(jī)組調(diào)頻可以有效地抑制在大規(guī)模新能源并網(wǎng)情況下引發(fā)的頻率波動(dòng)，降低系統(tǒng)頻率對(duì)火電機(jī)組的依賴(lài)，有效減少火電機(jī)組設(shè)備的磨損及故障發(fā)生率，提升電網(wǎng)的電能質(zhì)量。然而，當(dāng)前儲(chǔ)能電站的造價(jià)成本較高，且儲(chǔ)能裝置的充放電循環(huán)次數(shù)有限，配置儲(chǔ)能電站輔助火電機(jī)組調(diào)頻后，儲(chǔ)能電站的每次出力都會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的壽命損失成本。

3、因此，有必要提出一種基于飛輪儲(chǔ)能技術(shù)電網(wǎng)調(diào)頻系統(tǒng)及方法，以至少部分地解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題。

4、本背景技術(shù)所公開(kāi)的上述信息僅僅用于增加對(duì)本發(fā)明背景技術(shù)的理解，因此，其可能包括不構(gòu)成本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的現(xiàn)有技術(shù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種基于飛輪儲(chǔ)能技術(shù)電網(wǎng)調(diào)頻系統(tǒng)及方法，以解決上述背景技術(shù)中提出的問(wèn)題。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

3、一種基于飛輪儲(chǔ)能技術(shù)電網(wǎng)調(diào)頻系統(tǒng)，包括：能量?jī)?chǔ)存模塊、同步控制模塊、數(shù)據(jù)管理模塊、調(diào)度執(zhí)行模塊、功率控制模塊、通信連接模塊、監(jiān)控診斷模塊、評(píng)估優(yōu)化模塊，所述能量?jī)?chǔ)存模塊負(fù)責(zé)飛輪儲(chǔ)能的充放電控制以及管理飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)，所述同步控制模塊用于確保飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)與電網(wǎng)的頻率同步，并與現(xiàn)有的發(fā)電機(jī)同步運(yùn)行，所述數(shù)據(jù)管理模塊負(fù)責(zé)收集和處理電網(wǎng)、飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)，優(yōu)化調(diào)度策略，所述調(diào)度執(zhí)行模塊根據(jù)監(jiān)控中心生成的指令調(diào)整飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)的充放電策略，保持電網(wǎng)頻率穩(wěn)定，所述功率控制模塊根據(jù)電網(wǎng)頻率變化調(diào)整發(fā)電機(jī)或負(fù)荷的功率數(shù)據(jù)，以使電網(wǎng)頻率回歸到設(shè)定值，所述通信連接模塊負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)與飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)、監(jiān)控中心或操作員的通信，傳輸頻率測(cè)量數(shù)據(jù)、狀態(tài)信息和控制指令，所述監(jiān)控診斷模塊用于實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，識(shí)別并響應(yīng)系統(tǒng)故障，所述評(píng)估優(yōu)化模塊利用歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和優(yōu)化能量轉(zhuǎn)換效率以及調(diào)度策略，減少能量損耗。

4、優(yōu)選的，所述數(shù)據(jù)管理模塊通過(guò)監(jiān)控中心獲取實(shí)時(shí)測(cè)量的電網(wǎng)頻率，使用卡爾曼濾波減少數(shù)據(jù)中的噪音，根據(jù)頻率測(cè)量結(jié)果計(jì)算出需要調(diào)整的頻率偏差，使用監(jiān)督學(xué)習(xí)算法進(jìn)行負(fù)荷預(yù)測(cè)，然后基于頻率偏差和預(yù)測(cè)結(jié)果動(dòng)態(tài)規(guī)劃飛輪能量釋放策略，并生成相應(yīng)的控制指令。

5、優(yōu)選的，所述能量?jī)?chǔ)存模塊采用pid控制器對(duì)飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)的充放電進(jìn)行控制，使用ems管理飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，基于歷史數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)反饋進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘和分析，以優(yōu)化飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)的運(yùn)行策略和管理決策，集成遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)收集飛輪的運(yùn)行數(shù)據(jù)，并通過(guò)通信連接模塊與監(jiān)控中心實(shí)現(xiàn)信息交互。

6、優(yōu)選的，所述功率控制模塊利用電網(wǎng)頻率的動(dòng)態(tài)模型預(yù)測(cè)未來(lái)的頻率變化，優(yōu)化發(fā)電機(jī)或負(fù)荷的功率調(diào)整策略，結(jié)合通信連接模塊與電網(wǎng)其他部件或系統(tǒng)進(jìn)行通信和協(xié)調(diào)，確保功率調(diào)節(jié)的一致性和協(xié)作性，定期進(jìn)行模型優(yōu)化和性能評(píng)估，以確保在不同負(fù)荷和環(huán)境條件下的有效性和穩(wěn)定性。

7、優(yōu)選的，所述調(diào)度執(zhí)行模塊根據(jù)指令解析結(jié)果結(jié)合同步控制模塊實(shí)現(xiàn)能量?jī)?chǔ)存模塊與功率控制模塊的協(xié)同控制，根據(jù)模型預(yù)測(cè)結(jié)果在指令更新時(shí)自動(dòng)化進(jìn)行充放電策略優(yōu)化，詳細(xì)記錄每次充放電行為和頻率控制的效果，并生成相應(yīng)的報(bào)告以供分析和改進(jìn)。

8、優(yōu)選的，所述監(jiān)控診斷模塊使用apache?flink對(duì)傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理和分析，根據(jù)模型預(yù)測(cè)結(jié)果提前采取措施來(lái)避免系統(tǒng)故障或性能下降，建立應(yīng)急響應(yīng)體系并實(shí)施必要的保護(hù)措施，防止電網(wǎng)頻率過(guò)高或過(guò)低引發(fā)設(shè)備損壞或電網(wǎng)崩潰。

9、優(yōu)選的，所述評(píng)估優(yōu)化模塊采用數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的優(yōu)化和經(jīng)濟(jì)性分析以調(diào)整能量轉(zhuǎn)換策略，基于預(yù)測(cè)的電網(wǎng)負(fù)載需求，動(dòng)態(tài)調(diào)整飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)的能量存儲(chǔ)和釋放策略，以最大化能量利用效率。

10、火電機(jī)組的調(diào)頻總成本如下所示：

11、cther＝cgl+coil+cfg+czz+cmo+cud

12、式中，cther表示火電機(jī)組的調(diào)頻總成本，cgl表示調(diào)頻鍋爐損耗成本，cfg表示閥桿損耗成本，coil表示油動(dòng)機(jī)損耗成本，czz表示調(diào)頻汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子損耗成本，cmo表示檢修運(yùn)維成本，cud表示非計(jì)劃停運(yùn)成本；

13、飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)輔助火電廠調(diào)頻總成本損耗如下所示：

14、cther_b＝cgl+coil+cfg+czz+cmo+cud+cb

15、式中，cther_b表示火電儲(chǔ)能聯(lián)合調(diào)頻成本損耗，cb表示飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)壽命退化成本；

16、聯(lián)合調(diào)頻獲得的經(jīng)濟(jì)收益為儲(chǔ)能輔助調(diào)頻所降低的系統(tǒng)總調(diào)頻成本，如下所述：

17、cbenefit＝cther-cther_b

18、式中，cbenefit表示聯(lián)合調(diào)頻的經(jīng)濟(jì)收益。

19、優(yōu)選的，所述系統(tǒng)還包括用戶界面模塊、輔助系統(tǒng)，所述用戶界面模塊提供操作員對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控和控制的界面，顯示電網(wǎng)與飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)的關(guān)鍵信息，所述輔助系統(tǒng)對(duì)飛輪進(jìn)行散熱管理，維持設(shè)備溫度在安全范圍內(nèi)，并且確保系統(tǒng)在運(yùn)行故障或突發(fā)事件時(shí)繼續(xù)運(yùn)行。

20、一種基于飛輪儲(chǔ)能技術(shù)電網(wǎng)調(diào)頻系統(tǒng)，包括：

21、步驟一、建立考核指標(biāo)模型確定潛在的儲(chǔ)能容量需求，從而進(jìn)行飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)的容量配置；

22、步驟二、通過(guò)對(duì)負(fù)荷特性的觀察和分析，結(jié)合模擬計(jì)算、仿真分析來(lái)確定最佳的儲(chǔ)能容量；

23、步驟三、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電網(wǎng)頻率的變化，一旦檢測(cè)到電網(wǎng)頻率的變化，飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)即會(huì)響應(yīng)；

24、步驟四、通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行嚴(yán)格的控制，以確保響應(yīng)速度快、穩(wěn)定可靠；

25、步驟五、利用飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)在發(fā)電設(shè)備響應(yīng)速度較慢或無(wú)法滿足快速頻率調(diào)整需求時(shí)提供支持。

26、優(yōu)選的，所述在步驟二中，通過(guò)對(duì)飛輪儲(chǔ)能造價(jià)、運(yùn)行成本、系統(tǒng)效益因素的綜合分析，來(lái)確定儲(chǔ)能容量配置的成本及收益情況，在步驟三中，當(dāng)電網(wǎng)頻率低于標(biāo)準(zhǔn)頻率時(shí)，飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)會(huì)吸收額外的電能，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為儲(chǔ)能狀態(tài)，將動(dòng)能存儲(chǔ)起來(lái)；當(dāng)電網(wǎng)頻率高于標(biāo)準(zhǔn)頻率時(shí)，飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)會(huì)釋放存儲(chǔ)的機(jī)械能，將其轉(zhuǎn)換為電能并注入電網(wǎng)中，以幫助維持穩(wěn)定的頻率。

27、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

28、本發(fā)明實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電網(wǎng)頻率，確保電網(wǎng)頻率在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)穩(wěn)定，使用飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)輔助電網(wǎng)調(diào)頻，靈活調(diào)節(jié)輸出功率，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)頻率的準(zhǔn)確控制和調(diào)節(jié)，結(jié)合經(jīng)濟(jì)性分析動(dòng)態(tài)調(diào)整能量轉(zhuǎn)換策略，降低電力系統(tǒng)的運(yùn)行成本，減少發(fā)電機(jī)組的頻繁啟停和調(diào)整，能夠快速響應(yīng)電網(wǎng)負(fù)荷變化，并且通過(guò)模型預(yù)測(cè)未來(lái)頻率變化，減少電網(wǎng)因頻率波動(dòng)或負(fù)荷不平衡而引起的停電風(fēng)險(xiǎn)。

29、上述概述僅僅是為了說(shuō)明書(shū)的目的，并不意圖以任何方式進(jìn)行限制。除上述描述的示意性的方面、實(shí)施方式和特征之外，通過(guò)參考附圖和以下的詳細(xì)描述，本發(fā)明進(jìn)一步的方面、實(shí)施方式和特征將會(huì)是容易明白的。