儲能技術在山西電力系統調頻領域的應用

王京+馬洪波+郭太平

摘要：儲能技術近20年發展極為迅速，特別是隨著風電等間歇性新能源的發展和大規模并網，電力級儲能技術不斷突破發展瓶頸，并在工業實踐中取得實質進展。儲能技術目前更多應用于電網調頻，所具有的瞬時及精確控制能力依托目前輔助服務調頻補償收益，在現階段電力系統提供高質量調頻服務上得到了重點開發與應用。文章對儲能技術在山西電力系統調頻領域的應用進行探究，以期為解決網源協調問題提供一定參考。

關鍵詞：儲能技術；調頻；電能質量

1儲能技術概述

由于風電和光伏發電的快速發展迅速增加電力調頻的任務量，未來火電企業承擔的調頻任務會越來越重。山西電網從2013年開始，調頻補償費用保持在3000萬元左右。隨著可再生能源的大量接入，未來火電企業承擔的調頻任務會越來越重。目前，山西電網風電裝機容量己突破750萬kW，對應的風電穿透率超過10%。研究結果顯示，風電的穿透率從0增加到20%時，電網自動發電量控制（AutomaticGenerationControl，AGC）調頻需求將成倍增長，由于火電機組AGC調節能力較弱，超凈排放改造后機組調節能力進一步下降頻繁快速調節會增加火電機組磨損和發電煤耗，對機組安全運行帶來風險[1]。

儲能技術的應用對火電機組AGC調節能力有明顯的提升，儲能設備投運后發電機合并出力如圖1所示。儲能的功率指令響應能力有以下技術優勢：（1）響應速度：1s；（2）功率精度：99%；（3）調節范圍：2X儲能額定功率；（4）快速折返：上調下調瞬間轉換。

2儲能技術在山西電力系統調頻領域的應用一以某廠儲能調頻為例

某發電廠2號機組儲能系統本體為戶外集裝箱布置，共包括3個鋰電池集裝箱，3個PCS集裝箱。PCS集裝箱通過高壓電纜與配電室6kV高壓開關柜相連，鋰電池集裝箱與PCS集裝箱通過1kV直流電纜連接。項目9MW儲能系統通過電廠2#機組高廠變6kV母線接入電廠系統，之后增加儲能系統在1#機組的電氣和信號接入回路，實現儲能系統的雙回路接入。儲能系統可在某電廠2#機組停機期間，自動切換到與1#機組聯合運行，以保證儲能系統的設備利用率。儲能系統在新增1#機組電氣接入回路后，為了避免儲能系統運行模式混亂，對儲能系統在1#機組與2#機組電氣接入回路間做了互鎖聯動控制。

2015年11月3日11時起，某電廠2號機組儲能調頻項目正式投入山西電網ACE模式運行，11月3日至11月7日ACE模式運行期間2號機組與儲能系統運行穩定，2號機組調節速率多數時間可達到3MW/min，未出現明顯失穩現象。平均負荷250MW，平均調節速率2.6MW/mm，儲能設備穩定運行?？侫CE指令調節393次，儲能系統充放電循環總次數530次。AGC性能指標顯著提升。平均調節速率6MW/mm，平均速率指標kl=1.4488，平均調節精度0.6399MW，平均精度指標k2=1.8060，平均響應時間33.6s，平均響應時間指標k3=1.4402，平均綜合指標kp提升至3.0928。

3具體測試結果

雖然調頻表現優異，但為了全面評估儲能裝置的安全性，分別測試脫網時的背景電能質量、儲能裝置并網的運行電能質量和不同功率連續運行方式下的電能質量，測試指標有頻率偏差、諧波電壓、諧波電流、電壓偏差、三相電壓不平衡度、電壓閃變等電能質量參數。

3.1儲能裝置背景電能質量測試

某發電廠2號機組儲能調頻項目主動退出電網運行，在此期間對電廠在沒有儲能裝置電能質量狀況進行測試。電能質量測試測點位置如圖2所示。

3.1.1運行工況

某發電廠2號機組儲能調頻項目背景電能質量測試期間，各單元儲能裝置均停止運行。

3.1.2測試結果

三相電壓不平衡度（95%概率大值）：測量值0.09%，國標限值2.0%；

電壓總諧波畸變率（95%概率大值）：測量值0.70%，國標限值2.0%；

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

長時閃變測量值：0.11，國標限值1.00；

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

3.2儲能裝置并網正常運行電能質量測試

3.2.1運行工況

某發電廠2號機組儲能調頻項目短路容量238MVA，并網運行電能質量測試期間，裝置根據AGC指令均正常運行。3.2.2測試結果

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%。注入系統各次諧波電流均滿足國標要求；

通過檢測發現機組儲能調頻項目退出電網期間、正常并網運行期間，并網點處各項背景電能質量指標均滿足要求，安全可靠。

4結語

傳統火電機組相應慢、升降速率不高，特別是處在供熱期的大流量供熱機組不能完全適應時下電力系統快速發展及不斷并入新興能源等而引發的新的頻率穩定問題的需要。通過對儲能系統功率、頻率特性及優勢的基礎分析，發現其調頻效果是常規火電機組近50倍，同時具有環境、能耗、壽命等綜合經濟效益。在當今火電微利時代是完美解決網源協調的有效手段。

[參考文獻]

[1]馮琦，周毅博，桂建忠，等.含大規模風電與儲能元件的電力系統調頻技術研究綜述[J].電測與儀表，2017（8）：39-46.endprint