儲(chǔ)能技術(shù)在山西電力系統(tǒng)調(diào)頻領(lǐng)域的應(yīng)用

王京+馬洪波+郭太平

摘要：儲(chǔ)能技術(shù)近20年發(fā)展極為迅速，特別是隨著風(fēng)電等間歇性新能源的發(fā)展和大規(guī)模并網(wǎng)，電力級(jí)儲(chǔ)能技術(shù)不斷突破發(fā)展瓶頸，并在工業(yè)實(shí)踐中取得實(shí)質(zhì)進(jìn)展。儲(chǔ)能技術(shù)目前更多應(yīng)用于電網(wǎng)調(diào)頻，所具有的瞬時(shí)及精確控制能力依托目前輔助服務(wù)調(diào)頻補(bǔ)償收益，在現(xiàn)階段電力系統(tǒng)提供高質(zhì)量調(diào)頻服務(wù)上得到了重點(diǎn)開發(fā)與應(yīng)用。文章對(duì)儲(chǔ)能技術(shù)在山西電力系統(tǒng)調(diào)頻領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)行探究，以期為解決網(wǎng)源協(xié)調(diào)問題提供一定參考。

關(guān)鍵詞：儲(chǔ)能技術(shù)；調(diào)頻；電能質(zhì)量

1儲(chǔ)能技術(shù)概述

由于風(fēng)電和光伏發(fā)電的快速發(fā)展迅速增加電力調(diào)頻的任務(wù)量，未來火電企業(yè)承擔(dān)的調(diào)頻任務(wù)會(huì)越來越重。山西電網(wǎng)從2013年開始，調(diào)頻補(bǔ)償費(fèi)用保持在3000萬元左右。隨著可再生能源的大量接入，未來火電企業(yè)承擔(dān)的調(diào)頻任務(wù)會(huì)越來越重。目前，山西電網(wǎng)風(fēng)電裝機(jī)容量己突破750萬kW，對(duì)應(yīng)的風(fēng)電穿透率超過10%。研究結(jié)果顯示，風(fēng)電的穿透率從0增加到20%時(shí)，電網(wǎng)自動(dòng)發(fā)電量控制（AutomaticGenerationControl，AGC）調(diào)頻需求將成倍增長，由于火電機(jī)組AGC調(diào)節(jié)能力較弱，超凈排放改造后機(jī)組調(diào)節(jié)能力進(jìn)一步下降頻繁快速調(diào)節(jié)會(huì)增加火電機(jī)組磨損和發(fā)電煤耗，對(duì)機(jī)組安全運(yùn)行帶來風(fēng)險(xiǎn)[1]。

儲(chǔ)能技術(shù)的應(yīng)用對(duì)火電機(jī)組AGC調(diào)節(jié)能力有明顯的提升，儲(chǔ)能設(shè)備投運(yùn)后發(fā)電機(jī)合并出力如圖1所示。儲(chǔ)能的功率指令響應(yīng)能力有以下技術(shù)優(yōu)勢：（1）響應(yīng)速度：1s；（2）功率精度：99%；（3）調(diào)節(jié)范圍：2X儲(chǔ)能額定功率；（4）快速折返：上調(diào)下調(diào)瞬間轉(zhuǎn)換。

2儲(chǔ)能技術(shù)在山西電力系統(tǒng)調(diào)頻領(lǐng)域的應(yīng)用一以某廠儲(chǔ)能調(diào)頻為例

某發(fā)電廠2號(hào)機(jī)組儲(chǔ)能系統(tǒng)本體為戶外集裝箱布置，共包括3個(gè)鋰電池集裝箱，3個(gè)PCS集裝箱。PCS集裝箱通過高壓電纜與配電室6kV高壓開關(guān)柜相連，鋰電池集裝箱與PCS集裝箱通過1kV直流電纜連接。項(xiàng)目9MW儲(chǔ)能系統(tǒng)通過電廠2#機(jī)組高廠變6kV母線接入電廠系統(tǒng)，之后增加儲(chǔ)能系統(tǒng)在1#機(jī)組的電氣和信號(hào)接入回路，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能系統(tǒng)的雙回路接入。儲(chǔ)能系統(tǒng)可在某電廠2#機(jī)組停機(jī)期間，自動(dòng)切換到與1#機(jī)組聯(lián)合運(yùn)行，以保證儲(chǔ)能系統(tǒng)的設(shè)備利用率。儲(chǔ)能系統(tǒng)在新增1#機(jī)組電氣接入回路后，為了避免儲(chǔ)能系統(tǒng)運(yùn)行模式混亂，對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)在1#機(jī)組與2#機(jī)組電氣接入回路間做了互鎖聯(lián)動(dòng)控制。

2015年11月3日11時(shí)起，某電廠2號(hào)機(jī)組儲(chǔ)能調(diào)頻項(xiàng)目正式投入山西電網(wǎng)ACE模式運(yùn)行，11月3日至11月7日ACE模式運(yùn)行期間2號(hào)機(jī)組與儲(chǔ)能系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，2號(hào)機(jī)組調(diào)節(jié)速率多數(shù)時(shí)間可達(dá)到3MW/min，未出現(xiàn)明顯失穩(wěn)現(xiàn)象。平均負(fù)荷250MW，平均調(diào)節(jié)速率2.6MW/mm，儲(chǔ)能設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行。總ACE指令調(diào)節(jié)393次，儲(chǔ)能系統(tǒng)充放電循環(huán)總次數(shù)530次。AGC性能指標(biāo)顯著提升。平均調(diào)節(jié)速率6MW/mm，平均速率指標(biāo)kl=1.4488，平均調(diào)節(jié)精度0.6399MW，平均精度指標(biāo)k2=1.8060，平均響應(yīng)時(shí)間33.6s，平均響應(yīng)時(shí)間指標(biāo)k3=1.4402，平均綜合指標(biāo)kp提升至3.0928。

3具體測試結(jié)果

雖然調(diào)頻表現(xiàn)優(yōu)異，但為了全面評(píng)估儲(chǔ)能裝置的安全性，分別測試脫網(wǎng)時(shí)的背景電能質(zhì)量、儲(chǔ)能裝置并網(wǎng)的運(yùn)行電能質(zhì)量和不同功率連續(xù)運(yùn)行方式下的電能質(zhì)量，測試指標(biāo)有頻率偏差、諧波電壓、諧波電流、電壓偏差、三相電壓不平衡度、電壓閃變等電能質(zhì)量參數(shù)。

3.1儲(chǔ)能裝置背景電能質(zhì)量測試

某發(fā)電廠2號(hào)機(jī)組儲(chǔ)能調(diào)頻項(xiàng)目主動(dòng)退出電網(wǎng)運(yùn)行，在此期間對(duì)電廠在沒有儲(chǔ)能裝置電能質(zhì)量狀況進(jìn)行測試。電能質(zhì)量測試測點(diǎn)位置如圖2所示。

3.1.1運(yùn)行工況

某發(fā)電廠2號(hào)機(jī)組儲(chǔ)能調(diào)頻項(xiàng)目背景電能質(zhì)量測試期間，各單元儲(chǔ)能裝置均停止運(yùn)行。

3.1.2測試結(jié)果

三相電壓不平衡度（95%概率大值）：測量值0.09%，國標(biāo)限值2.0%；

電壓總諧波畸變率（95%概率大值）：測量值0.70%，國標(biāo)限值2.0%；

頻率變化：最大值50.04Hz，最小值49.96Hz，95%概率大值50.02Hz，國標(biāo)限值49.8?50.2Hz；

長時(shí)閃變測量值：0.11，國標(biāo)限值1.00；

電壓偏差最大測量值：1.42%，最小測量值：0.04%，國標(biāo)限值-3%?7%。

3.2儲(chǔ)能裝置并網(wǎng)正常運(yùn)行電能質(zhì)量測試

3.2.1運(yùn)行工況

某發(fā)電廠2號(hào)機(jī)組儲(chǔ)能調(diào)頻項(xiàng)目短路容量238MVA，并網(wǎng)運(yùn)行電能質(zhì)量測試期間，裝置根據(jù)AGC指令均正常運(yùn)行。3.2.2測試結(jié)果

三相電壓不平衡度（95%概率大值）：測量值0.09%；

電壓總諧波畸變率（95%概率大值）：測量值0.70%；

頻率變化：最大值50.04Hz，最小值49.96Hz，95%概率大值50.02Hz；

長時(shí)閃變測量值：0.11；

電壓偏差最大測量值：1.42%，最小測量值：0.04%。注入系統(tǒng)各次諧波電流均滿足國標(biāo)要求；

通過檢測發(fā)現(xiàn)機(jī)組儲(chǔ)能調(diào)頻項(xiàng)目退出電網(wǎng)期間、正常并網(wǎng)運(yùn)行期間，并網(wǎng)點(diǎn)處各項(xiàng)背景電能質(zhì)量指標(biāo)均滿足要求，安全可靠。

4結(jié)語

傳統(tǒng)火電機(jī)組相應(yīng)慢、升降速率不高，特別是處在供熱期的大流量供熱機(jī)組不能完全適應(yīng)時(shí)下電力系統(tǒng)快速發(fā)展及不斷并入新興能源等而引發(fā)的新的頻率穩(wěn)定問題的需要。通過對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)功率、頻率特性及優(yōu)勢的基礎(chǔ)分析，發(fā)現(xiàn)其調(diào)頻效果是常規(guī)火電機(jī)組近50倍，同時(shí)具有環(huán)境、能耗、壽命等綜合經(jīng)濟(jì)效益。在當(dāng)今火電微利時(shí)代是完美解決網(wǎng)源協(xié)調(diào)的有效手段。

[參考文獻(xiàn)]

[1]馮琦，周毅博，桂建忠，等.含大規(guī)模風(fēng)電與儲(chǔ)能元件的電力系統(tǒng)調(diào)頻技術(shù)研究綜述[J].電測與儀表，2017（8）：39-46.endprint