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电网侧储能电站技术与控制技术

作者:中国储能网新闻中心 来源:北极星储能网 发布时间:2018-10-27 浏览:
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中国储能网讯:2018年10月26日,在北京西国贸大酒店的2018中国分布式储能峰会上,中国电力科学院新能源所储能应用技术研究室业务主管王德顺老师带来“电网侧储能电站技术与控制技术”的综述。

中国电力科学院新能源所储能应用技术研究室业务主管王德顺:

首先感谢主办方能够提供这个平台,有机会跟大家在这一起分享,刚才大家都说了,2018年电网侧储能可以说给储能行业带来很大的模式,我想不管是江苏的电网侧储能还是河南的电网侧储能,实际上都是在变电站或者备用间隔里面分散式接入的,我想也是分散式储能电站的应用模式。我今天跟大家分享的内容就是“电网侧储能电站的接入机器运行控制技术”。

主要分四个部分:首先简单介绍一下,因为上午的时候大概也介绍了一下整个电化学储能在全球和我国范围内的装机情况,我们关注的是电网侧储能的一些应用,在全球范围内,可能是在2017年底电化学储能装机在2.9GW左右,电化学在电网侧的应用只占16%。我国在2017年底的话,电化学在电网侧应用更少了,只占了3%,实际上只有2%点几,就是南网投的宝清的储能站,电网上的应用占我国的只有2%点几。今年从江苏、河南,包括前段时间湖南,已经开始完成招标,包括前两天江苏的二期,也已经挂了公告,可以说我国未来电化学储能在电网侧的应用,可以说今年底到明年将成为全世界范围内发展最快,而且装机规模最多的一个国家。

这么多的电化学电站,在电网侧应用,实际上还有很多问题需要大家探讨。首先,规模化的电化学储能接入了电力系统,对电力系统的影响,包括接入来之后对电网的适应如何,包括电化学储能接入之后如何参与我们电网的辅助服务、如何进行控制。另外,接入之后的储能电站如何优化调度,实现小储能、大作用,发挥更多的优势。电化学储能电站在电网侧应用之后都哪些效果,如何去评价,我也希望通过今天这个报告跟大家做一个交流和分享。

第二部分,主要想介绍一下电化学储能电站接入之后对电网的一些适应能力以及电网对它的一些功率控制的要求。可以说今年电化学储能出来几个国标,这两个标准出的可以说正当时,因为今年2月份正式执行,包括可能我们中国电科院后面也会对这两个标准进行培训和宣贯,当时对储能电站的接入情况,包括运行的控制规范,都出了很多,最终后面会介绍到,这个标准制定也是一个发展的过程,因为定的太早可能有些参数指标定的不太接地气,不能去指标实际的一些工程。另外,如果定的太晚的话,反而影响行业的一些规范。这两个标准出的可以说正当时。

简单介绍一下,第一个,电化学储能系统接入电网技术规定。主要从电化学储能电站到电影的适应能力,有功无功控制能力以及电能质量等,对电化学系统做了一个技术规定。另外一个标准,就是对上述功能测试的要求,具体如何测试、如何评价它,满足上市功能,给具体指导的测试规范。大家也很关心,今年江苏投了8个站,这些站是不是都按照相关的标准满足要求了呢,实际目前只是做了内部的测试,这些功能都具备,但是按照国家标准的这些能力,包括电影设计能力、功率控制能力,时机还只是拿到了PCS的实验报告,还没有真正到电站从储能单元、储能整站的角度第三方去验证它。实际验证这个测试规范一共有13项测试内容,这里面不逐一介绍了。主要是两个大项:第一,电网适应性能力;第二,高电压穿越能力。这个跟新能源里边的风电、光伏都有类似。

对电网两说它的功率控制能力还有具体的要求,那边可以看到功率源,对有无功无功的功率范围,特别是无功有5%的过载能力,为后期我们储能电站参与电网支撑的无功电压调节业提供了一些可用的方案。另外,这个标准里边还提到了10千伏以上的储能电站要执行电网调度指令,响应时间2秒、调节时间3秒,这个指令定的很准,基本上有些电站超过了这些指标,有些比它少,但是这个范围应该是比较准的,因为之前出的一些标准,有的是200毫秒、有的是20毫秒,都是针对PCS来讲的,这个对电站来讲有多个网络架构、网络通讯层级,必然有一定的延时,对整个电站来说这个指标定的我觉得还是非常合理的。

关于电网适应性里边的频率适应性,这个简单过一下,电网的频率在一定范围波动的时候,储能电站不应该脱离电网,应该适应电网的频率变化、频率波动。对电压的适应能力,其中有一条,就是低电压穿越能力,当电网的电压低于一定曲线以下的时候,可以脱网,在这个曲线范围内不应该马上脱网,最开始是根据光伏,这里面也要求了在电网故障情况下能够支撑电网一定时间内的支撑。高穿标准里面也要求了,实际更多的是在发电侧直流闭锁或者故障的时候,新能源电站或者有一些高电压的问题,也要达到高穿的功能。

前面介绍就是电化学储能电站在电网上的应用,包括通用的要求和如何测试评价它。下面我想结合第三部分内容,结合江苏电网储能应用的案例,结合我们参与的工作和掌握的信息,在运行控制就是调度层面跟大家做一个分析和交流。

大家都知道,在2018年的7月份,江苏为了按迎冬度夏建了8个储能站,分散布置、集中控制,大概8个站的情况是这样的,最小的站只有5兆、最大的24兆,都是两个小时的容量,所以他也是一个分布式的储能。实际上在7月底的时候都已经投运了,可以说在迎峰度夏发挥了迎峰填谷的作用,减轻了迎峰的压力。里面还有其他的功能,包括AGC、AVC,包括一次调频以及源、网、荷的应急响应。下面分别介绍一下。

首先介绍一下AGC,迎峰度夏,当时做得相当于调峰的功能。AGC实际上在电网应用在二次调频应用的时候,他把8个储能电站作为8个控制对象,这个是河南不一样,河南有一个储能电站的主站,电网和主站通讯,这个是对于8个储能电站就是8个控制对象这样来分的。AGC的功率分配,要求储能系统具备AGC主站的功能,能够接发指令、并且优化分解、实现SOC储能单元的优化和校准。调度层面来讲,他对储能电站之间还有逻辑的关系,包括AGC的请求,包括AGC是否允许控制,实现矢能以及软压板头切的功能。

大家之前在8月份的时候可能很多都看得到,调度的角度来看,响应速度指标是明显优于常规机组的,实际真正运行的时候,应该是从10月份开始,AGC的调频功能已经投入进来,融合跟火电和燃气机组进行实践上的配合,响应配合储能的优势,我觉得也是研究的方向,江苏电网也在这方面进行尝试。包括目前目前AGC指令下2千多个指令不断的调,从下载指令的周期,从下载下发储能的功率和功率的大小,都会对电站产生一些影响,这些该如何去控制,大家都在尝试着研究。

另外一个,AVC的功能。AVC在电化学储能电站里边我们知道,河南是在电网侧储能里是没加SVG的,江苏是加了SVG,最终用的时候目前,我们电化学储能电站里边本身具备无功能力,实际这个能力是怎么算的呢?有一个初步的计算,整个电站的无功能力等于电站的无功能力+PCS的无功能力,PCS上面介绍功率源的时候有1.5倍的过载能力,在任何时刻包括有功满发的时候都可以产生这样的能力。比如建设一个储能电站,实际运行的时候采用的是SVG优先的策略,本身SVG这个能力基本上够用,PCS在江苏电网储能电站里边应用,对于他控制的主站太多了,比如应急响应,营销、调度,所以把它无功能力暂时没有起用。

还有一个功能,一次调频。一次调频,当然现在在西北电网,在新能源电站里边也做了很多尝试,包括从厂站级快速的一次调频的反应,江苏电网用的主要是通过PCS本身的一次调频能力来实现的,并不是通过EMC,主要目的就是要求要快。实际上一次调频里边对江苏的电网来讲,江苏作为售端电网,而且也发生过直流闭锁的问题,实际对他转速不等于他的死区包括他的限辅值,都会结合江苏电网本身进行优化的一个设计,包括去尝试,包括这些参数经过多次讨论,也一直在修订、在改,该怎样去做更合适。

另外,有一个源、网、荷的应急响应,储能参与应急响应,湖南也是要求具备这个功能的,江苏首先是完成了这个功能的验证,也就是说,源、网、荷在大区互联安控系统里边,当直流闭锁的时候,当大面积有功缺额的时候,有一个快速的响应,要求在毫秒级储能电站能够在任何状态实现满功率放电,为电网提供一些有功支撑。

实际上这块跟调度有什么关系呢?跟调度这块有一些信息的交互,比如说这块的功能只要部署在地调,地调是可以具备这个功能的一些源、网、荷的投入退出的软压板的投切功能的,包括一些状态。

因为江苏电网最开始做的时候也是提高功率能力不足的优化,当时我们也做了一个研究,就是说我怎么优化控制使用这个电站SOC运行范围最小、功率最低的情况下,能够实现功率能力不足的一个支撑的情况下,使他的SOC和运行和功率最小,我们做一些研究,就是说红色部分实际上是必须要储能做放电的,支撑电网供电能力的不足。在下面这个阴影部分面积都可以充电,在这里面充电的时候如何去充?充多大的功率能够实现SOC最小呢?我们做一些研究,通过一些优化算法,最终得出一个最优。八可以看到,这个是优化的一个结果,右边增加调度实际的曲线,跟这个基本上吻合,实际上用没有用这个算法,基本上能够吻合的。他是我们如何通过优化控制实现最小的运行区间解决同样的功率提升,从而对储能电站的优化运行,包括运行寿命都提高一些优化和提升。

黑启动,现在有这样一个问题,相当于要求当时有这个功能,据我了解目前黑启动还没有真正去尝试,因为涉及到实验一些调动的管理,还有技术问题引起的,包括引起的过载对PCS冲击和限制,包括多个储能电站里边多个PCS的升压或者并压稳定的问题,这块可能后期还需要去尝试。

最后一块,电网侧储能电站的评价,因为这块我觉得也很重要,今年也出来一个标准,应该在明年2月份正式执行。他化学储能电站包括电网电站,我们通过电网租赁的方式实现电网管理,目前江苏来做也好或者河南来做也好,没有真正的管理办法。比如我们抽水蓄能80年代末就有了,他有一定的考核要求,目前来说这块还没有做,实际这个标准已经出来了,主要关注,一个是电量指标,一个是能效,能效大家也比较关心,目前我们运行的数据应该是从PCS在达到88%—91不左右不同电站还有。还有一个就是,是点吕,跟集装箱、环境温度都有关系,综合效率可能在80—85%都有。可靠性也是一个重要的指标,这边不展开了。

最后,结合我们参与的这些工作,包括个人的一点思考。

我还是从运行控制方面去理解,首先,调度运行应该结合电网的区域特性。江苏有江苏的特性,它包括一次调频,包括它的AGC,包括有些指标,都应该结合不同的特性来定制不同的指标要求。包括江苏不同的地点,江苏的镇江是供电能力不足,江苏马上前两天贴出来的那个公告,淮安他们是解决新能源消纳,都应该定制不同的控制指标要求。另外,黑启动这块,现在招标条件都能满足去应标,真正去做的也不是说多难的事情,这个事情还要探索证明可行性,摸索整个方法出来。

最后一个,还是刚刚提到的,电站的一些运行能效,可靠性能指标是很重要的关键性能运行指标,我们电网侧储能实际是通过租赁的方式来实现电站管理的,目前没有这些考核机制、管理办法,实际上对整个电网、对储能电站租赁方式下的储能电站的管理还没有形成闭环,我想批投运的电化学储能电站电网侧的应用还没有这么细,上午的时候俞总也说了,江苏规划了9GW的储能,这么大的量上来如何去评价它,我的租赁费付给经营者了,如何能体现对电站的成效、电网管理的成效,这些管理办法要结合运行成效的指标、可靠性的指标进行管理,这样才能真正意义上由电网来管理储能电站,发挥更多的电网关注的功能和作用。

我分享的内容就这么多。谢谢各位专家!

关键字:电网侧储能电站

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