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電網側儲能電站技術與控制技術

作者:中國儲能網新聞中心 來源:北極星儲能網 發布時間:2018-10-27 瀏覽:
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中國儲能網訊:2018年10月26日,在北京西國貿大酒店的2018中國分布式儲能峰會上,中國電力科學院新能源所儲能應用技術研究室業務主管王德順老師帶來“電網側儲能電站技術與控制技術”的綜述。

中國電力科學院新能源所儲能應用技術研究室業務主管王德順:

首先感謝主辦方能夠提供這個平臺,有機會跟大家在這一起分享,剛才大家都說了,2018年電網側儲能可以說給儲能行業帶來很大的模式,我想不管是江蘇的電網側儲能還是河南的電網側儲能,實際上都是在變電站或者備用間隔里面分散式接入的,我想也是分散式儲能電站的應用模式。我今天跟大家分享的內容就是“電網側儲能電站的接入機器運行控制技術”。

主要分四個部分:首先簡單介紹一下,因為上午的時候大概也介紹了一下整個電化學儲能在全球和我國范圍內的裝機情況,我們關注的是電網側儲能的一些應用,在全球范圍內,可能是在2017年底電化學儲能裝機在2.9GW左右,電化學在電網側的應用只占16%。我國在2017年底的話,電化學在電網側應用更少了,只占了3%,實際上只有2%點幾,就是南網投的寶清的儲能站,電網上的應用占我國的只有2%點幾。今年從江蘇、河南,包括前段時間湖南,已經開始完成招標,包括前兩天江蘇的二期,也已經掛了公告,可以說我國未來電化學儲能在電網側的應用,可以說今年底到明年將成為全世界范圍內發展最快,而且裝機規模最多的一個國家。

這么多的電化學電站,在電網側應用,實際上還有很多問題需要大家探討。首先,規模化的電化學儲能接入了電力系統,對電力系統的影響,包括接入來之后對電網的適應如何,包括電化學儲能接入之后如何參與我們電網的輔助服務、如何進行控制。另外,接入之后的儲能電站如何優化調度,實現小儲能、大作用,發揮更多的優勢。電化學儲能電站在電網側應用之后都哪些效果,如何去評價,我也希望通過今天這個報告跟大家做一個交流和分享。

第二部分,主要想介紹一下電化學儲能電站接入之后對電網的一些適應能力以及電網對它的一些功率控制的要求。可以說今年電化學儲能出來幾個國標,這兩個標準出的可以說正當時,因為今年2月份正式執行,包括可能我們中國電科院后面也會對這兩個標準進行培訓和宣貫,當時對儲能電站的接入情況,包括運行的控制規范,都出了很多,最終后面會介紹到,這個標準制定也是一個發展的過程,因為定的太早可能有些參數指標定的不太接地氣,不能去指標實際的一些工程。另外,如果定的太晚的話,反而影響行業的一些規范。這兩個標準出的可以說正當時。

簡單介紹一下,第一個,電化學儲能系統接入電網技術規定。主要從電化學儲能電站到電影的適應能力,有功無功控制能力以及電能質量等,對電化學系統做了一個技術規定。另外一個標準,就是對上述功能測試的要求,具體如何測試、如何評價它,滿足上市功能,給具體指導的測試規范。大家也很關心,今年江蘇投了8個站,這些站是不是都按照相關的標準滿足要求了呢,實際目前只是做了內部的測試,這些功能都具備,但是按照國家標準的這些能力,包括電影設計能力、功率控制能力,時機還只是拿到了PCS的實驗報告,還沒有真正到電站從儲能單元、儲能整站的角度第三方去驗證它。實際驗證這個測試規范一共有13項測試內容,這里面不逐一介紹了。主要是兩個大項:第一,電網適應性能力;第二,高電壓穿越能力。這個跟新能源里邊的風電、光伏都有類似。

對電網兩說它的功率控制能力還有具體的要求,那邊可以看到功率源,對有無功無功的功率范圍,特別是無功有5%的過載能力,為后期我們儲能電站參與電網支撐的無功電壓調節業提供了一些可用的方案。另外,這個標準里邊還提到了10千伏以上的儲能電站要執行電網調度指令,響應時間2秒、調節時間3秒,這個指令定的很準,基本上有些電站超過了這些指標,有些比它少,但是這個范圍應該是比較準的,因為之前出的一些標準,有的是200毫秒、有的是20毫秒,都是針對PCS來講的,這個對電站來講有多個網絡架構、網絡通訊層級,必然有一定的延時,對整個電站來說這個指標定的我覺得還是非常合理的。

關于電網適應性里邊的頻率適應性,這個簡單過一下,電網的頻率在一定范圍波動的時候,儲能電站不應該脫離電網,應該適應電網的頻率變化、頻率波動。對電壓的適應能力,其中有一條,就是低電壓穿越能力,當電網的電壓低于一定曲線以下的時候,可以脫網,在這個曲線范圍內不應該馬上脫網,最開始是根據光伏,這里面也要求了在電網故障情況下能夠支撐電網一定時間內的支撐。高穿標準里面也要求了,實際更多的是在發電側直流閉鎖或者故障的時候,新能源電站或者有一些高電壓的問題,也要達到高穿的功能。

前面介紹就是電化學儲能電站在電網上的應用,包括通用的要求和如何測試評價它。下面我想結合第三部分內容,結合江蘇電網儲能應用的案例,結合我們參與的工作和掌握的信息,在運行控制就是調度層面跟大家做一個分析和交流。

大家都知道,在2018年的7月份,江蘇為了按迎冬度夏建了8個儲能站,分散布置、集中控制,大概8個站的情況是這樣的,最小的站只有5兆、最大的24兆,都是兩個小時的容量,所以他也是一個分布式的儲能。實際上在7月底的時候都已經投運了,可以說在迎峰度夏發揮了迎峰填谷的作用,減輕了迎峰的壓力。里面還有其他的功能,包括AGC、AVC,包括一次調頻以及源、網、荷的應急響應。下面分別介紹一下。

首先介紹一下AGC,迎峰度夏,當時做得相當于調峰的功能。AGC實際上在電網應用在二次調頻應用的時候,他把8個儲能電站作為8個控制對象,這個是河南不一樣,河南有一個儲能電站的主站,電網和主站通訊,這個是對于8個儲能電站就是8個控制對象這樣來分的。AGC的功率分配,要求儲能系統具備AGC主站的功能,能夠接發指令、并且優化分解、實現SOC儲能單元的優化和校準。調度層面來講,他對儲能電站之間還有邏輯的關系,包括AGC的請求,包括AGC是否允許控制,實現矢能以及軟壓板頭切的功能。

大家之前在8月份的時候可能很多都看得到,調度的角度來看,響應速度指標是明顯優于常規機組的,實際真正運行的時候,應該是從10月份開始,AGC的調頻功能已經投入進來,融合跟火電和燃氣機組進行實踐上的配合,響應配合儲能的優勢,我覺得也是研究的方向,江蘇電網也在這方面進行嘗試。包括目前目前AGC指令下2千多個指令不斷的調,從下載指令的周期,從下載下發儲能的功率和功率的大小,都會對電站產生一些影響,這些該如何去控制,大家都在嘗試著研究。

另外一個,AVC的功能。AVC在電化學儲能電站里邊我們知道,河南是在電網側儲能里是沒加SVG的,江蘇是加了SVG,最終用的時候目前,我們電化學儲能電站里邊本身具備無功能力,實際這個能力是怎么算的呢?有一個初步的計算,整個電站的無功能力等于電站的無功能力+PCS的無功能力,PCS上面介紹功率源的時候有1.5倍的過載能力,在任何時刻包括有功滿發的時候都可以產生這樣的能力。比如建設一個儲能電站,實際運行的時候采用的是SVG優先的策略,本身SVG這個能力基本上夠用,PCS在江蘇電網儲能電站里邊應用,對于他控制的主站太多了,比如應急響應,營銷、調度,所以把它無功能力暫時沒有起用。

還有一個功能,一次調頻。一次調頻,當然現在在西北電網,在新能源電站里邊也做了很多嘗試,包括從廠站級快速的一次調頻的反應,江蘇電網用的主要是通過PCS本身的一次調頻能力來實現的,并不是通過EMC,主要目的就是要求要快。實際上一次調頻里邊對江蘇的電網來講,江蘇作為售端電網,而且也發生過直流閉鎖的問題,實際對他轉速不等于他的死區包括他的限輔值,都會結合江蘇電網本身進行優化的一個設計,包括去嘗試,包括這些參數經過多次討論,也一直在修訂、在改,該怎樣去做更合適。

另外,有一個源、網、荷的應急響應,儲能參與應急響應,湖南也是要求具備這個功能的,江蘇首先是完成了這個功能的驗證,也就是說,源、網、荷在大區互聯安控系統里邊,當直流閉鎖的時候,當大面積有功缺額的時候,有一個快速的響應,要求在毫秒級儲能電站能夠在任何狀態實現滿功率放電,為電網提供一些有功支撐。

實際上這塊跟調度有什么關系呢?跟調度這塊有一些信息的交互,比如說這塊的功能只要部署在地調,地調是可以具備這個功能的一些源、網、荷的投入退出的軟壓板的投切功能的,包括一些狀態。

因為江蘇電網最開始做的時候也是提高功率能力不足的優化,當時我們也做了一個研究,就是說我怎么優化控制使用這個電站SOC運行范圍最小、功率最低的情況下,能夠實現功率能力不足的一個支撐的情況下,使他的SOC和運行和功率最小,我們做一些研究,就是說紅色部分實際上是必須要儲能做放電的,支撐電網供電能力的不足。在下面這個陰影部分面積都可以充電,在這里面充電的時候如何去充?充多大的功率能夠實現SOC最小呢?我們做一些研究,通過一些優化算法,最終得出一個最優。八可以看到,這個是優化的一個結果,右邊增加調度實際的曲線,跟這個基本上吻合,實際上用沒有用這個算法,基本上能夠吻合的。他是我們如何通過優化控制實現最小的運行區間解決同樣的功率提升,從而對儲能電站的優化運行,包括運行壽命都提高一些優化和提升。

黑啟動,現在有這樣一個問題,相當于要求當時有這個功能,據我了解目前黑啟動還沒有真正去嘗試,因為涉及到實驗一些調動的管理,還有技術問題引起的,包括引起的過載對PCS沖擊和限制,包括多個儲能電站里邊多個PCS的升壓或者并壓穩定的問題,這塊可能后期還需要去嘗試。

最后一塊,電網側儲能電站的評價,因為這塊我覺得也很重要,今年也出來一個標準,應該在明年2月份正式執行。他化學儲能電站包括電網電站,我們通過電網租賃的方式實現電網管理,目前江蘇來做也好或者河南來做也好,沒有真正的管理辦法。比如我們抽水蓄能80年代末就有了,他有一定的考核要求,目前來說這塊還沒有做,實際這個標準已經出來了,主要關注,一個是電量指標,一個是能效,能效大家也比較關心,目前我們運行的數據應該是從PCS在達到88%—91不左右不同電站還有。還有一個就是,是點呂,跟集裝箱、環境溫度都有關系,綜合效率可能在80—85%都有。可靠性也是一個重要的指標,這邊不展開了。

最后,結合我們參與的這些工作,包括個人的一點思考。

我還是從運行控制方面去理解,首先,調度運行應該結合電網的區域特性。江蘇有江蘇的特性,它包括一次調頻,包括它的AGC,包括有些指標,都應該結合不同的特性來定制不同的指標要求。包括江蘇不同的地點,江蘇的鎮江是供電能力不足,江蘇馬上前兩天貼出來的那個公告,淮安他們是解決新能源消納,都應該定制不同的控制指標要求。另外,黑啟動這塊,現在招標條件都能滿足去應標,真正去做的也不是說多難的事情,這個事情還要探索證明可行性,摸索整個方法出來。

最后一個,還是剛剛提到的,電站的一些運行能效,可靠性能指標是很重要的關鍵性能運行指標,我們電網側儲能實際是通過租賃的方式來實現電站管理的,目前沒有這些考核機制、管理辦法,實際上對整個電網、對儲能電站租賃方式下的儲能電站的管理還沒有形成閉環,我想批投運的電化學儲能電站電網側的應用還沒有這么細,上午的時候俞總也說了,江蘇規劃了9GW的儲能,這么大的量上來如何去評價它,我的租賃費付給經營者了,如何能體現對電站的成效、電網管理的成效,這些管理辦法要結合運行成效的指標、可靠性的指標進行管理,這樣才能真正意義上由電網來管理儲能電站,發揮更多的電網關注的功能和作用。

我分享的內容就這么多。謝謝各位專家!

關鍵字:電網側儲能電站

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