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冀北电科院刘辉:风储系统协调控制策略研究

作者:中国国际储能大会 来源:中国国际储能大会
时间:2019-05-26 时间:2019/5/26 22:37:27 浏览:

中国国际储能大会:4月24-26日,由中国化学与物理电源行业协会储能应用分会主办的第九届中国国际储能大会在浙江省杭州市洲际酒店召开。在4月25日上午的“储能电站与技术应用(二)专场”,国网冀北电力有限公司电力科学研究院新能源所所长刘辉在会上分享了主题报告《风储系统协调控制策略研究》,以下为演讲实录:

刘辉:大家上午好!非常高兴今天能有机会跟大家汇报一下,我们在储能电能侧应用的案例。大家知道最近这一年新能源发展非常快。以风电为例,全世界接近三分之一多的风电都装在了中国。每年风电装机新增的容量接近一半装在了中国。2011年的时候,我们这个工程是一期工程投产。今天主要汇报的是我们站里面储能的运行情况。

今天给大家汇报的内容是三个部分,第一部分给大家讲一下风光储这几年运行的情况,二和三是最近几年我们在风光储做的一些工作。梯次利用的储能系统以及新能源主动支撑方面的应用。风光储刚才给大家讲了,从2009年开始工程开始启动建设。2011年一期工程投产,2012年是二期工程投产。从2016年到现在做的就是动力电池梯次利用的示范和虚拟同步机的示范。

简单给大家回顾一下,风光储现在的装机情况。光伏现在是十万,示范类型有五种,工业上能用的都示范了。多晶硅、多晶硅等等。风电一共是七个机型,容量从两兆瓦到五兆瓦。五兆瓦是陆上容量最大的。这是今天给大家说的重点,就是储能。这个站里面配的储能一共是七大类,原来设计的是六类,最后2017年的时候投产了梯次利用的储能,就是七类。锂电池储能系统、铅酸还有钛酸锂、液流、超级电容。它的应用情况,它有四大功能,跟踪计划能力,平滑处理,削峰填谷等等四大功能。

时间关系简单给大家讲一讲,最近一两年运行上的案例。第一个就是跟踪计划处理。黑色的曲线就是下达给电站的指令。绿色的这条曲线是风和光加在一起处理的综合。有了储能的电站,风光储加起来的就是红色的红线,和计划曲线接近度非常高。我们做了一个对比,在一些计划容许范围内的比值,有了储能的存在以后,提高了很多,由60%提高到90%。这是今年二月份的储能系统。通过这种模式,不光能跟踪计划处理,还能通过减少弃风实现盈利。一个月16万元。这是平滑波动运行数据分析,下面黑色的曲线就是储能的处理变化。上面的分别是风和光的处理变化。这边是平滑以后的效果。

因为我们是电科院,这几年对风光储的储能从投运到现在有七八年的时间了。这是一些实验的主要结果,2017年10月份一次实验的结果。电池厂家也很多,能量保持率还有能量转化的效率,差异性还是比较大的。好的效率能在90%左右。这个效率是没有包含变流器的,所以会偏高一些。根据单体电压还有内阻抗对劣化的电池做一个识别。每年风光储都要换掉一些电池,由厂家去更换。电科院跟风光储开展的一些工作。

后面两个是今天给大家介绍的重点。梯次利用风光储做了两个小工程,一个就是2016年的时候,做了一个1.2MW的梯次利用。这是对外宣传比较多的。这是3MW,3h的梯次利用。该系统采用青岛薛家岛电动大巴退役的电池完成的。这个大家都懂。电池筛选、成组的过程如下。电池筛选重组,一个是剩余容量,一个是重新配组。在实验室里面也对退下来的电池做了很多检测。这是我们系统的构成情况。

重点给大家讲讲储能在新能源主动支撑方面的应用。刚才主持人刘总都讲了,虚拟同步机。这一块不给大家说太细。给大家几个概念,虚拟同步机使新能源由被动调节转为主动支撑。我个人认为,这应该是新能源的发电装备的一次升级换代。这种需求很大。这种需求主要在中国。时间关系就不给大家讲了。被动调节是什么,主动调节是什么。原来不具备主动支撑电网能力的。一次调频本来是不具备的。不需要接受调度给的指令,根据电网的信号变化,电压和频率的变化自动改变阻尼。就跟人一样,这个东西很热,大人告诉你不能摸,这就是被动的反应。摸了以后手很快地缩回来,这就是主动反应。我是搞新能源并网的,我们觉得主动支撑应该是未来五年的新能源这一块的发展重点。储能在这个过程中扮演了非常重要的角色。

我们在风光储做了六种虚拟同步机,其中三大类。光伏虚拟同步机、风电虚拟同步机和电站式虚拟同步机。其中光伏虚拟同步机采用的是配置超级电容还有磷酸铁锂电池。整个工程2017年底投运,第一台虚拟同步机是2016年投运的。这是风电虚拟同步机,这是2MW的风电。光伏虚拟同步机配了两种电池,一个就是锂电池,一个就是超级电容。10%的储能的配置,我们的配置因为500千瓦的配置器。下面有一些对比。给大家说一个结论。这是储能的虚拟同步机,两个厂家,各做了两台储能虚拟同步机,分布是5MW20分钟的。它能承担起100MW的风电厂。我们采用的方法,就是电压源型,不是下垂控制的。控制结构是主控和模块化分层控制。电池这一块有两种技术,一种就是低电压的双级拓扑结构。还有SOC的主动均衡和容量保持的策略。整个指标虚拟同步机惯量的响应时间是50毫秒。现场的实验室做过一些实验。刚才刘总也讲到了,这个地方就不展开讲了。

下面有几点,我们的示范工程的研究结论。也不一定对,就是我们自己的一些摸索探索,供大家参考。第一个,在主动支撑方面,我们需要什么样的储能?是锂电池还是超级电容?原来大家最早的想法一次调频需要响应速度非常批,锂电池响应速度不够快。但是经过我们的实验,锂电池足够了。锂电池根本不是问题。超级电容也很好,但是它的容量是一个问题。我们在一次调频做的时候需要有一定的时间长度,比较好的是五分钟以上。五分钟以上的超级电容价格是很高的。这是关于主动支撑这一块电池类型的选择。另外就是储能的布置,是在电站内和每个电流器开始配还是整场配。第三个风电调频,有好多种方案,预留备用的方法和加充储能。这个就不说了。

这是预留备用调频方案。不同的处理曲线算出来的东西是不一样的,我们在这种案例下算出来是49%。从技术经济角度讲,预留备用的方法基本上就被枪毙了。这种案例会越来越少。这是配置储能,这是一个示范工程的例子,总投资是两千多万。每年的投资大概算下来就是一两百万的水平。刚才每年给大家对比的数字是两千多万的弃风电量。经济优势非常明显。我们还是推荐,如果要预留备用的方法还是配置储能要明显地更为经济。这一块就是延伸性的,还可以把储能和风电集组的风轮的转子惯量结合起来。

这就是我今天给大家分享的一些内容。欢迎大家会后批评指正,谢谢大家!


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