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武汉南瑞李爱魁:储能电站级控制、运维技术

北极星储能网  来源:北极星储能网    2019/8/8 14:51:55  我要投稿  

北极星储能网讯:我们围绕这样一个单台35万的火电机组的发电机频率控制模型,配20兆瓦级的储能电站。设计有3万的冲击能力,负荷的波动对储能电站六千伏担心冲击太厉害,尽管建在了电厂里面,但是接的是外面。这个储能电站最主要的特点,电池是2C的电池,具备了3C的能力,因此我们要把PCS设计的高于国标,120%或者150%,这样对电网稳定支撑起到很好的作用。

——武汉南瑞综合能源技术中心副总经理

中国可再生能源学会储能专委会副主任委员 李爱魁

8月7日-8日,由华北电力大学、中国可再生能源学会主办的“第一届中国储能学术论坛暨风光储创新技术大会”在北京召开。在8月8日分论坛一“源网荷储协同优化”专场中,武汉南瑞综合能源技术中心副总经理、中国可再生能源学会储能专委会副主任委员 李爱魁作“储能电站级控制、运维技术”报告。

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武汉南瑞综合能源技术中心副总经理

中国可再生能源学会储能专委会副主任委员 李爱魁

尊敬的各位同行,很荣幸组委会给我这么一个机会介绍一下储能电站级控制、运维技术,这是一个命题作文,根据我所了解的一些情况跟大家共同探讨。

我的汇报分两部分,一个是控制和运维,另外一个就是案例介绍。因为控制和运维是比较核心的东西,如果围绕每个用户场景做细分的介绍的话,几乎是一个专题,我大概讲讲。

作用非常明显,发、输、配、用都有它自身的作用。储能电站的控制和运维也是围绕储能电站的设计来做相关的布局。从电站功能上来说,我们经常见到的是调峰,包括调频,包括平滑新能源,这是大家见的比较多的。一次调频,包括稳定,包括调压的应用也是非常多的,它的应用非常广,控制运维是围绕着储能电站本身的功能设计为对象来进行控制的。

人为的划分,把储能电站分成被动式控制,主要有调度中心调度,用户侧,新能源平滑、黑启动,调度中心调度主要是电网侧调峰、需求响应、源网荷协调、辅助调频,另外就是用户侧的削峰填谷、备用电源、微电网PCS调度,储能电站作为一个电源或者作为一个负荷,实时的去接受上级的指令,来完成上级指令的要求。新能源平滑,跟踪发电计划、平滑功率波动、提供无功支撑。黑启动是储能电站本身直接提供黑启动,被动的接受调度,另外就是分布式新能源+储能+负荷这种黑启动,利用电源负荷,先有储能电站,先建网,然后把网建的越来越大。

这是一些主动式的控制,储能是作为一个重要的电源,平衡整个风光储的电网运行。这是电网侧的储能,不管是江苏、河南储能电站往往都是单独的一个储能电站,有的是和风光配合的。随着对效率的重视,现在电网注重于交直流混合配电网,尽量减少变电和升压的环节,避免损失。

另外一个就是主动式的,主动是在被动的基础上,它的响应时间要求比较高,或者各个方面的运行,如果通过调度,在调度储能的指令,再执行,响应不过来。往往通过频率、电压、功率,或者有电网的异常,没有经过调度,自己监测到以后,通过控制的策略,进行预警。往往主动性都具有被动性功能,叫主动被动混合式控制。

在主动式电站里面,昨天下午的时候有一位专家非常详细介绍了,在直流侧加一些储能单元,作为新能源电站一次调频或者具备主动调频能力的一个重要的手段。另外一个就是分布式储能系统,分布式储能系统不是我刚才提到的用户侧的,而是用在电网侧的,通过储能系统,放置在末端,减少损失。主动监测电网的电压,包括电网的变压器的过载,主动监测,主动去响应。

对一个案例做一个介绍,给大家详细描述一下。这个案例是前面做过的,刚才提到了,贵州兴义有一个地方电网,是200的一个网架结构,里面有两排35万的发电火电机组,还有20多万的水电。里面有大量的冶炼铝、冶炼钢冲击性的负荷,由于它没有大电网做备用,大部分时间以孤网状态与南网连接,中间有一个联络点,这个联络点给的是五万左右民用负荷,当你电网出现剧烈波动的时候,联络点会自动断开,它的波动会更加厉害。整个电网运行是通过一个协调系统,主要承担备用也好,调频也好,是有两台35万的火电机组,剩下的水电包括一些负荷。看一下火电机组在运行的时候监测到的一些波动,波动基本是一个振荡,跟它的响应时间有关系,还是不太稳定的。我们围绕这样一个单台35万的火电机组的发电机频率控制模型,配20兆瓦级的储能电站。设计有3万的冲击能力,负荷的波动对储能电站六千伏担心冲击太厉害,尽管建在了电厂里面,但是接的是外面。地方电网也会建很多台火电机组,主要是进行联络线功率控制。这是电站整个的设计,这个电站最主要的特点,电池是2C的电池,具备了3C的能力,因此我们要把PCS设计的高于国标,120%或者150%,这样对电网稳定支撑起到很好的作用。设计是两万的电站,但是可以出三万的能力。

因为锂电池这块,我们对整个消防还不是绝对的放心,所以我们把电池和PCS做了一个物理上的分割。尽管这样,我们对电池还是在风道上做了一些改进。除了空调之外,还有进风出风,有进风出风,目的主要是根据当地的环境情况,贵州兴义属于云贵高原,基本上整体的气候是冬暖夏凉,如果用空调,夏季耗费比较大,我们通过风扇的设计,对空调做了一个很大的阈值。我们还有一个分布式维护系统,把稳定装置放在里面。除了被动的接受调度之外,我们还可以接受稳定性的调度。同时,主动的情况下,在没有调度和稳定的时候,它是自动运行,无人值守的。

通过站内的分布式稳定系统下指令,故障录波装置记录的响应时间可知,储能系统充电响应时间在200ms以内,放电响应时间是在220ms以内,满足响应时间300ms的设计要求,满足了一般的调用需求。联络线控制的最大偏差是-1.56%。由于是主动性的电站,监控它的频率、电压,设置了截止频率、触发频率还有保护频率。在这里面有SOC,它的出力不是平均出力,而是进行科学的功率的分配,这样的话,达到整个电站SOC保持在一定的位置。同时SOC还有一个恢复,20%的功率对电池进行充放电,充电截止SOC为48%,放电截止SOC为52%。整体效率还不高,这个函数除了SOC之外,还要考虑电站的效率,包括对功率进行优化。通过前期的研究我们发现,变压器效率,特别是非额定工况下是非常严重的,这个电站有很大的优化空间。

之前的时候我们做的电站不是主动式的,我们这个频率不是实时的频率,在运行过程中,触发了一个启动频率,在12000的时候,我们把整个电网进行诊断。平时的时候,它的负荷波动往往是在两三秒内,我们认为两万的电站即使出现极端情况,对电网的影响不会是破坏性的影响。现在我们发现秒级的波动和160毫秒波动时间,投入一万多一点的波动,差别是巨大的。通过这个,我们感受到电网里面的时间是非常重要的一个指标。后来我们进行了改进,采用了专用的频率采集器。

投入前后的效果,在没有投的时候,没有通过协调,发现机组的波动是非常厉害的,造成能源输送系统它的阀门等各个方面都是长期处在非常恶劣的工况下,对火电发电机组的寿命是有很大影响的。这是我们的DCS曲线,投入前后它的变化情况。这是调试了之后,投入比较小的时候,设置一定的参数。在运行的时候要考虑各种因素,除了火电机组它的寿命,它的能耗各方面的因素之外,还要考虑电站本身的因素,它是有待研究的一个课题。这是长时间没运行的时候,长时间运行的时候,频率的一个情况,调频时区,0.05赫兹、0.04赫兹,跟电站的启动频繁的程度是有关系的。

这是我们起到一个安稳的作用,对50万的一个电网,平均的波动是完全可以按照以往的经验,是触发它的系统,对它的备用水电接替。由于储能的投入,就保证了电网的稳定,保护效果还是非常明确的。它是自动循环、自动运行。到目前为止,电站具备多种共凝,在目前国内保持领先。大家有时间或者有兴趣可以去参观一下,它是24小时运行,一直在运行的。无人值守,全部是自己运行。

感谢大家的聆听,我粗浅介绍了一下储能电站控制和运营方面的一些相关的工作。谢谢!


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