国家能源局(ju)数(shu)据(ju)显(xian)示，2024年一季度，全国可(ke)再生能源新增装机6367万千瓦，同比增长34%，占新增装机的92%。截至(zhi)3月底，全国可(ke)再生能源装机达到15.85亿千瓦，约占我(wo)国总装机的52.9%，其中(zhong)，风电和光(guang)伏发电之(zhi)和突破11亿千瓦。
然而(er)，风电和光(guang)伏发电具有(you)间歇性、随机性和波动性，会在一定(ding)程(cheng)度上影响(xiang)电网安全稳定(ding)运行。
随着新型电力系统建设及“源网荷储”一体化运行的推进，储能电站如(ru)何发挥自身优势、护航电网安全尤为(wei)重要。近日，湖北荆门新港储能电站成功实(shi)施国内首个(ge)百(bai)兆瓦时构网型储能电站黑启动试验，电网应对极端突发情况再添“防护盾”。
30秒恢复供电
黑启动是指电力系统由(you)于故障停运后，依靠系统内具有(you)自启动能力的机组或(huo)系统外电源，使整个(ge)电力系统恢复正常运行。这是保证极端条件下城市电网安全运行的重要手段(duan)。
新港储能电站是国家能源局(ju)新型储能试点示范(fan)项目，站内有(you)16个(ge)集(ji)装箱大小的储能单元，内装磷酸铁锂电池。去年底，电站二期工(gong)程(cheng)并网成功，总容量50兆瓦/100兆瓦时，可(ke)满足1.6万余户(hu)家庭1天的用电需(xu)求；还可(ke)以消纳附近的新能源，帮助电网削峰填(tian)谷(gu)。
在黑启动试验中(zhong)，新港储能电站相邻的高桥变(bian)电站模拟突发停电，无(wu)法向(xiang)外送电。新港储能电站运维人员(yuan)接(jie)到指令，迅速将本站电能送往变(bian)电站帮助其启动，整个(ge)过程(cheng)仅耗时30秒。“黑启动过程(cheng)中(zhong)，24台储能变(bian)流器电压百(bai)分(fen)之(zhi)百(bai)同步，系统频率、电压均可(ke)稳定(ding)控制。”国网湖北电科院熊亮雳博(bo)士(shi)说。
此次黑启动不(bu)仅恢复供电速度快，供电功率大、时间长，且(qie)转换效率超过85%，优于其他黑启动方式。若遭遇电网全停且(qie)故障恢复困难等情况，新港储能电站存储的电能可(ke)带(dai)动所在供区重要用电负荷24小时稳定(ding)运行，并可(ke)为(wei)新能源场站提供站用电源，助其恢复并网发电。
当前，湖北正处(chu)梅雨季节，雷电活动增多，具备黑启动功能及孤网运行能力的储能电站，可(ke)以在极端情况下提供更加稳定(ding)的供电。国网湖北电力公司相关负责(ze)人说，本次试验为(wei)抗灾保供及储能建设发展提供了新思路，同时证明极端情况下构网型储能电站拥(yong)有(you)较(jiao)好(hao)的黑启动功能及离网运行能力。
荆门供电公司发展策划(hua)部副(fu)主任(ren)夏晓荣说，下一步，荆门计划(hua)建设4座规模为(wei)新港储能电站两倍的构网型储能电站，为(wei)当地乃(nai)至(zhi)湖北储备一批具有(you)黑启动功能的抗灾保障电源。
攻克多个(ge)技术难题
为(wei)主动适应新能源快速增长态势，实(shi)现(xian)系统消纳能力更强、整体运行更优，破解储能电站黑启动技术难点尤为(wei)关键(jian)。
“传(chuan)统储能电站多采用跟网型控制技术，需(xu)要跟踪电网的实(shi)时电压和频率才能运行。一旦电网发生波动，跟网型储能电站失去电网的实(shi)时电压和频率数(shu)据(ju)指引，无(wu)法工(gong)作。”国网湖北电科院高级工(gong)程(cheng)师游力说，构网型储能电站自身就能建立实(shi)时电压和频率，既能撑起一个(ge)小型电力系统，也(ye)能直(zhi)连电网，具有(you)较(jiao)强的“独立自理”能力。
这一特(te)性也(ye)让构网型储能电站具备担当黑启动火种的潜力。
此前，抽水蓄能及燃机电站常作为(wei)黑启动载体。传(chuan)统黑启动机组容量普遍较(jiao)大，控制对象少，操作相对简便。
近年来(lai)，新型储能电站加快建设，清洁高效的电池储能替代传(chuan)统同步发电机，成为(wei)黑启动新载体。然而(er)，电池储能系统控制对象数(shu)量通常在几十台乃(nai)至(zhi)百(bai)台，存在电压控制同步困难、多储能变(bian)流器环流抑制等问题。
去年1月，国网湖北电科院组织专业技术人员(yuan)成立攻关团队，与南京南瑞继保电气(qi)有(you)限公司联合(he)研发构网型储能技术，通过开展硬件在环仿真、机组测试以及整站实(shi)证，成功攻克构网型储能黑启动中(zhong)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同时、同频、同相位黑启动升压。”游力介绍，黑启动多机并联控制主要攻克了协调(diao)控制系统毫(hao)秒级的快速通信技术，以及黑启动过程(cheng)中(zhong)的相位修正技术。构网限流策略优化可(ke)实(shi)现(xian)有(you)源阻尼算(suan)法重构，防止因启动线路、变(bian)压器、电动机等设备使储能变(bian)流器短时过载，抑制储能变(bian)流器谐振。这一系列创新提升了新型储能作为(wei)黑启动电源的可(ke)靠性。