中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：
摘 要 針對(duì)新能源場(chǎng)站一次調(diào)頻技術(shù)的迫切需求，本工作研究了MW級(jí)飛輪陣列在此場(chǎng)景下的創(chuàng)新應(yīng)用，設(shè)計(jì)了飛輪儲(chǔ)能陣列系統(tǒng)集成接入方案，提出了飛輪儲(chǔ)能陣列參與新能源場(chǎng)站一次調(diào)頻控制策略，并在新能源場(chǎng)站主變低壓側(cè)(35 kV)獨(dú)立接入了一套5 MW/175 kWh的飛輪陣列系統(tǒng)。為了全面驗(yàn)證該方案的可行性與性能優(yōu)勢(shì)，本工作實(shí)施了一系列的試驗(yàn)測(cè)試，涵蓋單機(jī)充放電快速切換、頻率階躍擾動(dòng)響應(yīng)、防擾動(dòng)性能校驗(yàn)以及一次調(diào)頻死區(qū)測(cè)試等多個(gè)維度的工況試驗(yàn)。此外，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)長(zhǎng)期運(yùn)行的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，綜合分析表明，采用MW級(jí)飛輪陣列顯著增強(qiáng)了新能源場(chǎng)站的一次調(diào)頻能力，提高了系統(tǒng)響應(yīng)速度。
關(guān)鍵詞 新能源場(chǎng)站；一次調(diào)頻；飛輪儲(chǔ)能；飛輪陣列
隨著國(guó)家“碳達(dá)峰、碳中和”目標(biāo)的設(shè)立，預(yù)計(jì)到2030年，以化石能源為主導(dǎo)的電力格局將逐漸轉(zhuǎn)型為以新能源發(fā)電裝機(jī)及發(fā)電量占據(jù)主導(dǎo)地位的新型電力系統(tǒng)，這一變革不僅標(biāo)志著我國(guó)能源結(jié)構(gòu)的優(yōu)化升級(jí)，更是確保未來(lái)能源安全與保障的重要舉措。然而，以風(fēng)電和光伏為代表的新能源發(fā)電系統(tǒng)具有間歇波動(dòng)性和不確定性，必須解決新能源消納受限以及電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定的問(wèn)題。為了維持電網(wǎng)頻率的穩(wěn)定，2018年6月6日，國(guó)家能源局頒布了《電力系統(tǒng)網(wǎng)源協(xié)調(diào)技術(shù)規(guī)范》，其中明文要求風(fēng)力發(fā)電站和太陽(yáng)能光伏電站必須配備有一次調(diào)頻功能，到2020年，超過(guò)15個(gè)省份強(qiáng)制要求新能源場(chǎng)站配置一次調(diào)頻功能。同年7月1日，國(guó)家開(kāi)始強(qiáng)制實(shí)施新的《電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導(dǎo)則》標(biāo)準(zhǔn)(GB 38755—2019)，要求所有接入35 kV及以上電壓等級(jí)的電源都必須具備一次調(diào)頻功能。此外，從2022年5月1日開(kāi)始，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《并網(wǎng)電源一次調(diào)頻技術(shù)規(guī)定及試驗(yàn)導(dǎo)則》(GB/T 40595—2021)進(jìn)一步要求新能源場(chǎng)站應(yīng)具備上調(diào)6%和下調(diào)10%的一次調(diào)頻調(diào)節(jié)范圍。
新能源場(chǎng)站具備一次調(diào)頻功能是保證電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的重要手段，其參與電力系統(tǒng)調(diào)頻的方式可以大致分為兩類(lèi)：第一類(lèi)是通過(guò)改進(jìn)新能源場(chǎng)站自身的功率調(diào)節(jié)功能，以提供電網(wǎng)頻率支撐功率。第二類(lèi)則是通過(guò)附加儲(chǔ)能系統(tǒng)來(lái)協(xié)助新能源場(chǎng)站參與電力系統(tǒng)頻率的調(diào)節(jié)。電力系統(tǒng)一次調(diào)頻具有短時(shí)功率輸出大、要求響應(yīng)時(shí)間迅速、持續(xù)時(shí)間短以及充放電頻次較高等特征，是功率型儲(chǔ)能系統(tǒng)的典型應(yīng)用場(chǎng)景[5]。飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)作為一種新型的儲(chǔ)能技術(shù)，憑借其快速響應(yīng)能力和卓越的高功率密度，特別適用于電網(wǎng)一次調(diào)頻這種短時(shí)、高頻次的充放電應(yīng)用場(chǎng)景。近年來(lái)，已有一些研究將飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)應(yīng)用于新能源場(chǎng)站的一次調(diào)頻中，文獻(xiàn)[7]引入了飛輪儲(chǔ)能陣列系統(tǒng)，設(shè)計(jì)了飛輪儲(chǔ)能陣列系統(tǒng)與風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌⑻岢隽讼鄳?yīng)的充放電及安全協(xié)調(diào)控制策略，通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了飛輪儲(chǔ)能陣列系統(tǒng)與風(fēng)電場(chǎng)協(xié)同運(yùn)行的有效性。文獻(xiàn)[8]則針對(duì)風(fēng)電場(chǎng)飛輪陣列儲(chǔ)能系統(tǒng)，研究了基于分層架構(gòu)的分布式控制策略，通過(guò)理論分析和仿真實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了所提出的一致性算法在飛輪儲(chǔ)能陣列系統(tǒng)中的應(yīng)用可行性。文獻(xiàn)[9]研究了飛輪儲(chǔ)能陣列在風(fēng)電場(chǎng)中的應(yīng)用，提出了相關(guān)的功率協(xié)調(diào)控制及儲(chǔ)能陣列分層分組控制策略，仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證，采用飛輪組合的方法確實(shí)可以穩(wěn)定風(fēng)力發(fā)電的瞬時(shí)功率波動(dòng)，且波動(dòng)幅度維持在允許的限定區(qū)間之內(nèi)。文獻(xiàn)[10]提出在風(fēng)電場(chǎng)交流出口處接入飛輪儲(chǔ)能裝置，并設(shè)計(jì)了一種基于飛輪儲(chǔ)能的風(fēng)電場(chǎng)調(diào)頻控制策略，通過(guò)仿真驗(yàn)證了控制策略的有效性。以上研究工作基本上都是以理論仿真研究和樣機(jī)研制為主，應(yīng)用全容量MW級(jí)飛輪陣列系統(tǒng)接入新能源場(chǎng)站完成一次調(diào)頻功能改造，還缺乏實(shí)際的工程化應(yīng)用案例。
因此，本工作圍繞MW級(jí)飛輪陣列在新能源場(chǎng)站中一次調(diào)頻的工程化應(yīng)用，在國(guó)家電投河南平頂山葉縣長(zhǎng)豐50 MW風(fēng)電場(chǎng)站，按照新能源場(chǎng)站額定容量的10%比例，配建了5 MW/175 kWh飛輪陣列系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)并完成了國(guó)內(nèi)首個(gè)新能源+全容量飛輪系統(tǒng)一次調(diào)頻改造的工程應(yīng)用，并進(jìn)行了包括單機(jī)充放電切換測(cè)試、頻率階躍擾動(dòng)、防擾動(dòng)性能校驗(yàn)、一次調(diào)頻死區(qū)測(cè)試及長(zhǎng)期運(yùn)行等在內(nèi)的一系列試驗(yàn)測(cè)試。試驗(yàn)及長(zhǎng)期運(yùn)行結(jié)果表明，采用MW級(jí)飛輪陣列能顯著提升風(fēng)電場(chǎng)一次調(diào)頻的性能，提高風(fēng)電場(chǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)效益，具有重要的工程化應(yīng)用示范和現(xiàn)實(shí)意義。
圖1 河南MW級(jí)先進(jìn)飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)示范項(xiàng)目
1 飛輪儲(chǔ)能陣列輔助新能源場(chǎng)站一次調(diào)頻介紹
1.1 飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)單元
飛輪儲(chǔ)能是一種物理儲(chǔ)能方式，其運(yùn)行原理是在真空磁懸浮環(huán)境下，利用旋轉(zhuǎn)體來(lái)存儲(chǔ)動(dòng)能，通過(guò)電動(dòng)/發(fā)電雙向電機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)電能與動(dòng)能之間的高效轉(zhuǎn)換，這種儲(chǔ)能技術(shù)具有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)和應(yīng)用潛力。飛輪儲(chǔ)能單元集成了飛輪本體、飛輪控制系統(tǒng)、功率系統(tǒng)、制動(dòng)電阻、水冷機(jī)、真空泵等部件，可實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化。
圖2 飛輪儲(chǔ)能裝置組成拓?fù)?
1.2 飛輪陣列系統(tǒng)接入拓?fù)?/strong>
鑒于單個(gè)飛輪儲(chǔ)能單元的功率和容量存在限制，為了構(gòu)建具備更大功率和容量的飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)，可以將多個(gè)飛輪儲(chǔ)能單元通過(guò)交流或直流并機(jī)的方式組成飛輪儲(chǔ)能陣列。圖3為飛輪儲(chǔ)能陣列交流并聯(lián)系統(tǒng)架構(gòu)，將多臺(tái)儲(chǔ)能變流器(power converter system, PCS)并聯(lián)接入到新能源場(chǎng)站主變壓器低壓側(cè)35 kV交流母線(xiàn)，進(jìn)而形成了一個(gè)具有更高功率與能量的飛輪儲(chǔ)能陣列系統(tǒng)。其中PCS負(fù)責(zé)完成交流側(cè)到直流側(cè)的功率變換，而飛輪的機(jī)側(cè)變流器則負(fù)責(zé)完成直流側(cè)到電機(jī)定子交流端之間的功率變換，通過(guò)這兩個(gè)雙向變流器，實(shí)現(xiàn)飛輪儲(chǔ)能與電網(wǎng)之間的雙向功率流動(dòng)。
圖3 飛輪儲(chǔ)能陣列系統(tǒng)接入拓?fù)?
1.3 系統(tǒng)一次調(diào)頻通信架構(gòu)
飛輪儲(chǔ)能陣列系統(tǒng)采用陣列化運(yùn)行方案，飛輪儲(chǔ)能陣列的EMS平臺(tái)接收上層調(diào)度或者一次調(diào)頻裝置的指令，其中一次調(diào)頻指令優(yōu)先級(jí)最高，一次調(diào)頻裝置檢測(cè)并網(wǎng)點(diǎn)頻率變化超過(guò)范圍時(shí)，一次調(diào)頻裝置下發(fā)一次調(diào)頻目標(biāo)值指令至飛輪儲(chǔ)能陣列EMS平臺(tái)，遵循一次調(diào)頻優(yōu)先動(dòng)作的原則，飛輪儲(chǔ)能EMS平臺(tái)調(diào)用飛輪陣列功率分配算法，迅速向各飛輪控制單元下發(fā)設(shè)定功率值。當(dāng)并網(wǎng)點(diǎn)頻率恢復(fù)正常，一次調(diào)頻裝置下發(fā)一次調(diào)頻目標(biāo)值清零指令，飛輪儲(chǔ)能EMS平臺(tái)停止執(zhí)行飛輪陣列功率分配算法，開(kāi)始調(diào)用電量主動(dòng)均衡算法，向各飛輪控制單元下發(fā)電量均衡功率目標(biāo)值，控制每個(gè)飛輪儲(chǔ)能單元的SOC維持在合理水平，以應(yīng)對(duì)下一次調(diào)頻動(dòng)作，見(jiàn)圖4。
圖4 飛輪儲(chǔ)能電站一次調(diào)頻控制結(jié)構(gòu)圖
2 飛輪儲(chǔ)能陣列參與新能源場(chǎng)站一次調(diào)頻控制
2.1 新能源場(chǎng)站一次調(diào)頻功能
新能源(風(fēng)力/光伏發(fā)電)場(chǎng)站根據(jù)設(shè)定的有功-頻率下垂特性曲線(xiàn)(圖5)，當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到電網(wǎng)頻率波動(dòng)超出死區(qū)頻率圖片(圖片為頻率上限，圖片為頻率下限)，一次調(diào)頻系統(tǒng)投入，動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)系統(tǒng)并網(wǎng)點(diǎn)功率，參與電網(wǎng)一次頻率的快速調(diào)節(jié)過(guò)程。
圖5 新能源場(chǎng)站(風(fēng)電/光伏)一次調(diào)頻有功-頻率下垂特性示意圖
2.2 飛輪儲(chǔ)能陣列功率分配策略
2.3 電量主動(dòng)均衡策略
在電量主動(dòng)均衡的過(guò)程中，為保障儲(chǔ)能系統(tǒng)的最大可用性，考慮頻率變化的隨機(jī)性，需將飛輪儲(chǔ)能陣列內(nèi)各單元的圖片維持在一個(gè)比較中間的水平，以應(yīng)對(duì)頻率在向上或向下變化時(shí)，飛輪儲(chǔ)能陣列系統(tǒng)有足夠的響應(yīng)電量。因此，需在一次調(diào)頻不動(dòng)作的期間，采用電量主動(dòng)均衡策略對(duì)多個(gè)飛輪的電量進(jìn)行小功率的動(dòng)態(tài)調(diào)整。
電量主動(dòng)均衡策略主要考慮兩個(gè)因素，一是在電量均衡過(guò)程中，儲(chǔ)能系統(tǒng)不對(duì)新能源場(chǎng)站并網(wǎng)口的出力造成較大偏差，二是避免小功率按比例分配后，單臺(tái)充放電指令過(guò)小，導(dǎo)致充放電控制精度偏低，影響均衡效果。因此，主動(dòng)電量均衡過(guò)程將采用輪調(diào)方式，逐臺(tái)進(jìn)行電量均衡。
3 飛輪陣列輔助新能源場(chǎng)站一次調(diào)頻測(cè)試
針對(duì)新能源場(chǎng)站的一次調(diào)頻功能優(yōu)化改造，2023年5月國(guó)電投坎德拉(北京)新能源科技有限公司交付了河南長(zhǎng)豐風(fēng)電場(chǎng)5 MW/175 kWh飛輪儲(chǔ)能陣列系統(tǒng)項(xiàng)目，交流并聯(lián)接入5臺(tái)1 MW/35 kWh到風(fēng)電場(chǎng)升壓站35 kV母線(xiàn)上，以滿(mǎn)足新能源場(chǎng)站一次調(diào)頻改造需求。
單臺(tái)1 MW/35 kWh飛輪儲(chǔ)能單元參數(shù)見(jiàn)表1。
表1 1 MW/35 kWh飛輪儲(chǔ)能單元參數(shù)
飛輪儲(chǔ)能陣列系統(tǒng)并網(wǎng)后，以5 MW獨(dú)立飛輪儲(chǔ)能電站為測(cè)試對(duì)象，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)驗(yàn)證飛輪儲(chǔ)能電站輔助新能源場(chǎng)站一次調(diào)頻功能的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)，現(xiàn)場(chǎng)一次調(diào)頻試驗(yàn)系統(tǒng)連接方式如圖6所示，數(shù)據(jù)記錄分析儀接在35 kV并網(wǎng)點(diǎn)電壓互感器(PT)和電流互感器(CT)上，頻率信號(hào)發(fā)生裝置與一次調(diào)頻裝置的頻率測(cè)量模塊相連。
圖6 飛輪儲(chǔ)能電站采用頻率信號(hào)發(fā)生裝置測(cè)試接線(xiàn)示意圖
現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)進(jìn)行了包括單機(jī)充放電切換測(cè)試、頻率階躍擾動(dòng)、防擾動(dòng)性能校驗(yàn)及一次調(diào)頻死區(qū)測(cè)試等在內(nèi)的一系列試驗(yàn)測(cè)試，并通過(guò)長(zhǎng)期運(yùn)行驗(yàn)證了飛輪儲(chǔ)能陣列輔助新能源場(chǎng)站一次調(diào)頻的有效性。
3.1 飛輪單機(jī)充放電切換測(cè)試
飛輪單機(jī)系統(tǒng)上電啟動(dòng)后，網(wǎng)側(cè)的儲(chǔ)能變流器控制直流母線(xiàn)電壓，維持直流側(cè)電壓穩(wěn)定在1200 V，初始啟動(dòng)階段，飛輪電機(jī)按照恒轉(zhuǎn)矩模式升速至工作轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)后待機(jī)，隨后飛輪電機(jī)控制模式切換為恒功率控制模式，此時(shí)可接受飛輪陣列EMS平臺(tái)的功率調(diào)度指令。單機(jī)設(shè)定大功率充電升速持續(xù)至少10 s后，再切換為大功率放電。如圖7所示，直流側(cè)電流接入示波器監(jiān)測(cè)，可看到在大功率充放電切換的過(guò)程中，電流開(kāi)始變化的a點(diǎn)到電流穩(wěn)定后的b點(diǎn)中間經(jīng)歷了49.6 ms；隨后在設(shè)定大功率放電降速持續(xù)至少10 s后，再切換為大功率充電。如圖8所示，可看到在大功率充放電切換的過(guò)程中，電流開(kāi)始變化的a點(diǎn)到電流穩(wěn)定后的b點(diǎn)中間經(jīng)歷了42.8 ms。經(jīng)過(guò)幾輪測(cè)試，得出飛輪儲(chǔ)能單元單機(jī)充放電轉(zhuǎn)換時(shí)間小于50 ms(-90%～90%功率區(qū)間)，性能較好，可滿(mǎn)足一次調(diào)頻所需的短時(shí)、高頻次的充放電應(yīng)用需求。
圖7 大功率充電切換為大功率放電直流側(cè)電流變化(黃色曲線(xiàn))
圖8 大功率放電切換為大功率充電直流側(cè)電流變化(黃色曲線(xiàn))
3.2 頻率階躍擾動(dòng)試驗(yàn)
飛輪儲(chǔ)能電站一次調(diào)頻頻率階躍擾動(dòng)試驗(yàn)分為兩個(gè)方向：頻率階躍上升擾動(dòng)和頻率階躍下降擾動(dòng)，通過(guò)頻率信號(hào)發(fā)生裝置來(lái)設(shè)定特定上升和下降的頻率階躍擾動(dòng)值。根據(jù)飛輪儲(chǔ)能陣列系統(tǒng)在面對(duì)這兩種頻率階躍擾動(dòng)時(shí)的響應(yīng)特性，進(jìn)行了詳細(xì)的測(cè)試與分析，測(cè)試結(jié)果如圖9所示。在飛輪儲(chǔ)能電站啟動(dòng)運(yùn)行一段時(shí)間后，通過(guò)頻率信號(hào)發(fā)生裝置設(shè)定一個(gè)階躍上擾動(dòng)，一次調(diào)頻系統(tǒng)檢測(cè)頻率超過(guò)死區(qū)后迅速開(kāi)始動(dòng)作，飛輪儲(chǔ)能電站迅速增大充電功率，隨后設(shè)定頻率恢復(fù)至50 Hz，飛輪儲(chǔ)能電站的充電功率迅速恢復(fù)至待機(jī)功率；設(shè)置一個(gè)階躍下擾動(dòng)，飛輪儲(chǔ)能電站迅速切換為放電狀態(tài)，隨后設(shè)定頻率恢復(fù)至50 Hz，飛輪儲(chǔ)能電站迅速恢復(fù)至待機(jī)狀態(tài)。在頻率階躍擾動(dòng)測(cè)試期間，平均滯后時(shí)間為117 ms，最大滯后時(shí)間273 ms，平均上升時(shí)間為236 ms，最大上升時(shí)間445 ms，平均調(diào)節(jié)時(shí)間為282 ms，最大調(diào)節(jié)時(shí)間553 ms，平均控制偏差為0.12%，最大控制偏差0.78%，性能滿(mǎn)足GB/T 40595—2021《并網(wǎng)電源一次調(diào)頻技術(shù)規(guī)定及試驗(yàn)導(dǎo)則》要求。
圖9 頻率階躍值上升擾動(dòng)與下降擾動(dòng)有功功率響應(yīng)波形
3.3 防擾動(dòng)性能校驗(yàn)
為驗(yàn)證飛輪儲(chǔ)能陣列一次調(diào)頻系統(tǒng)的抗擾動(dòng)能力，防擾動(dòng)性能校驗(yàn)使用頻率信號(hào)發(fā)生裝置來(lái)產(chǎn)生故障穿越相應(yīng)的校驗(yàn)信號(hào)，目的是校驗(yàn)飛輪儲(chǔ)能陣列系統(tǒng)在面臨異常狀況時(shí)的調(diào)頻性能響應(yīng)，測(cè)試結(jié)果如圖10所示。具體試驗(yàn)過(guò)程中，以一次調(diào)頻控制系統(tǒng)計(jì)算頻率的單相電壓幅值，瞬間降低至額定電壓的0、0.2、0.4、0.6和0.8，每次持續(xù)時(shí)間為150毫秒，并在跌落和恢復(fù)時(shí)完成兩次相位移動(dòng)，每次相移60度。
圖10 防電網(wǎng)暫態(tài)擾動(dòng)電壓跌落響應(yīng)
當(dāng)電壓幅值與相位發(fā)生突變時(shí)，飛輪儲(chǔ)能陣列系統(tǒng)的輸出功率未發(fā)生變化。試驗(yàn)結(jié)果證明，該飛輪儲(chǔ)能陣列系統(tǒng)的一次調(diào)頻功能具備避開(kāi)單一短路故障引起的瞬間頻率突變的能力。
3.4 一次調(diào)頻死區(qū)測(cè)試
人工設(shè)定一次調(diào)頻的死區(qū)為(50±0.05) Hz，階躍擾動(dòng)結(jié)果如圖11所示，當(dāng)頻率設(shè)置從50 Hz階躍到50.047 Hz、49.947 Hz時(shí)，飛輪電站實(shí)測(cè)有功功率未發(fā)生變化，當(dāng)頻率設(shè)置從50 Hz階躍到50.053 Hz和49.953 Hz時(shí)，飛輪電站實(shí)測(cè)有功功率發(fā)生變化，滿(mǎn)足一次調(diào)頻頻率死區(qū)的要求(±0.05 Hz以?xún)?nèi))。
圖11 一次調(diào)頻死區(qū)驗(yàn)證響應(yīng)波形
3.5 飛輪儲(chǔ)能電站長(zhǎng)期運(yùn)行
5 MW獨(dú)立飛輪儲(chǔ)能電站為長(zhǎng)豐風(fēng)電場(chǎng)提供一次調(diào)頻服務(wù)，具備一次調(diào)頻在線(xiàn)主動(dòng)測(cè)試功能，可接受省調(diào)主站一次調(diào)頻在線(xiàn)主動(dòng)測(cè)試信號(hào)，實(shí)時(shí)向主站反饋長(zhǎng)豐風(fēng)電場(chǎng)站一次調(diào)頻在線(xiàn)測(cè)試條件，并自動(dòng)響應(yīng)主站的測(cè)試信號(hào)，同時(shí)將可用功率、一次調(diào)頻投入/退出/動(dòng)作/復(fù)歸信號(hào)等通過(guò)PMU測(cè)點(diǎn)的方式實(shí)時(shí)上傳到調(diào)度中心，滿(mǎn)足調(diào)度側(cè)對(duì)長(zhǎng)豐風(fēng)電場(chǎng)站一次調(diào)頻運(yùn)行和性能的在線(xiàn)監(jiān)視和統(tǒng)計(jì)分析等要求。目前項(xiàng)目已投運(yùn)近一年多的時(shí)間，一次調(diào)頻功能運(yùn)行正常，日均一次調(diào)頻響應(yīng)動(dòng)作1900次左右，日均充放電量6000 kWh左右，滿(mǎn)足風(fēng)電場(chǎng)一次調(diào)頻響應(yīng)要求，有效減免長(zhǎng)豐風(fēng)電場(chǎng)政策考核罰款，避免了采用傳統(tǒng)技術(shù)路線(xiàn)限制風(fēng)機(jī)10%額定負(fù)荷而引發(fā)的棄風(fēng)問(wèn)題，并匹配風(fēng)機(jī)20年的運(yùn)行年限，有效保障長(zhǎng)豐風(fēng)電場(chǎng)發(fā)電收益。
圖12 飛輪儲(chǔ)能電站系統(tǒng)界面及運(yùn)行曲線(xiàn)
4 結(jié) 論
該項(xiàng)目是國(guó)內(nèi)首個(gè)新能源場(chǎng)站與全容量MW級(jí)飛輪儲(chǔ)能融合的一次調(diào)頻功能改造工程，本工作設(shè)計(jì)了飛輪儲(chǔ)能陣列系統(tǒng)的集成接入方案，提出了一次調(diào)頻控制策略，并實(shí)施了單機(jī)充放電快速切換、頻率階躍擾動(dòng)響應(yīng)、防擾動(dòng)性能校驗(yàn)和一次調(diào)頻死區(qū)測(cè)試等一系列的試驗(yàn)測(cè)試，并通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)長(zhǎng)期運(yùn)行數(shù)據(jù)監(jiān)控，全方位驗(yàn)證了系統(tǒng)性能，結(jié)果表明飛輪陣列系統(tǒng)在頻率階躍擾動(dòng)下展現(xiàn)出卓越的響應(yīng)速度，平均滯后時(shí)間和調(diào)節(jié)時(shí)間均優(yōu)于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)控制偏差保持在極低的水平。此外，系統(tǒng)還具備有效抵御單一短路故障引起的瞬間頻率突變的能力，以及調(diào)頻死區(qū)設(shè)置功能，進(jìn)一步增強(qiáng)了系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。本研究的成功實(shí)施與應(yīng)用，不僅充分解決了新能源場(chǎng)站一次調(diào)頻考核問(wèn)題，更以實(shí)際成果證明了飛輪陣列系統(tǒng)在新能源場(chǎng)站一次調(diào)頻改造中的技術(shù)可行性和優(yōu)越性，促進(jìn)了新型儲(chǔ)能與雙新電力系統(tǒng)的有機(jī)融合，為新形勢(shì)下電力系統(tǒng)的穩(wěn)定工作提供了有力支撐。
