储能技术在山西电力系统调频领域的应用

    王京+马洪波+郭太平

    

    

    摘要：储能技术近20年发展极为迅速，特别是随着风电等间歇性新能源的发展和大规模并网，电力级储能技术不断突破发展瓶颈，并在工业实践中取得实质进展。储能技术目前更多应用于电网调频，所具有的瞬时及精确控制能力依托目前辅助服务调频补偿收益，在现阶段电力系统提供高质量调频服务上得到了重点开发与应用。文章对储能技术在山西电力系统调频领域的应用进行探究，以期为解决网源协调问题提供一定参考。

    关键词：储能技术；调频；电能质量

    1储能技术概述

    由于风电和光伏发电的快速发展迅速增加电力调频的任务量，未来火电企业承担的调频任务会越来越重。山西电网从2013年开始，调频补偿费用保持在3000万元左右。随着可再生能源的大量接入，未来火电企业承担的调频任务会越来越重。目前，山西电网风电装机容量己突破750万kW，对应的风电穿透率超过10%。研究结果显示，风电的穿透率从0增加到20%时，电网自动发电量控制（AutomaticGenerationControl，AGC）调频需求将成倍增长，由于火电机组AGC调节能力较弱，超净排放改造后机组调节能力进一步下降频繁快速调节会增加火电机组磨损和发电煤耗，对机组安全运行带来风险[1]。

    储能技术的应用对火电机组AGC调节能力有明显的提升，储能设备投运后发电机合并出力如图1所示。储能的功率指令响应能力有以下技术优势：（1）响应速度：1s；（2）功率精度：99%；（3）调节范围：2X储能额定功率；（4）快速折返：上调下调瞬间转换。

    2储能技术在山西电力系统调频领域的应用一以某厂储能调频为例

    某发电厂2号机组储能系统本体为户外集装箱布置，共包括3个锂电池集装箱，3个PCS集装箱。PCS集装箱通过高压电缆与配电室6kV高压开关柜相连，锂电池集装箱与PCS集装箱通过1kV直流电缆连接。项目9MW储能系统通过电厂2#机组高厂变6kV母线接入电厂系统，之后增加储能系统在1#机组的电气和信号接入回路，实现储能系统的双回路接入。储能系统可在某电厂2#机组停机期间，自动切换到与1#机组联合运行，以保证储能系统的设备利用率。储能系统在新增1#机组电气接入回路后，为了避免储能系统运行模式混乱，对储能系统在1#机组与2#机组电气接入回路间做了互锁联动控制。

    2015年11月3日11时起，某电厂2号机组储能调频项目正式投入山西电网ACE模式运行，11月3日至11月7日ACE模式运行期间2号机组与储能系统运行稳定，2号机组调节速率多数时间可达到3MW/min，未出现明显失稳现象。平均负荷250MW，平均调节速率2.6MW/mm，储能设备稳定运行。总ACE指令调节393次，储能系统充放电循环总次数530次。AGC性能指标显著提升。平均调节速率6MW/mm，平均速率指标kl=1.4488，平均调节精度0.6399MW，平均精度指标k2=1.8060，平均响应时间33.6s，平均响应时间指标k3=1.4402，平均综合指标kp提升至3.0928。

    3具体测试结果

    虽然调频表现优异，但为了全面评估储能装置的安全性，分别测试脱网时的背景电能质量、储能装置并网的运行电能质量和不同功率连续运行方式下的电能质量，测试指标有频率偏差、谐波电压、谐波电流、电压偏差、三相电压不平衡度、电压闪变等电能质量参数。

    3.1储能装置背景电能质量测试

    某发电厂2号机组储能调频项目主动退出电网运行，在此期间对电厂在没有储能装置电能质量状况进行测试。电能质量测试测点位置如图2所示。

    3.1.1运行工况

    某发电厂2号机组储能调频项目背景电能质量测试期间，各单元储能装置均停止运行。

    3.1.2测试结果

    三相电压不平衡度（95%概率大值）：测量值0.09%，国标限值2.0%；

    电压总谐波畸变率（95%概率大值）：测量值0.70%，国标限值2.0%；

    频率变化：最大值50.04Hz，最小值49.96Hz，95%概率大值50.02Hz，国标限值49.8?50.2Hz；

    长时闪变测量值：0.11，国标限值1.00；

    电压偏差最大测量值：1.42%，最小测量值：0.04%，國标限值-3%?7%。

    3.2储能装置并网正常运行电能质量测试

    3.2.1运行工况

    某发电厂2号机组储能调频项目短路容量238MVA，并网运行电能质量测试期间，装置根据AGC指令均正常运行。3.2.2测试结果

    三相电压不平衡度（95%概率大值）：测量值0.09%；

    电压总谐波畸变率（95%概率大值）：测量值0.70%；

    频率变化：最大值50.04Hz，最小值49.96Hz，95%概率大值50.02Hz；

    长时闪变测量值：0.11；

    电压偏差最大测量值：1.42%，最小测量值：0.04%。注入系统各次谐波电流均满足国标要求；

    通过检测发现机组储能调频项目退出电网期间、正常并网运行期间，并网点处各项背景电能质量指标均满足要求，安全可靠。

    4结语

    传统火电机组相应慢、升降速率不高，特别是处在供热期的大流量供热机组不能完全适应时下电力系统快速发展及不断并入新兴能源等而引发的新的频率稳定问题的需要。通过对储能系统功率、频率特性及优势的基础分析，发现其调频效果是常规火电机组近50倍，同时具有环境、能耗、寿命等综合经济效益。在当今火电微利时代是完美解决网源协调的有效手段。

    [参考文献]

    [1]冯琦，周毅博，桂建忠，等.含大规模风电与储能元件的电力系统调频技术研究综述[J].电测与仪表，2017（8）：39-46.