電網(wǎng)應(yīng)對(duì)突發(fā)情況再添“防護(hù)盾”

國(guó)家能源局?jǐn)?shù)據(jù)顯示，2024年一季度，全國(guó)可再生能源新增裝機(jī)6367萬千瓦，同比增長(zhǎng)34%，占新增裝機(jī)的92%。截至3月底，全國(guó)可再生能源裝機(jī)達(dá)到15.85億千瓦，約占我國(guó)總裝機(jī)的52.9%，其中，風(fēng)電和光伏發(fā)電之和突破11億千瓦。

然而，風(fēng)電和光伏發(fā)電具有間歇性、隨機(jī)性和波動(dòng)性，會(huì)在一定程度上影響電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

隨著新型電力系統(tǒng)建設(shè)及“源網(wǎng)荷儲(chǔ)”一體化運(yùn)行的推進(jìn)，儲(chǔ)能電站如何發(fā)揮自身優(yōu)勢(shì)、護(hù)航電網(wǎng)安全尤為重要。近日，湖北荊門新港儲(chǔ)能電站成功實(shí)施國(guó)內(nèi)首個(gè)百兆瓦時(shí)構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能電站黑啟動(dòng)試驗(yàn)，電網(wǎng)應(yīng)對(duì)極端突發(fā)情況再添“防護(hù)盾”。

30秒恢復(fù)供電

黑啟動(dòng)是指電力系統(tǒng)由于故障停運(yùn)后，依靠系統(tǒng)內(nèi)具有自啟動(dòng)能力的機(jī)組或系統(tǒng)外電源，使整個(gè)電力系統(tǒng)恢復(fù)正常運(yùn)行。這是保證極端條件下城市電網(wǎng)安全運(yùn)行的重要手段。

新港儲(chǔ)能電站是國(guó)家能源局新型儲(chǔ)能試點(diǎn)示范項(xiàng)目，站內(nèi)有16個(gè)集裝箱大小的儲(chǔ)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(shí)，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(dòng)試驗(yàn)中，新港儲(chǔ)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(chǔ)能電站運(yùn)維人員接到指令，迅速將本站電能送往變電站幫助其啟動(dòng)，整個(gè)過程僅耗時(shí)30秒?！昂趩?dòng)過程中，24臺(tái)儲(chǔ)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?！眹?guó)網(wǎng)湖北電科院熊亮靂博士說。

此次黑啟動(dòng)不僅恢復(fù)供電速度快，供電功率大、時(shí)間長(zhǎng)，且轉(zhuǎn)換效率超過85%，優(yōu)于其他黑啟動(dòng)方式。若遭遇電網(wǎng)全停且故障恢復(fù)困難等情況，新港儲(chǔ)能電站存儲(chǔ)的電能可帶動(dòng)所在供區(qū)重要用電負(fù)荷24小時(shí)穩(wěn)定運(yùn)行，并可為新能源場(chǎng)站提供站用電源，助其恢復(fù)并網(wǎng)發(fā)電。

當(dāng)前，湖北正處梅雨季節(jié)，雷電活動(dòng)增多，具備黑啟動(dòng)功能及孤網(wǎng)運(yùn)行能力的儲(chǔ)能電站，可以在極端情況下提供更加穩(wěn)定的供電。國(guó)網(wǎng)湖北電力公司相關(guān)負(fù)責(zé)人說，本次試驗(yàn)為抗災(zāi)保供及儲(chǔ)能建設(shè)發(fā)展提供了新思路，同時(shí)證明極端情況下構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能電站擁有較好的黑啟動(dòng)功能及離網(wǎng)運(yùn)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(jì)劃建設(shè)4座規(guī)模為新港儲(chǔ)能電站兩倍的構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能電站，為當(dāng)?shù)啬酥梁眱?chǔ)備一批具有黑啟動(dòng)功能的抗災(zāi)保障電源。

攻克多個(gè)技術(shù)難題

為主動(dòng)適應(yīng)新能源快速增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)消納能力更強(qiáng)、整體運(yùn)行更優(yōu)，破解儲(chǔ)能電站黑啟動(dòng)技術(shù)難點(diǎn)尤為關(guān)鍵。

“傳統(tǒng)儲(chǔ)能電站多采用跟網(wǎng)型控制技術(shù)，需要跟蹤電網(wǎng)的實(shí)時(shí)電壓和頻率才能運(yùn)行。一旦電網(wǎng)發(fā)生波動(dòng)，跟網(wǎng)型儲(chǔ)能電站失去電網(wǎng)的實(shí)時(shí)電壓和頻率數(shù)據(jù)指引，無法工作?！眹?guó)網(wǎng)湖北電科院高級(jí)工程師游力說，構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能電站自身就能建立實(shí)時(shí)電壓和頻率，既能撐起一個(gè)小型電力系統(tǒng)，也能直連電網(wǎng)，具有較強(qiáng)的“獨(dú)立自理”能力。

這一特性也讓構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能電站具備擔(dān)當(dāng)黑啟動(dòng)火種的潛力。

此前，抽水蓄能及燃機(jī)電站常作為黑啟動(dòng)載體。傳統(tǒng)黑啟動(dòng)機(jī)組容量普遍較大，控制對(duì)象少，操作相對(duì)簡(jiǎn)便。

近年來，新型儲(chǔ)能電站加快建設(shè)，清潔高效的電池儲(chǔ)能替代傳統(tǒng)同步發(fā)電機(jī)，成為黑啟動(dòng)新載體。然而，電池儲(chǔ)能系統(tǒng)控制對(duì)象數(shù)量通常在幾十臺(tái)乃至百臺(tái)，存在電壓控制同步困難、多儲(chǔ)能變流器環(huán)流抑制等問題。

去年1月，國(guó)網(wǎng)湖北電科院組織專業(yè)技術(shù)人員成立攻關(guān)團(tuán)隊(duì)，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(chǔ)能技術(shù)，通過開展硬件在環(huán)仿真、機(jī)組測(cè)試以及整站實(shí)證，成功攻克構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能黑啟動(dòng)中的多機(jī)并聯(lián)控制以及構(gòu)網(wǎng)限流策略難題。

“難點(diǎn)在于保證各機(jī)組同時(shí)、同頻、同相位黑啟動(dòng)升壓。”游力介紹，黑啟動(dòng)多機(jī)并聯(lián)控制主要攻克了協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)毫秒級(jí)的快速通信技術(shù)，以及黑啟動(dòng)過程中的相位修正技術(shù)。構(gòu)網(wǎng)限流策略優(yōu)化可實(shí)現(xiàn)有源阻尼算法重構(gòu)，防止因啟動(dòng)線路、變壓器、電動(dòng)機(jī)等設(shè)備使儲(chǔ)能變流器短時(shí)過載，抑制儲(chǔ)能變流器諧振。這一系列創(chuàng)新提升了新型儲(chǔ)能作為黑啟動(dòng)電源的可靠性。