中國儲能網(wǎng)訊：近日，中國電力企業(yè)聯(lián)合會發(fā)布了24個電化學儲能行業(yè)創(chuàng)新與應用典型案例，旨在進一步推動行業(yè)安全高質(zhì)量發(fā)展，發(fā)掘總結(jié)并交流推廣成功經(jīng)驗和有益做法，發(fā)揮典型引領(lǐng)作用。今天我們推出第二十三個典型案例——“三峽烏蘭察布新一代電網(wǎng)友好綠色電站示范項目”。相關(guān)案例集還將在2025年3月27日舉辦的“第三屆中國儲能大會”上發(fā)布，敬請關(guān)注。
三峽烏蘭察布新一代電網(wǎng)友好綠色電站示范項目
三峽陸上新能源投資有限公司
一、項目簡介
經(jīng)國家能源局和內(nèi)蒙古自治區(qū)政府同意，自治區(qū)能源局于2020年10月批復三峽集團建設三峽烏蘭察布新一代電網(wǎng)友好綠色電站示范項目（以下簡稱“示范項目”）。示范項目位于內(nèi)蒙古烏蘭察布四子王旗境內(nèi)，場址范圍約950km2，總裝機容量為200萬kW，包括風電170萬kW、光伏發(fā)電30萬kW，配套儲能55萬kW×2h，共分為4個風光儲單元，配套建設4座升壓儲能一體化站和1座智慧聯(lián)合集控中心。
二、解決方案
根據(jù)《內(nèi)蒙古自治區(qū)能源局關(guān)于開展“源網(wǎng)荷儲一體化”示范有關(guān)事項的復函》（內(nèi)能電力函〔2020〕559號），內(nèi)蒙古自治區(qū)能源局同意按照《烏蘭察布源網(wǎng)荷儲一體化綜合應用示范基地方案》（以下簡稱《方案》）開展工作，《方案》明確烏蘭察布市源網(wǎng)荷儲一體化示范共分為4個部分建設。其中，“三峽烏蘭察布新一代電網(wǎng)友好綠色電站示范項目”屬于烏蘭察布市源網(wǎng)荷儲一體化示范子項目，該項目瞄準地區(qū)負荷高峰期電力供應緊張和風光新能源電站自我消納利用水平低兩大問題，探索構(gòu)建新型電力系統(tǒng)新路徑。
本項目以技術(shù)創(chuàng)新為突破，著力解決行業(yè)瓶頸問題，從“可測”“可控”“可調(diào)”“可支撐”4個層面實現(xiàn)“新能源+規(guī)?；瘍δ堋眻稣緦雍驼救簩拥挠袡C協(xié)調(diào)，開發(fā)統(tǒng)一標準的一體化集控平臺，通過“4個核心技術(shù)+1個集控平臺”的“4+1”模式，實現(xiàn)示范項目的“全面可觀、精確可測、高度可控”。
（1）“可測”為大規(guī)模區(qū)域風光功率聯(lián)合預測技術(shù)。通過“數(shù)值天氣預報雙層修正+時空耦合預測+云團運動多時空尺度監(jiān)測”，大幅度提升多時間尺度預測能力和預測精度，解決了數(shù)值天氣預報時間空間分辨率不足、現(xiàn)有“一場一測”模式限制區(qū)域場群功率預測精度、局地氣象環(huán)境與云團生消形變影響下的光伏發(fā)電功率短時快速劇烈波動等問題。
圖1 場站群集中式預測方法示意圖
（2）“可控”為風光儲場站協(xié)同優(yōu)化控制與保護技術(shù)。在自動電壓控制（AVC）方面，提出風光儲場站自動電壓控制方法，實現(xiàn)無功協(xié)調(diào)快速控制，調(diào)節(jié)時間由120s降低到60s以內(nèi)，保障電網(wǎng)電壓質(zhì)量合格。同時，研制了新能源匯集場站保護裝置，保護動作時間由500ms降低至40ms以內(nèi)；在自動發(fā)電控制（AGC）方面，提出風光儲場站有功實時控制方法，指令跟蹤穩(wěn)態(tài)偏差不超過±2%額定功率，場站分鐘級有功功率變化最大幅度由10%降低至5%，最大限度降低棄風棄光。
圖2 場站實時控制保護示意圖
（3）“可調(diào)”為風光儲場站群“網(wǎng)-源”協(xié)調(diào)關(guān)鍵機制。在時間維度方面，建立風光儲場站群多時間尺度協(xié)同優(yōu)化調(diào)控模型，將新能源電站調(diào)度運行模式由單一拓展為多元，時間尺度由常規(guī)實時控制拓展為日前計劃-日內(nèi)滾動-實時協(xié)調(diào)；在空間維度方面，設計含離線學習與在線決策的風光儲場站群優(yōu)化調(diào)控快速求解算法，求解時間由分鐘級降低到秒級，實現(xiàn)了風光儲場站群有功/無功功率指令的快速精準分配與優(yōu)化計算，在空間上實現(xiàn)風光儲場站之間協(xié)同。
圖3 “網(wǎng)-源”協(xié)調(diào)關(guān)鍵機制示意圖
（4）“可支撐”為新能源快速一次調(diào)頻和虛擬慣量支撐技術(shù)。在電氣量測量方面，提出基于二次擬合的短時延頻率測量方法，突破了傳統(tǒng)算法只能測量5Hz以下的低振蕩頻率相量的限制；在頻率主動支撐控制方面，構(gòu)建了考慮通信延時與控制精度的優(yōu)化模型，將一次調(diào)頻響應時間由1s降低到300ms，實現(xiàn)了對頻率支撐功率的精細化控制；在頻率主動支撐能力在線評估方面，設計了基于能量視角的場站等效調(diào)頻參數(shù)估計方法，等效慣量及等效調(diào)差率在線估計誤差均小于5%。
圖4 場站群頻率主動支撐示意圖
（5）統(tǒng)一標準的一體化集控平臺。本項目通過集控數(shù)據(jù)模型標準化技術(shù)研究、大數(shù)據(jù)及人工智能平臺關(guān)鍵技術(shù)研究、基于中臺技術(shù)的業(yè)務平臺架構(gòu)研究、高級應用的敏捷構(gòu)建技術(shù)研究及集控平臺系統(tǒng)安全研究，構(gòu)建了統(tǒng)一標準的一體化集控平臺，實現(xiàn)了自主、安全、標準、智能、開放五大指標。集控平臺是源網(wǎng)荷儲調(diào)控管理業(yè)務的載體，是保障新能源監(jiān)控運維系統(tǒng)高效運行和可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)。
圖5 一體化集控平臺示意圖
三、關(guān)鍵點與創(chuàng)新點
常規(guī)新能源電站因無儲能或者儲能配比低，導致其發(fā)電出力的隨機性、間歇性和波動性等問題突出，并網(wǎng)友好性較差。針對該問題，示范項目著力建設電網(wǎng)友好型新一代“新能源+儲能”電站，從“儲能規(guī)模配置”以及“一體化智慧集控”兩方面進行創(chuàng)新，率先探索新能源電站的友好并網(wǎng)路徑，其中“儲能規(guī)模配置”是示范項目實現(xiàn)并網(wǎng)友好的物理基礎(chǔ)，而“一體化智慧集控”則是實現(xiàn)并網(wǎng)友好的途徑手段。
（一）儲能技術(shù)創(chuàng)新
大規(guī)模新能源發(fā)電的間歇性和波動性是嚴重威脅電站安全穩(wěn)定運行的主要因素，并且變流器與電網(wǎng)的相互作用也會導致出現(xiàn)次同步諧振等穩(wěn)定性問題。為解決上述問題，示范項目開展了新型STATCOM（靜止同步補償器）集成儲能系統(tǒng)技術(shù)創(chuàng)新，幫助大規(guī)模新能源電站實現(xiàn)動態(tài)無功功率補償、電池儲能接入以及次同步振蕩抑制等綜合控制功能，提高大規(guī)模新能源電站并網(wǎng)的安全穩(wěn)定性。
創(chuàng)新點1：在“儲能規(guī)模配置”方面，本項目配置儲能55萬kW×2h，約占風光總裝機容量的27.8%。通過優(yōu)化儲能充放電策略，有效彌補新能源波動大、間歇強等問題，降低一體化電站整體出力的不確定性，增加新能源的有效出力時長，該項目為當期全球儲能容量最大的風光儲一體化電站。
創(chuàng)新點2：利用大規(guī)模儲能的快速響應特性，參與一次調(diào)頻，縮短一次調(diào)頻的調(diào)節(jié)時間，實現(xiàn)對電網(wǎng)頻率的快速支撐。
創(chuàng)新點3：基于國產(chǎn)定制化大容量IGCT（集成門極換流晶閘管）功率器件和新型多電平功率變化技術(shù)，提出了能夠集成STATCOM功能和儲能電池功能的大容量STATCOM集成儲能系統(tǒng)技術(shù)方案，提出了STATCOM集成儲能系統(tǒng)與大規(guī)模新能源電站的協(xié)調(diào)運行控制策略，實現(xiàn)大規(guī)模新能源電站并網(wǎng)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。
（二）一體化智慧集控創(chuàng)新
創(chuàng)新點1：在一體化智慧集控方面，本項目創(chuàng)新研發(fā)了風光儲一體化智慧聯(lián)合集控系統(tǒng)，在內(nèi)蒙古自治區(qū)能源局、內(nèi)蒙古電力集團的支持下，該項目未采用電網(wǎng)調(diào)度主站直接控制的方式，由電網(wǎng)下達總指令至風光儲一體化集控平臺，然后由平臺進行分配，保障本項目可在毫秒級范圍內(nèi)達到一體化協(xié)調(diào)控制。
創(chuàng)新點2：示范項目通過使用風光儲一體化集控系統(tǒng)，可將間歇性新能源電力轉(zhuǎn)變?yōu)榭煽康母叻灞Ｕ想娏?。在頂峰能力方面，示范項目的頂峰供電能力約等效于一臺60萬kW級火電機組連續(xù)提供2h可靠供電，具備“類火電”功能，緩解了高峰時段電力緊張問題，最大化提升新能源消納水平。
創(chuàng)新點3：在商業(yè)模式方面，本項目以“風光儲一體化”的市場主體身份，公平參與蒙西電力市場交易，主動響應電能量、輔助服務等市場價格信號，示范項目是目前內(nèi)蒙古地區(qū)儲能系統(tǒng)調(diào)用次數(shù)最多、頂峰支撐能力最強的風光儲一體化電站。
圖7 示范電站風光儲一體化控制架構(gòu)示意圖
四、實際成效
（一）項目建設情況
示范項目整體于2024年3月31日并網(wǎng)發(fā)電，其中：示范項目一期4號站于2021年12月底先行建成，現(xiàn)已安全穩(wěn)定運行超900天；二、三期1、2、3號站于2024年6月底實現(xiàn)全容量發(fā)電，共投運278臺風機，1320臺光伏逆變器，340套儲能電池倉。
（二）發(fā)電及儲能系統(tǒng)運行情況
截至2024年6月30日，示范項目已累計發(fā)電35.32億kWh；儲能系統(tǒng)已累計調(diào)用1117次，其中充電609次、放電508次，共計充電5405.36萬kWh，放電4518.14萬kWh。風力發(fā)電機組平均年利用小時數(shù)為2087h，設備平均可利用率達99.62％；光伏發(fā)電全年可利用小時數(shù)為1563h，平均可利用率達99.9％，有力保障了地區(qū)清潔能源的可靠供應。
（三）主要功能實踐情況
示范項目的電網(wǎng)友好功能通過了長周期、全場景實際運行工況的考驗，其風、光、儲各場站一體化協(xié)同運行高效，在大規(guī)模儲能的幫助下，實現(xiàn)了指令跟蹤、頂峰供電、系統(tǒng)調(diào)峰、最大化消納、功率平滑、一次調(diào)頻/虛擬慣量六大電網(wǎng)友好功能，各項指標均已達到設計水平并超過現(xiàn)行標準。
以頂峰供電功能為例：根據(jù)地區(qū)電網(wǎng)的負荷特點，當?shù)卦缤砀叻屙敺逍枨缶薮?，?jīng)實際運行驗證，示范項目具備良好的頂峰供電能力，截至2024年6月30日，儲能系統(tǒng)頂峰供電277次，累計持續(xù)頂峰供電時長537.6h，累計頂峰放電量2574.23萬kWh，為烏蘭察布地區(qū)用電高峰提供穩(wěn)定的供電保障，極大緩解了電力供應緊張問題。
五、經(jīng)濟效益及推廣前景
2022年6月1日，示范項目正式以一體化項目身份參與電力現(xiàn)貨市場交易，其交易電價對比見表1。
表1 示范項目與蒙西電網(wǎng)市場新能源電站2023年結(jié)算電價對比
由表1可知，示范項目2022年結(jié)算均價較蒙西電網(wǎng)全市場新能源電站高0.0379元/kWh；2023年結(jié)算均價較蒙西電網(wǎng)全市場新能源電站高0.0608元/kWh；示范項目2023年加權(quán)結(jié)算均價較2022年增加0.022元/kWh，增幅達9.53%，具備良好的經(jīng)濟效益。同時，示范項目提高了新能源的利用效率、增強了系統(tǒng)穩(wěn)定性與可靠性、提升了新能源場站并網(wǎng)友好性、探索了風光儲一體化運行模式，具有顯著的示范效益和推廣價值。
六、團隊介紹
團隊成員包括三峽陸上新能源投資有限公司、三峽新能源四子王旗有限公司十名拔尖級技術(shù)專家，涵蓋電機工程、電力生產(chǎn)、數(shù)字化等多個領(lǐng)域，在電化學儲能技術(shù)創(chuàng)新、工程建設及安全運維等方面具有豐富的實踐經(jīng)驗以及較強的技術(shù)水平。團隊成員承擔了多項國家重點研發(fā)計劃、國家發(fā)展改革委攻關(guān)項目、省級“揭榜掛帥”科研項目及三峽集團重點科研項目。近年來，團隊成員取得的部分成果列入能源領(lǐng)域首臺（套）重大技術(shù)裝備清單，并多次獲得省政府科學技術(shù)進步獎、中國電機工程學會電力科學技術(shù)進步獎等省部級獎勵。
