國家能源局數據顯示，2024年一季度，全國可再生能源新增裝機6367萬(wàn)千瓦，同比增長(cháng)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(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、隨機性和波動(dòng)性，會(huì )在一定程度上影響電網(wǎng)安全穩定運行。
隨著(zhù)新型電力系統建設及“源網(wǎng)荷儲”一體化運行的推進(jìn)，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(mén)新港儲能電站成功實(shí)施國內首個(gè)百兆瓦時(shí)構網(wǎng)型儲能電站黑啟動(dòng)試驗，電網(wǎng)應對極端突發(fā)情況再添“防護盾”。
30秒恢復供電
黑啟動(dòng)是指電力系統由于故障停運后，依靠系統內具有自啟動(dòng)能力的機組或系統外電源，使整個(gè)電力系統恢復正常運行。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(diǎn)示范項目，站內有16個(gè)集裝箱大小的儲能單元，內裝磷酸鐵鋰電池。去年底，電站二期工程并網(wǎng)成功，總容量50兆瓦/100兆瓦時(shí)，可滿(mǎn)足1.6萬(wàn)余戶(hù)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)試驗中，新港儲能電站相鄰的高橋變電站模擬突發(fā)停電，無(wú)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(dòng)，整個(gè)過(guò)程僅耗時(shí)30秒。“黑啟動(dòng)過(guò)程中，24臺儲能變流器電壓百分之百同步，系統頻率、電壓均可穩定控制。”國網(wǎng)湖北電科院熊亮靂博士說(shuō)。
此次黑啟動(dòng)不僅恢復供電速度快，供電功率大、時(shí)間長(cháng)，且轉換效率超過(guò)85%，優(yōu)于其他黑啟動(dòng)方式。若遭遇電網(wǎng)全停且故障恢復困難等情況，新港儲能電站存儲的電能可帶動(dòng)所在供區重要用電負荷24小時(shí)穩定運行，并可為新能源場(chǎng)站提供站用電源，助其恢復并網(wǎng)發(fā)電。
當前，湖北正處梅雨季節，雷電活動(dòng)增多，具備黑啟動(dòng)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定的供電。國網(wǎng)湖北電力公司相關(guān)負責人說(shuō)，本次試驗為抗災保供及儲能建設發(fā)展提供了新思路，同時(shí)證明極端情況下構網(wǎng)型儲能電站擁有較好的黑啟動(dòng)功能及離網(wǎng)運行能力。
荊門(mén)供電公司發(fā)展策劃部副主任夏曉榮說(shuō)，下一步，荊門(mén)計劃建設4座規模為新港儲能電站兩倍的構網(wǎng)型儲能電站，為當地乃至湖北儲備一批具有黑啟動(dòng)功能的抗災保障電源。
攻克多個(gè)技術(shù)難題
為主動(dòng)適應新能源快速增長(cháng)態(tài)勢，實(shí)現系統消納能力更強、整體運行更優(yōu)，破解儲能電站黑啟動(dòng)技術(shù)難點(diǎn)尤為關(guān)鍵。
“傳統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(shí)時(shí)電壓和頻率才能運行。一旦電網(wǎng)發(fā)生波動(dòng)，跟網(wǎng)型儲能電站失去電網(wǎng)的實(shí)時(shí)電壓和頻率數據指引，無(wú)法工作。”國網(wǎng)湖北電科院高級工程師游力說(shuō)，構網(wǎng)型儲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，也能直連電網(wǎng)，具有較強的“獨立自理”能力。
這一特性也讓構網(wǎng)型儲能電站具備擔當黑啟動(dòng)火種的潛力。
此前，抽水蓄能及燃機電站常作為黑啟動(dòng)載體。傳統黑啟動(dòng)機組容量普遍較大，控制對象少，操作相對簡(jiǎn)便。
近年來(lái)，新型儲能電站加快建設，清潔高效的電池儲能替代傳統同步發(fā)電機，成為黑啟動(dòng)新載體。然而，電池儲能系統控制對象數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(wèn)題。
去年1月，國網(wǎng)湖北電科院組織專(zhuān)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)構網(wǎng)型儲能技術(shù)，通過(guò)開(kāi)展硬件在環(huán)仿真、機組測試以及整站實(shí)證，成功攻克構網(wǎng)型儲能黑啟動(dòng)中的多機并聯(lián)控制以及構網(wǎng)限流策略難題。
“難點(diǎn)在于保證各機組同時(shí)、同頻、同相位黑啟動(dòng)升壓。”游力介紹，黑啟動(dòng)多機并聯(lián)控制主要攻克了協(xié)調控制系統毫秒級的快速通信技術(shù)，以及黑啟動(dòng)過(guò)程中的相位修正技術(shù)。構網(wǎng)限流策略?xún)?yōu)化可實(shí)現有源阻尼算法重構，防止因啟動(dòng)線(xiàn)路、變壓器、電動(dòng)機等設備使儲能變流器短時(shí)過(guò)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(dòng)電源的可靠性。
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