國家能源局數(shù)據(jù)顯示，2024年一季度，全國可再生能源新增裝機6367萬千瓦，同比增長34%，占新增裝機的92%。截至3月底，全國可再生能源裝機達到15.85億千瓦，約占我國總裝機的52.9%，其中，風電和光伏發(fā)電之和突破11億千瓦。
然而，風電和光伏發(fā)電具有間歇性、隨機性和波動性，會在一定程度上影響電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行。
隨著新型電力系統(tǒng)建設(shè)及“源網(wǎng)荷儲”一體化運行的推進，儲能電站如何發(fā)揮自身優(yōu)勢、護航電網(wǎng)安全尤為重要。近日，湖北荊門新港儲能電站成功實施國內(nèi)首個百兆瓦時構(gòu)網(wǎng)型儲能電站黑啟動試驗，電網(wǎng)應(yīng)對極端突發(fā)情況再添“防護盾”。
30秒恢復(fù)供電
黑啟動是指電力系統(tǒng)由于故障停運后，依靠系統(tǒng)內(nèi)具有自啟動能力的機組或系統(tǒng)外電源，使整個電力系統(tǒng)恢復(fù)正常運行。這是保證極端條件下城市電網(wǎng)安全運行的重要手段。
新港儲能電站是國家能源局新型儲能試點示范項目，站內(nèi)有16個集裝箱大小的儲能單元，內(nèi)裝磷酸鐵鋰電池。去年底，電站二期工程并網(wǎng)成功，總?cè)萘?0兆瓦/100兆瓦時，可滿足1.6萬余戶家庭1天的用電需求;還可以消納附近的新能源，幫助電網(wǎng)削峰填谷。
在黑啟動試驗中，新港儲能電站相鄰的高橋變電站模擬突發(fā)停電，無法向外送電。新港儲能電站運維人員接到指令，迅速將本站電能送往變電站幫助其啟動，整個過程僅耗時30秒。“黑啟動過程中，24臺儲能變流器電壓百分之百同步，系統(tǒng)頻率、電壓均可穩(wěn)定控制。”國網(wǎng)湖北電科院熊亮靂博士說。
此次黑啟動不僅恢復(fù)供電速度快，供電功率大、時間長，且轉(zhuǎn)換效率超過85%，優(yōu)于其他黑啟動方式。若遭遇電網(wǎng)全停且故障恢復(fù)困難等情況，新港儲能電站存儲的電能可帶動所在供區(qū)重要用電負荷24小時穩(wěn)定運行，并可為新能源場站提供站用電源，助其恢復(fù)并網(wǎng)發(fā)電。
當前，湖北正處梅雨季節(jié)，雷電活動增多，具備黑啟動功能及孤網(wǎng)運行能力的儲能電站，可以在極端情況下提供更加穩(wěn)定的供電。國網(wǎng)湖北電力公司相關(guān)負責人說，本次試驗為抗災(zāi)保供及儲能建設(shè)發(fā)展提供了新思路，同時證明極端情況下構(gòu)網(wǎng)型儲能電站擁有較好的黑啟動功能及離網(wǎng)運行能力。
荊門供電公司發(fā)展策劃部副主任夏曉榮說，下一步，荊門計劃建設(shè)4座規(guī)模為新港儲能電站兩倍的構(gòu)網(wǎng)型儲能電站，為當?shù)啬酥梁眱湟慌哂泻趩庸δ艿目篂?zāi)保障電源。
攻克多個技術(shù)難題
為主動適應(yīng)新能源快速增長態(tài)勢，實現(xiàn)系統(tǒng)消納能力更強、整體運行更優(yōu)，破解儲能電站黑啟動技術(shù)難點尤為關(guān)鍵。
“傳統(tǒng)儲能電站多采用跟網(wǎng)型控制技術(shù)，需要跟蹤電網(wǎng)的實時電壓和頻率才能運行。一旦電網(wǎng)發(fā)生波動，跟網(wǎng)型儲能電站失去電網(wǎng)的實時電壓和頻率數(shù)據(jù)指引，無法工作。”國網(wǎng)湖北電科院高級工程師游力說，構(gòu)網(wǎng)型儲能電站自身就能建立實時電壓和頻率，既能撐起一個小型電力系統(tǒng)，也能直連電網(wǎng)，具有較強的“獨立自理”能力。
這一特性也讓構(gòu)網(wǎng)型儲能電站具備擔當黑啟動火種的潛力。
此前，抽水蓄能及燃機電站常作為黑啟動載體。傳統(tǒng)黑啟動機組容量普遍較大，控制對象少，操作相對簡便。
近年來，新型儲能電站加快建設(shè)，清潔高效的電池儲能替代傳統(tǒng)同步發(fā)電機，成為黑啟動新載體。然而，電池儲能系統(tǒng)控制對象數(shù)量通常在幾十臺乃至百臺，存在電壓控制同步困難、多儲能變流器環(huán)流抑制等問題。
去年1月，國網(wǎng)湖北電科院組織專業(yè)技術(shù)人員成立攻關(guān)團隊，與南京南瑞繼保電氣有限公司聯(lián)合研發(fā)構(gòu)網(wǎng)型儲能技術(shù)，通過開展硬件在環(huán)仿真、機組測試以及整站實證，成功攻克構(gòu)網(wǎng)型儲能黑啟動中的多機并聯(lián)控制以及構(gòu)網(wǎng)限流策略難題。
“難點在于保證各機組同時、同頻、同相位黑啟動升壓。”游力介紹，黑啟動多機并聯(lián)控制主要攻克了協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)毫秒級的快速通信技術(shù)，以及黑啟動過程中的相位修正技術(shù)。構(gòu)網(wǎng)限流策略優(yōu)化可實現(xiàn)有源阻尼算法重構(gòu)，防止因啟動線路、變壓器、電動機等設(shè)備使儲能變流器短時過載，抑制儲能變流器諧振。這一系列創(chuàng)新提升了新型儲能作為黑啟動電源的可靠性。
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