国(guo)家能(neng)源局数(shu)据(ju)显(xian)示，2024年一季度(du)，全国(guo)可再生能(neng)源新(xin)增装机6367万千瓦，同比(bi)增长34%，占新(xin)增装机的92%。截至3月底，全国(guo)可再生能(neng)源装机达到15.85亿千瓦，约占我国(guo)总装机的52.9%，其中，风电和光伏发电之(zhi)和突破11亿千瓦。
然而，风电和光伏发电具有间歇性、随机性和波动性，会在一定程度(du)上影响电网安全稳定运行(xing)。
随着新(xin)型电力系统建设及“源网荷储(chu)”一体化运行(xing)的推进(jin)，储(chu)能(neng)电站如何发挥(hui)自身优势(shi)、护航电网安全尤为重要。近日，湖北荆门(men)新(xin)港储(chu)能(neng)电站成功实施国(guo)内首个百兆瓦时构网型储(chu)能(neng)电站黑启动试验，电网应对极端突发情况(kuang)再添“防护盾”。
30秒(miao)恢复(fu)供电
黑启动是指电力系统由于故障停运后，依靠系统内具有自启动能(neng)力的机组(zu)或系统外电源，使(shi)整个电力系统恢复(fu)正常(chang)运行(xing)。这是保证极端条件下城市电网安全运行(xing)的重要手(shou)段。
新(xin)港储(chu)能(neng)电站是国(guo)家能(neng)源局新(xin)型储(chu)能(neng)试点示范项目，站内有16个集装箱大(da)小的储(chu)能(neng)单(dan)元，内装磷酸铁锂电池。去(qu)年底，电站二期工程并网成功，总容量50兆瓦/100兆瓦时，可满足(zu)1.6万余户(hu)家庭1天的用电需(xu)求(qiu)；还可以消纳附近的新(xin)能(neng)源，帮助电网削峰填谷。
在黑启动试验中，新(xin)港储(chu)能(neng)电站相邻的高桥变电站模拟突发停电，无法向(xiang)外送电。新(xin)港储(chu)能(neng)电站运维(wei)人员接到指令，迅速将本站电能(neng)送往变电站帮助其启动，整个过程仅(jin)耗时30秒(miao)。“黑启动过程中，24台储(chu)能(neng)变流器电压(ya)百分之(zhi)百同步，系统频率、电压(ya)均可稳定控制。”国(guo)网湖北电科院熊亮(liang)雳博士(shi)说。
此次黑启动不仅(jin)恢复(fu)供电速度(du)快，供电功率大(da)、时间长，且转换效率超过85%，优于其他黑启动方式。若遭遇电网全停且故障恢复(fu)困难等情况(kuang)，新(xin)港储(chu)能(neng)电站存储(chu)的电能(neng)可带动所在供区重要用电负荷24小时稳定运行(xing)，并可为新(xin)能(neng)源场站提(ti)供站用电源，助其恢复(fu)并网发电。
当前，湖北正处梅雨季节，雷电活动增多，具备黑启动功能(neng)及孤网运行(xing)能(neng)力的储(chu)能(neng)电站，可以在极端情况(kuang)下提(ti)供更(geng)加稳定的供电。国(guo)网湖北电力公司相关(guan)负责(ze)人说，本次试验为抗灾保供及储(chu)能(neng)建设发展提(ti)供了新(xin)思路(lu)，同时证明(ming)极端情况(kuang)下构网型储(chu)能(neng)电站拥有较好的黑启动功能(neng)及离网运行(xing)能(neng)力。
荆门(men)供电公司发展策划部(bu)副主任夏晓(xiao)荣说，下一步，荆门(men)计划建设4座(zuo)规(gui)模为新(xin)港储(chu)能(neng)电站两倍的构网型储(chu)能(neng)电站，为当地乃至湖北储(chu)备一批具有黑启动功能(neng)的抗灾保障电源。
攻克多个技术(shu)难题
为主动适应新(xin)能(neng)源快速增长态(tai)势(shi)，实现系统消纳能(neng)力更(geng)强、整体运行(xing)更(geng)优，破解储(chu)能(neng)电站黑启动技术(shu)难点尤为关(guan)键。
“传统储(chu)能(neng)电站多采用跟网型控制技术(shu)，需(xu)要跟踪电网的实时电压(ya)和频率才能(neng)运行(xing)。一旦电网发生波动，跟网型储(chu)能(neng)电站失去(qu)电网的实时电压(ya)和频率数(shu)据(ju)指引，无法工作(zuo)。”国(guo)网湖北电科院高级工程师游力说，构网型储(chu)能(neng)电站自身就能(neng)建立实时电压(ya)和频率，既能(neng)撑(cheng)起(qi)一个小型电力系统，也能(neng)直连电网，具有较强的“独立自理”能(neng)力。
这一特性也让构网型储(chu)能(neng)电站具备担当黑启动火种的潜力。
此前，抽水蓄能(neng)及燃(ran)机电站常(chang)作(zuo)为黑启动载体。传统黑启动机组(zu)容量普遍较大(da)，控制对象少，操作(zuo)相对简(jian)便。
近年来，新(xin)型储(chu)能(neng)电站加快建设，清洁高效的电池储(chu)能(neng)替代传统同步发电机，成为黑启动新(xin)载体。然而，电池储(chu)能(neng)系统控制对象数(shu)量通常(chang)在几十台乃至百台，存在电压(ya)控制同步困难、多储(chu)能(neng)变流器环流抑制等问题。
去(qu)年1月，国(guo)网湖北电科院组(zu)织专业技术(shu)人员成立攻关(guan)团(tuan)队，与南京南瑞继保电气(qi)有限公司联合研发构网型储(chu)能(neng)技术(shu)，通过开展硬件在环仿真、机组(zu)测试以及整站实证，成功攻克构网型储(chu)能(neng)黑启动中的多机并联控制以及构网限流策略难题。
“难点在于保证各机组(zu)同时、同频、同相位黑启动升压(ya)。”游力介绍，黑启动多机并联控制主要攻克了协调控制系统毫秒(miao)级的快速通信技术(shu)，以及黑启动过程中的相位修正技术(shu)。构网限流策略优化可实现有源阻尼算法重构，防止因启动线(xian)路(lu)、变压(ya)器、电动机等设备使(shi)储(chu)能(neng)变流器短时过载，抑制储(chu)能(neng)变流器谐振。这一系列创新(xin)提(ti)升了新(xin)型储(chu)能(neng)作(zuo)为黑启动电源的可靠性。