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南瑞单鹏珠:多能互补关键技术及其应用探讨

作者:中国储能网新闻中心 来源:中国储能网 发布时间:2019-05-21 浏览:
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中国储能网讯:4月24-26日,由中国化学与物理电源行业协会储能应用分会主办的第九届中国国际储能大会在浙江省杭州市洲际酒店召开。在4月26日上午的“能源互联网与多能互补“专场,南瑞集团(国网电力科学研究院)研究员级高工单鹏珠在会上分享了主题报告《多能互补关键技术及其应用探讨》,以下为演讲实录:

单鹏珠:各位领导、各位来宾上午好!我做报告的这个题目是多能互补关键技术及应用探讨。我的报告主要针对多能互补应用过程当中的技术还有经验做一个共享和探讨。国家新能源的发展应该来说非常迅速,大家知道新能源所固有的特性会导致电网的这个电的质量还有动态稳定对它有不利的影响,这个提出一些更高的要求,具有调节能力还有存储能力补偿电源,提高安全稳定运行的能力。

同时我们现在国家的三弃问题比较突出,通过配置这些具有电能存储能力的调节电源也可以有效解决这个问题。第二个就是介绍一些多能互补的方式,我个人认为现在主要有三种互补方式,就是主要利用区域内传统的水电能源,或者储能电池跟可再生能源做一些运行来平滑新能源的出力,主要就是应用一些跨区或者跨省的能源之间的互补的特性。比如不同区域的风电跟光伏有一个互补的特性,不同区域的比如说我们这个风能还有太阳能比较分子的西北地区还有我们这个水电能源比较突出的西南地区的能源之间也可以形成一定的电量互补。

第三个是微网的多能互补,其实主要是在微网内配置一定数量的光伏或者储能电池来实现一些风股套利,降低这个园区的用电成本。第三个在多能互补技术应用当中的主要的调节电源做一个分析,第一个就是水电,作为这个调节电源主要有一个具有调节能力以上的水库,来与这个做一个联合运行,这是水电。它的特性是调节速度相对较快,可以实现一个分钟级时间尺度的这样的处理平滑补偿。

第二种是抽水蓄能,这个是目前技术最成熟的调节电源,它的特点是调节能力比较快,相对就是比较快的,同时还可以实现对这个风光处理波动的快速抑制,而且对于这个新能源的消纳也是具有较好的作用。此外我们国家正在目前发展的可变速机组跟这个比,可以在大概几十个毫秒之内,有额定负荷的调节容量。第三种就是储能电池,储能电池在三种条件下可以达到毫秒级,而且可以实现功率的双向快速切换,这个功率的双向快速切换是目前就是说其他的调节电源不具备的。虽然可以实现抽水还有发电两种状态,但是它没有办法实现这种比如说几十个毫秒的马上实现这种方向的切换。储能电池实际上就是风光出力的最佳的电源。

但是目前的问题就是它使用寿命比较有限,安全问题引起大家的问题,我个人认为现在的抽水性能相对综合性上面还是比较好的调节电源。尤其现在像南网都在大力的发展抽水蓄能,尤其是变速机组,如果后面越来越多,在新能源这个方面,它所发挥的作用会更加巨大。

第二部分我介绍一下一些关键技术,第一个是虚拟化技术,将底层的软硬件包括服务器,存储器,网络设备应用操作系统还有应用软件建立起来的应用环境,是一个虚拟前后的对比的图。虚拟化以后,每台机器上面可以应用更多的应用负载,可以实现软件还有硬件相对的独立。采用虚拟化技术它的优点主要体现在两个方面,第一个是硬件,可以提升硬件的可用性,降低服务器故障率,同时采用虚拟化技术,实时控制系统可以减少服务器的数量,可以显著的降低用户的投资成本。

在软件方面,虚拟化技术从用户的设备当中分离,通过集中化的技术改善管理和系统的安全性,这是虚拟化技术的一些优点。目前新能源所接入的数据量非常巨大的,达到了千万级别的数量级。在新能源海量数据的应用当中有这么几个问题,第一个对于服务器的处理能力,因为海量的数据应用它的处理能力不断降低,同时对于这个存储的需求不断提高,我们对于这种情况,就是我们在实时数据处理方面,有这样一种混合的构架,通过实时内存库的分布式的部署解决上述存在的问题。右边是我们的示意图,时间关系不做详细介绍。

第三个是时序数据库,对于新能源海量能源的存储和处理,常规的这种关系型的数据库已经是力不从心的,目前采用的吞吐量更大,压缩效力更高的这种的时序数据库。右边这个表是我们做的一个关系数据库还有时序数据库比较,从这个图表当中可以看到,从读写速度,单位空间的存储量来看,它的这个优势是非常明显的。

第四个是系统安全,在我们国家这个像乌克兰或者就是委内瑞拉的并路中间,导致的电网事故不允许发生的。在系统安全方面采用的四方面的技术手段,第一个是网络安全方面,我们在网络边界使用这个访问控制还有中心检测功能,对于恶意代码检测清除,阻断非法入侵。第二个在应用安全方面,加强这个系统软件的身份鉴别对于用户的一些操作权限进行了一些限制,同时实现通讯的完整性还有保密性。第三个主机的安全,都是采用双网配置,通过这些配置主机无缝切换这样确保实时控制系统的连续性和可靠性。数据安全方面,我们保证数据存储的完整性和可恢复性数据发生破坏被破坏,出现问题的时候,可以及时恢复,这是数据安全。这个是我们对于数据安全方面采取的数据分区,这个也是符合我们国家能源局的一个规定。在数据采集区,存储处理区和发布区采用了软件还有硬件的隔离措施,同时对于在数据传出过程当中有加密方法。

第三个对于多能互补应用做一些案例的探讨,这个管理系统是多能互补研发这样一个产品,它主要有三层结构,控制层主要接收电力调度系统,或者疾控中心的调控指令。最下面一层是厂站层,光伏风厂或者实时的控制设备。中间是我们的核心控制层,主要三个部分,第一部分是AGCVC的实时控制。第二部分就是主要采集各个厂站控制设备的实时信息,多能协调管理系统主要实现一个不同能源的协调,还有这个优化分配这是典型的一个管理系统性的应用配置。

它的数学模型主要基于功率平衡还有水量平衡的原理,包括了像电池的功率约束,各种发电单元的功率约束,还有水电站的水位运输,主要四个模块,第一个运行模式还有保护模块。第二个就是联合运行控制模块,在这里可以实现诸如计划跟踪,平滑控制,辅助服务这样的功能,剩下的两个就是接口模块。这个在网上做的一个光储协调控制系统的实时控制界面,这是展示的界面,可以做一些图表曲线趋势之类的数据展示。

下面介绍一下几个数据案例,第一个就是广电柔和控制系统,我们在这个丰宁电站有一个控制总站,可以接收一些数据,也可以接受调度的发电计划,同时根据风光的处理预测还有实时的工况,做一些优化计算来实时调节这个抽水性能机组的出力。保证它的对外流线的恒定,这是广域一个多能互补的案例。

这是区域多能互补的案例,通过水电站机组的反向调节来快速实现光伏的处理工作,这是我们做的一个比较小的微网储能项目,也不复杂,主要实现风股套利,降低用件成本。下面就几个问题在工程应用和调试当中的所出现的一些问题跟大家做一个探讨。第一个就是调节功率的匹配问题,多能互补参与补偿或者参与调节的这个电源类型都不一样,而且它的这个调节速率也不一样,像电力电子元气件这种的变流器它们毫秒级,我们是分钟级。这种不同发电单元的功率调节速率之间做实时控制,存在一个调节速率匹配的问题,匹配不到会产生功率振荡或者失稳,这种功率振荡实际上一些储能相面或者是一些多能互补项目上面也出现过。

我们在现场调试主要发现储能电池的输出功率虽然这个调节速率很快,但是它的这个输出功率就是说输出的时候,并不是非常的稳定。有的时候在SOS七八十的时候,我们认为是一个非常可用的状态,这个时候可能可用功率没有的,充电放电的功率这时候为0,后来发现是电池内部的其他的一些保护手段,限制了它的功率的输出。

第三个就是风光调控的精度问题,目前我们这个风光功率预测的时间尺度最快的是叫做超短期预测15分钟,但是我们的这个实时控制系统是一个秒级甚至更快这样一个时间尺度,因此它这个两个之间的时间尺度相差太大,所以在做一些超前预测控制,就是根据它的这个风光功能预测曲线做一些预测的控制方面,在控制精度方面的误差还是有一定的。在这个方面还是有提升的空间的。介绍就这么多,谢谢各位!

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