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刘辉:虚拟同步机在新能源电站的研究与应用

储能网讯:“最近几年新能源发展非常迅猛,到2017年年底,我国风电装机容量达到1.64亿千瓦,光伏装机容量达到1.3亿千瓦,规模均居世界第一。我们1900多万新能源装机也占到全球新能源装机的37%,新能源已成为近20个省级电网第二大电源。但是新能源机组不具备常规机组的频率和电压支撑的能力,会导致系统有功和无功储备减少。我们从2016年国内电网公司层面推动试点,我们就启动了新能源虚拟同步机示范工程建设,探索适应中国国情的新能源主动支撑电网技术和工程实现方案。”

——摘自刘辉在2018中国储能西部论坛发言

刘辉:虚拟同步机在新能源电站的研究与应用

2018年8月2日中国储能西部论坛在青海海东举办。在“西部各区域储能典型应用探讨”环节,国网冀北电力科学研究院新能源研究所所长刘辉作了“储能在新能源电站主动支撑能力方面的应用”主题演讲,以下为演讲全文。

刘辉:大家下午好,下面我给大家汇报一下储能在新能源主动支撑电网运行方面的一些探索。首先给大家介绍一下新能源主动支撑,什么是主动支撑呢?这一块的挑战有多少?另外就是AGC这一块的调度下面,主动算什么,新设备能源设备,新能源电站,不接触调度,根据电网的运行情况,比如说电网的电压、频率等自主、自动地去降低,这种能力叫做新能源的主动支撑。

最近几年,随着新能源的规模变大,需求也越来越迫切。我今天给大家汇报三个方面:第一个是新能源需求的分析。我们对新能源主动支撑需求分析。第二个是虚拟同步机示范工程建设。第三个是相关实验与应用模式的研究。

最近几年新能源发展非常迅猛,到2017年年底,我国风电装机容量达到1.64亿千瓦,光伏装机容量达到1.3亿千瓦,规模均居世界第一。我们1900多万新能源装机也占到全球新能源装机的37%,新能源已成为近20个省级电网第二大电源。

因为我来自冀北,2015年7月,国务院批准建设张家口可再生能源示范区,按照这一块的规划,预计2030年,张家口可再生能源示范区风电达到2000万,光伏是24000万,光热是600万千瓦。蓝图描绘得非常宏大实际上在高占比区域,从电网的运行角度还是面临挑战,主要是电网调节能力下降,新能源机组不具备常规机组的频率和电压支撑的能力,会导致系统有功和无功储备减少。

第二个是电网的抗扰能力不断下降,这一块比较专业。新能源的有效转动惯量远小于常规组合,会导致系统总体惯量不断减少,持续恶化电网的抗扰能力。

第三个是电网稳定风险不断增加。新能源电网等设备的接入,会导致电网电力电子化程度不断提高,系统稳定形态更为复杂,同时将日益增大电网的稳定风险。

我们新能源要想参与这个环节的话,第一个是汽包预留备用,第二个就是自动感知到系统频率变化,这种变化就是有一个调速器,我们有两种方法让它去预留备用,汽包在新能源方面预留一个汽包出来。比如说发电这一块一个是一个兆的,所以这种情况下,我留一些就可以了,这就是平常所说的预留备用的。

第二个是和今天主题配一些储能,调速器这一块,将来可以虚拟同步控制的方式,使它虚拟进一步调频的功能。

前面几个片子有一点技术,所以跟大家说明比较费劲,下面我说一下冀北公司在虚拟同步机方面做的一些探索。实际上从2016年国内电网公司层面推动试点,我们启动了新能源虚拟同步机示范工程建设,探索适应中国国情的新能源主动支撑电网技术和工程实现方案。

2019年11月份,我们59台风电虚拟全部改动。第二个是我们光伏虚拟同步机示范工程进展,这一块工程进展比较快,2016年1月份,我们首台光伏虚拟同步机挂网运行。2016年12月份,光伏虚拟同步机全部建成投运;2017年3月份完成光伏机现场试验。我们储能配置有两种,一种是储能配置,一种是超级电网。

第三个虚拟空机改造是集中式的虚拟空机,这是光伏的集中式PCS,这个是储能虚拟空机的电池,这个是我们虚拟同机这一块,我们两个5兆瓦的,我们选的虚拟电池有两个,一个是比亚迪的,还有一个是绿成(音)的。在2017年7月份的,我们完成了样机的研制。2017年12月份,我们2台电站式机全部投运。

最后简单说一下我们围绕示范工程所作的工作。

PPT图示:这是我们运行的曲线。这里跟大家说两个,这个是上面系统频率的信号,我们很多电网都在滚动,下面这个是储能电站响应情况,系统频率低压以后,实际上事后分析,这一块不仅仅是一次调频,主要含量是挂电这一块的作用。

各类试验和实验运行情况表明风电、光伏、电站式虚拟同步机,均具备调频、调压、阻尼等主动支撑能力。

相关的试验与应用模式研究,这一块能否通过转子惯量进行一次调频,经济性好,不增加风电场的成本,但存在严重的频率二次跌落问题。虽然研究提出多种转述综合恢复策略,但频率二次跌落问题仍无法消除,在最佳改善效果的情况下二次造成的频率跌落深度仍然和新能源机组不参与调频方式下的频率跌落深度相仿。风电组机叶轮和转子惯量可发挥类似常规机组的惯量支撑作用,不宜作为一次调频能量的来源。

预留备用OR加装储能,预留备用的风电虚拟同步机调频特性与火电机组相当,但经济性较差。以100MW风场为例,其年经济损失达2500万。

集中加装储能需增加风电投资2—3%,对于100MW风电场,储能投资约2650万元,约等于一年的弃风损失。

对于风电场这一块,不能不仅主张加装,我们还建议把转子惯量和储能结合起来,承担调频峰值需求与稳态需求的差值,充分发挥其短时小幅度支撑的峰值。

光伏电站,今天下午讨论了很多,光伏电站用两种方式,一个是把我们光伏电量和我们的储能结合起来,一种是光伏电量里面,在电站加起来,现在我们的观点,我们安装在电站里面加比较合适,原因是集中加了以后运营比较简单一些。第二个集中加了以后,总体容量比较大,我们可以看到多种模式的应用。

最后几点思考。今天刚才座谈的时候也讨论到了,我觉得多模式应用是一个未来的方向。第二个是储能的选型和配置相关的一些技术。虽然经过在座各位几年的努力,已经有很大的进步,但是我们觉得还是有一些问题需要解决,规模化的问题,安全成本、寿命、备率、响应速度还有多模式应用配置的优化等问题。

最后,市场机制建设和市场激励是关键。这一块有市场激励和鼓励,另外机制的建设也是非常关键的。

我今天给大家汇报这么多,很多观点都是个人的观点,不代表我们公司。如果大家有问题,欢迎会后与我们进行讨论。

来源:北极星储能网

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