中國儲(chǔ)能網(wǎng)訊:
一、電力事故引發(fā)的技術(shù)革命!
2011年,“風(fēng)電三峽”酒泉一連發(fā)生三次大規(guī)模脫網(wǎng)事故導(dǎo)致電壓大幅波動(dòng),甚至波及甘肅電網(wǎng),將整個(gè)西北電網(wǎng)主網(wǎng)的頻率拉低。
2011年2月24日,甘肅酒泉的一次“一般性電網(wǎng)電壓波動(dòng)”,引起酒泉16個(gè)風(fēng)電場(chǎng)的598臺(tái)風(fēng)電機(jī)組脫網(wǎng),損失出力84萬千瓦,占事故前酒泉地區(qū)風(fēng)電出力的54.4%。
2011年4月17日,甘肅瓜州15個(gè)風(fēng)電場(chǎng)702臺(tái)機(jī)組脫網(wǎng),損失出力100.6萬千瓦,占事故前酒泉地區(qū)風(fēng)電出力的54.17%。
2011年4月25日,酒泉風(fēng)電基地再次發(fā)生事故,上千臺(tái)風(fēng)機(jī)脫網(wǎng),損失風(fēng)電出力153.5萬千瓦。
隨后,具備“低電壓穿越”功能,成為風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)的前提條件。同時(shí),也拉開了新能源發(fā)電項(xiàng)目的并網(wǎng)技術(shù)革命的序幕!
二、不斷提高的新能源并網(wǎng)技術(shù)要求
隨著新能源大規(guī)模接入,發(fā)電端電力電子設(shè)備比例提升,同步發(fā)電機(jī)容量比例降低,系統(tǒng)慣量減小。當(dāng)新能源占比達(dá)到一定水平時(shí),易造成電網(wǎng)電壓、頻率波動(dòng),甚至脫網(wǎng),發(fā)生開頭介紹的,類似酒泉案例的大規(guī)模電力事故。如下圖所示。
圖1:高比例可再生能源電力面臨的挑戰(zhàn)
隨著風(fēng)電、光伏發(fā)電項(xiàng)目在電網(wǎng)中占比的提高,電網(wǎng)對(duì)新能源項(xiàng)目的要求也不斷提高。國際能源署將新能源發(fā)電量在電網(wǎng)中占比,分成六個(gè)階段;不同階段,電網(wǎng)對(duì)新能源的并網(wǎng)技術(shù)都提出新的要求。因此,風(fēng)電、光伏項(xiàng)目的并網(wǎng)技術(shù)水平,從適應(yīng)電網(wǎng)階段,發(fā)展到支撐電網(wǎng)階段,未來將邁入“構(gòu)建電網(wǎng)”新階段!具體如下圖所示。
圖2:不同新能源滲透率下的并網(wǎng)技術(shù)要求
三、國內(nèi)新能源占比不斷提高,提出“構(gòu)網(wǎng)”要求!
截止2022年底,國內(nèi)風(fēng)電、光伏累計(jì)裝機(jī)758GW,占到電力裝機(jī)的29.6%;2022年,風(fēng)電、光伏的總發(fā)電量為11853億度,合計(jì)占比13.7%,如下圖所示。
圖3:2022年底,國內(nèi)電力裝機(jī)、發(fā)電量構(gòu)成
因此,截止2022年底,已經(jīng)有12個(gè)省份新能源發(fā)電量占比超過13%,甚至有5個(gè)省份占比超過24%,如下圖所示。
圖4:2022年,各省風(fēng)電、光伏發(fā)電量占比
預(yù)計(jì)到2023年底,國內(nèi)風(fēng)電、光伏累計(jì)裝機(jī)預(yù)期超過920GW,占到電力裝機(jī)32.6%以上;2023年,風(fēng)電、光伏的發(fā)電量占比預(yù)期達(dá)到15.3%。屆時(shí),將有越來越多的地區(qū),對(duì)新能源并網(wǎng)提出“構(gòu)建電網(wǎng)”的新要求。
四、光儲(chǔ)系統(tǒng)構(gòu)網(wǎng)技術(shù),助力新型電力系統(tǒng)
光儲(chǔ)系統(tǒng)通過構(gòu)建電網(wǎng)技術(shù),充分利用光伏系統(tǒng)、儲(chǔ)能的優(yōu)勢(shì),針對(duì)高比例可再生能源電力面臨的三大挑戰(zhàn),助力新型電力系統(tǒng)建設(shè)。
基于對(duì)電網(wǎng)的深刻理解,陽光電源推出光儲(chǔ)系統(tǒng)構(gòu)建電網(wǎng)的九大技術(shù),能解決大規(guī)模新能源接入電網(wǎng)遇到的難題,保障光儲(chǔ)系統(tǒng)在弱電網(wǎng)、高新能源滲透率下,能夠正常運(yùn)行。陽光電源今年上半年發(fā)布了《干細(xì)胞電網(wǎng)技術(shù)白皮書》和《5A融合-地面電站解決方案白皮書》,詳細(xì)介紹了九大技術(shù),具體如下表所示。
表:針對(duì)高比例可再生能源問題的九大構(gòu)網(wǎng)技術(shù)
上述構(gòu)網(wǎng)技術(shù)的使用,將使電網(wǎng)呈現(xiàn)更穩(wěn)定、更柔性的電源特征,可助力新型電力系統(tǒng)電壓、頻率更加穩(wěn)定,防止風(fēng)電、光伏電站脫網(wǎng),并且提高脫網(wǎng)后的快速恢復(fù)能力。為電網(wǎng)、投資企業(yè)帶來三大價(jià)值
1)提高光儲(chǔ)系統(tǒng)強(qiáng)度:當(dāng)電網(wǎng)出現(xiàn)頻率波動(dòng)時(shí),能提供毫秒級(jí)慣量響應(yīng),快速抑制頻率波動(dòng);電網(wǎng)電壓暫態(tài)變化時(shí),實(shí)現(xiàn)有功功率與端口電壓同步調(diào)節(jié),電網(wǎng)電壓波動(dòng)低于2%Un,等效提升電網(wǎng)強(qiáng)度,提高光伏消納比例。
2)恢復(fù)電網(wǎng)供電:當(dāng)局部電網(wǎng)發(fā)生脫網(wǎng)故障時(shí),能快速輔助燃?xì)廨啓C(jī)重啟、新能源場(chǎng)站發(fā)電再接入,實(shí)現(xiàn)區(qū)域、城市級(jí)的分布式電網(wǎng)構(gòu)建,快速恢復(fù)供電。
3)提升輔助收益:快速靈活的參與電網(wǎng)調(diào)峰、調(diào)頻、備電應(yīng)用等輔助服務(wù),獲取收益。
五、應(yīng)用案例
案例1:支持弱電網(wǎng)區(qū)域電力保供!
西藏措勤縣平均海拔 4700 米以上,能源結(jié)構(gòu)以水電支撐為主、光伏為輔,遠(yuǎn)離西藏主電網(wǎng),網(wǎng)架結(jié)構(gòu)薄弱,運(yùn)行控制難度大,整體供電可靠性較低。
陽光電源集合水電、光伏、風(fēng)電、混合儲(chǔ)能(鋰電及鉛酸)、柴油發(fā)電 5 種電源并聯(lián)運(yùn)行,建成三條電源進(jìn)線、四條負(fù)荷出線的10kV微電網(wǎng)。通過VSG控制策略,將同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程、一次調(diào)頻特性及無功調(diào)壓特性引入變流器中,具備電網(wǎng)電壓構(gòu)建能力,提高微網(wǎng)系統(tǒng)頻率穩(wěn)定性和供電質(zhì)量,保障措勤縣 4000 多城鎮(zhèn)、工商、牧民等用戶的可靠供電,在微電網(wǎng)領(lǐng)域多能源互補(bǔ)應(yīng)用、高海拔地區(qū)應(yīng)用、以及虛擬同步電機(jī)技術(shù)應(yīng)用等多個(gè)方面具有里程碑意義。
案例2:支持新能源高滲透率區(qū)域項(xiàng)目并網(wǎng)
湖北隨州受外送卡口限制,新能源消納困難,常規(guī)電源無法應(yīng)對(duì)新能源出力波動(dòng),導(dǎo)致電力電量平衡困難。新能源無慣量、對(duì)電網(wǎng)支撐弱,導(dǎo)致系統(tǒng)調(diào)頻調(diào)壓能力下降,電網(wǎng)難以穩(wěn)定運(yùn)行。
陽光電源采用基于能量路由器的多微網(wǎng)互聯(lián)解耦技術(shù),提高外送能力;針對(duì)部分風(fēng)力、光伏發(fā)電機(jī)組進(jìn)行電壓源支撐技術(shù)改造,實(shí)時(shí)支撐電壓,提供虛擬慣量,且滿足孤島運(yùn)行下的電壓構(gòu)建能力。提高區(qū)域電網(wǎng)的供電質(zhì)量,10kV 母線電壓波動(dòng)幅度從15%Un 降低到 10%Un。減小電力系統(tǒng)投資,改善新能源消納能力,提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。