中國儲能網訊：新型儲能是建設新型電力系統(tǒng)和新型能源體系的關鍵支撐技術。6月17日14時至6月18日0時50分，國網遼寧省電力有限公司組織大連恒流儲能電站、華能大連電廠、大連供電公司成功開展全球首次新型儲能黑啟動城市電網大容量火電機組試驗。
黑啟動是指在電力系統(tǒng)全停的情況下，利用系統(tǒng)內具有自啟動能力的機組或系統(tǒng)外電源，逐步恢復系統(tǒng)正常運行的過程。國網遼寧電力通過理論研究與現(xiàn)場試驗，首次驗證了新型儲能經主網架啟動大容量火電機組的可行性，可以有效提升極端情況下城市電網的安全韌性，完善電網的故障防御體系，有助于探索新型儲能支撐新型電力系統(tǒng)建設的安全性能。
儲能“充電寶”經驗證成為黑啟動電源
為什么開展黑啟動試驗？為什么選擇在大連？為什么選擇儲能電站作為黑啟動電源？對于這些疑問，國網遼寧電力調度控制中心系統(tǒng)運行處處長韓子嬌給出了答案。
受地理環(huán)境限制，大連主城區(qū)電網通過狹長通道與遼寧主網相連，在極端天氣下存在供電安全風險。2007年，強暴風雪曾導致大連主城區(qū)電網孤網運行?！爱敃r，華能大連電廠是保障地區(qū)供電僅存的主力火電廠，不僅要艱難維持孤網系統(tǒng)運行，還要保證部分重要負荷持續(xù)供電。最終，大連主城區(qū)電網與遼寧主網并列并逐步恢復主城區(qū)正常供電?！表n子嬌轉述了當年親歷者的話。隨著寒潮、臺風等災害性天氣多發(fā)，大連主城區(qū)電網的安全穩(wěn)定運行受到更多關注。
位于大連主城區(qū)的大連恒流儲能電站一期2019年開工建設，2022年10月全容量并網投運。它是國家能源局確定的首個大型化學儲能國家示范項目，采用安全性相對高的全釩液流儲能技術，具備參與電力系統(tǒng)調峰、調頻的功能。
“儲能電站就像一個大型充電寶。建設期間，我們就思考探索新型儲能更多的應用場景?！表n子嬌介紹，結合大連電網實際，國網遼寧電力決心推動儲能電站成為大連南部地區(qū)重要負荷供電電源和黑啟動電源，助力提高地區(qū)供電可靠性和安全性。
2022年年初，國網遼寧電力調度控制中心牽頭組建遼寧電網新型儲能黑啟動試驗團隊，團隊成員來自遼寧電力科學研究院、大連供電公司、大連恒流儲能電站、華能大連電廠、南京南瑞繼保電氣有限公司、大連融科儲能技術發(fā)展有限公司。試驗團隊從儲能電站運行特性入手，掌握了大量一手資料，深入挖掘新型儲能在健全電網故障防御體系等方面的作用。
2022年5月起，國網遼寧電力研究黑啟動電源、路徑、啟動方式和全部試驗流程，測試儲能電站作為大連區(qū)域電網“全黑”后的黑啟動電源，經主網架啟動華能大連電廠1號機組的可行性。黑啟動路徑選為儲能電站經220千伏儲灣線、220千伏海灣變電站、220千伏和灣線，至大連電廠母線。針對試驗過程中各種緊急情況，各試驗單位按照“保負荷、保機組、保電池”原則，共同編制應急預案，確保各項安全技術措施有效落實。
“三維互證體系”夯實試驗基礎
這是一次以電力電子控制技術為支撐的新型儲能黑啟動城市電網大容量火電機組試驗，在全國乃至全球范圍內尚屬首次?！爱敃r，國內外都沒有可借鑒參考的成熟論證方法和現(xiàn)場實證經驗。我們完全是摸著石頭過河。”如韓子嬌所說，試驗歷經了首次試驗中止、一次預試驗完成、最終試驗成功的艱辛歷程。
國網遼寧電力組織改造了源側、網側、儲側符合黑啟動試驗的硬件設備，完成28項廠站內部基礎試驗與模擬試驗，形成黑啟動研究、試驗、調度三大方案，以及保障電站、電廠、主網安全的應急預案。
在2023年5月18日第一次試驗中，儲能電站自啟動正常，實現(xiàn)了截至目前國內最大規(guī)模的144臺儲能變流器同時并聯(lián)啟動，試驗系統(tǒng)零啟升壓至大連電廠1號啟動備用變壓器穩(wěn)定。在投入2000千伏安低壓廠用變壓器時，卻發(fā)生了34赫茲振蕩。“我們緊急研究論證，但查不出原因，試驗只能被迫中止?！碑敃r的一幕幕，仍讓韓子嬌歷歷在目。
“這次試驗充分體現(xiàn)了電力電子化新型電力系統(tǒng)的復雜特性，我們對它的認知還不夠充分。但是，國調中心和上級領導仍然支持我們查明原因并繼續(xù)試驗。”韓子嬌說。接下來，中國電力科學研究院、清華大學、大連理工大學也加入試驗團隊，團隊成員增至10家單位。歷時兩個月，試驗團隊從機理研究、仿真分析、模擬試驗三個角度，復現(xiàn)了第一次試驗現(xiàn)象，終于發(fā)現(xiàn)引發(fā)系統(tǒng)振蕩的復雜機理，創(chuàng)建了適用于新型儲能黑啟動大容量火電機組的“三維互證體系”，實現(xiàn)了“理論-仿真-試驗”的全過程技術突破。
清華大學電機系研究員陳磊說：“我們從深層次機理研究著手，掌握了儲能電站控制參數(shù)對黑啟動試驗系統(tǒng)小擾動穩(wěn)定性的影響，明確了關鍵影響因素與控制參數(shù)整定原則?！边|寧電科院基于描述函數(shù)法，通過非線性穩(wěn)定性分析方法，確定了黑啟動試驗系統(tǒng)參數(shù)的優(yōu)化方向和穩(wěn)定邊界。
遼寧電科院開展高精度、全過程、全環(huán)節(jié)的仿真建模分析。試驗人員驗證了黑啟動系統(tǒng)全流程頻率/電壓穩(wěn)定性、變壓器勵磁涌流影響、輔機啟動暫態(tài)沖擊等多項重點技術指標，進而確定了儲能變流器的試驗參數(shù)及4套備用參數(shù)。今年5月6日，預試驗順利開展。
6月18日0時50分，在10家試驗單位170名試驗人員的見證下，試驗歷經儲能電站自啟動，電廠6臺變壓器合閘沖擊、40臺輔機啟動帶負荷等重要過程，大連電廠火電機組點火并網?！斑|寧電網新型儲能黑啟動試驗項目已全部完成，被啟動火電機組設備正常，系統(tǒng)運行穩(wěn)定?！表n子嬌激動地向試驗總指揮匯報。
產出科研成果打造原創(chuàng)技術策源地
此次黑啟動試驗的場景可謂新型儲能應用領域最復雜、最嚴苛的。兩年時間里，國網遼寧電力聚焦試驗過程中存在的儲能多機并聯(lián)環(huán)流、空載勵磁涌流、長線路無功進相等難題，聯(lián)合南瑞繼保、恒流儲能電站等單位開展技術攻關。攻關團隊重新梳理各儲能單元功能定位，創(chuàng)造性將儲能電站分為兩個相互獨立的35千伏系統(tǒng)，實現(xiàn)了儲能電站多次快速自啟動功能，又進一步科學設置儲能變流器離網模式關鍵參數(shù)，確定采取零啟升壓和逐級并列相結合的啟動方式，保障了黑啟動試驗全過程系統(tǒng)頻率、電壓穩(wěn)定。
隨著黑啟動試驗的深入推進，國網遼寧電力圍繞重點課題，與產學研等單位開展聯(lián)合攻關。
2023年11月，國網遼寧電力申報了2024年國家電網有限公司科技項目——大容量電化學儲能電站城市應急保供能力提升技術研究。其中，包括與中國電科院等單位聯(lián)合開發(fā)儲能電站黑啟動輔助決策系統(tǒng)、儲能電站黑啟動全過程實時仿真分析系統(tǒng)等。
今年6月17日19時，大連電廠啟動2000千瓦電泵。遼寧電科院試驗人員賈祺通過儲能電站黑啟動輔助決策系統(tǒng)，實時監(jiān)測儲能電站220千伏電壓、電流、有功等電氣量的瞬時變化趨勢，觀測運行曲線在受擾后逐漸恢復至穩(wěn)定狀態(tài)，判定該電泵啟動成功。
儲能電站黑啟動輔助決策系統(tǒng)是全國產化設計，支持國產操作系統(tǒng)及國產數(shù)據(jù)庫。中國電科院儲能與電工新技術研究所儲能規(guī)劃室主任李相俊介紹，該系統(tǒng)具有實時數(shù)據(jù)監(jiān)視、數(shù)據(jù)處理與存儲、數(shù)據(jù)分析、黑啟動數(shù)據(jù)模型管理等功能。試驗人員還可以依托系統(tǒng)形成試驗過程振蕩監(jiān)測與應急處理方案，確保試驗順利開展。
