[发明专利]一种火电储能联合调频磨损的量化方法

说明书

本发明属于电气工程领域，具体涉及一种火电储能联合调频磨损的量化方法，包括：构建火电机组‑储能联合调频模型，基于量化时段内的实际负荷数据仿真，将模型中油动机传递函数的输出量在待量化时段内积分得到该时段对应的油动机活塞与缸壁之间的磨损行程；采用磨损行程和材料损耗体积之间的计算模型，求取该调频过程中的材料损耗体积，并结合长期磨损区域表面积得到该调频过程中的缸壁内直径增加量；求解该增加量与表征油动机机缸报废的内直径增加阈值的比值，将该比值与各调频机构元件成本求乘积，实现火电机组调频磨损的量化。本发明通过研究联合调频火电机组自身的磨损降低，有效解决了储能电站辅助火电机组调频的经济性难以衡量的问题。

技术领域

本发明属于电气工程领域，更具体地，涉及一种火电储能联合调频磨损的量化方法。

背景技术

新能源机组的大规模接入给电力系统带来较大的消纳压力，新能源的出力具有波动性与随机性，容易引发电网的频率稳定问题。目前，我国的调频机组仍旧为火电机组，受到其响应偏差大、响应时间长的固有特性限制，调频性能不够理想。为了应对这一挑战，储能系统被广泛用于改善电网的电能质量。但由于储能造价成本高，其经济性难以衡量。绝大多数研究从储能系统入手，通过减少储能寿命的衰减以提升储能电站的经济性，却忽略了储能电站在降低火电机组自身调频机构磨损方面的重要作用。

由于调频过程中调速系统需要不断动作来响应外部负荷的频繁变化，长期的调频动作会对火电机组的油动机以及调节汽门造成严重磨损，从而造成元件损坏引发非计划停机。因此，为了储能电站更好地推广使用，保障电力系统的安全稳定运行，迫切需要一种从火电机组自身调频机构出发，量化火电机组元件由于调频产生磨损的方法，进而实现联合调频经济效益的量化。

发明内容

针对现有技术的缺陷和改进需求，本发明提供了一种火电储能联合调频磨损的量化方法，旨在解决当储能电站辅助火电机组进行调频时火电机组自身磨损降低的经济性难以衡量的问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种火电储能联合调频磨损的量化方法，包括：

构建火电机组-储能联合调频模型,用于在外部负荷实时功率输入下联合调整系统实时输出功率；基于量化时段内的实际负荷数据进行仿真，将模型中的油动机传递函数输出量在待量化时段内积分，计算得到该时段对应的调频过程中油动机活塞与缸壁之间的磨损行程；

采用已建立的磨损行程和材料损耗体积之间的关系，计算该调频过程中油动机缸壁造成的材料损耗体积，并结合长期磨损区域表面积得到该调频过程中摩擦导致的缸壁内直径增加量；求解该增加量与表征油动机机缸报废的内缸壁直径阈值的比值，作为经过该调频行为后油动机机缸的损耗系数，将该损耗系数与各调频机构元件成本进行乘积运算，实现各调频机构元件磨损的量化。

进一步，通过Archard磨损模型建立所述磨损行程和材料损耗体积之间的关系，则材料损耗体积式中，K表示摩擦系数，物理意义为单位负荷作用下滑动单位距离所引起的体积磨损；N为摩擦物体所受到的法向载荷；L为磨损行程；H为材料硬度。

进一步，所述直径增加量表示为：式中，V为材料损耗体积，S为长期磨损区域表面积。

进一步，所述火电机组-储能联合调频模型进行联合调整系统实时输出功率的具体方式为：

当储能电站调频仿真模型的功率发出时为正、吸收时为负，与火电机组调频仿真模型发出的功率进行加和，作为联合调频模型的实时输出功率；该输出功率与外部输入的负荷实时功率求差，作为系统实时功率缺额；该实时功率缺额经过发电机转子传递函数得到系统频率波动量；该波动量经过数据传输通道合成系统出力变化量的指令，通过联合调频仿真模型对火电机组和储能电站进行出力变化量的分配，改变系统的实时输出功率，实现联合系统实时输出功率的调节；其中，所述储能电站调频仿真模型通过采用编程方式模拟储能电站控制策略建模得到。

进一步，所述乘积运算包括：