11月10-11日,由湖南省能源局指導,中國化學與物理電源行業協會儲能應用分會主辦的“第三屆全國電源側儲能技術及應用高層研討會”在長沙華天酒店召開。來自電網公司、設計院、系統集成商等領域的400余人參加了本次研討會。
會議期間,南瑞繼保電氣有限公司設計院院長朱曉彤分享了主題報告《大容量風儲聯合運行控制方案及工程實踐》。中國儲能網對其演講內容進行了梳理,并在此分享給大家,供大家學習、交流。演講內容如下:
朱曉彤:各位領導、各位專家、各位嘉賓,我報告題目是《大容量風儲聯合運行控制方案及工程實踐》。
電源側儲能在風電大規模接入的時候,是可以參與調峰,調頻等輔助服務市場的,國家最近也出了一些政策,會議資料里面也都有,就不強調了,在電源側加裝儲能是這兩年的熱點,怎能把電源側儲能的事情做好,我們進行了的思考,同時也依托安徽華能蒙城風儲這個項目把事情展開。
簡單介紹一下項目的情況,安徽蒙城風儲聯合的項目,是按照風機裝機容量20%規模配置,額定容量40兆瓦40兆瓦時,布置在小澗和許疃升壓站。
這個項目目標是以緩解華東電網調峰壓力,增加優質的調峰資源,配置發電側儲能,參與電力調節后的收益,是項目建設的目標,我們按照這個目標進行設計。儲能容量是按照母線風機容量20%配置,35KV側各設置了考核點,小澗是30兆瓦時本期一次上齊,許疃站本期10MWh,預留35KV母線10MWh。
(圖)這是相關接入站的主接線,按照儲能的模塊進行設計,2.98MWh磷酸鐵鋰電池艙,4X630KW的PCS,2800KVA升壓變構成2.5MWh儲能單元。整個站一共是四個單元并接接入35kV I段,8單元并接接入35kV II段。
這個平面布置是儲能設備是跟風廠挨在一起,使用了原來生活區預留的場地,占地43X44平方米。南北豎向布置,安裝規模30MWh,本期一次上齊。
許疃是10兆瓦-10兆瓦時的,共設置了4個2.5MW模塊化儲能單元,包括3組AC-DC儲能單元。AC-DC+DC-DC儲能單元是業主自有新技術應用,實現電池簇的節能和細化管理。
許疃也是在預留場地內,按照整體方正布置,從電池布置上做了一些考慮。講到容量的問題,剛才湖南綜合能源公司單總強調了容量的問題,是按照電網側的容量來考慮,電網側容量2.5MWh,要達到80%,直流側到交流側,通過我們計算也差不多。包括放電深度、電池系統放電效率,PCS其他損耗整個算下來直流側2.985MWh,這是容量問題,基本上80%不到一點。儲能艙分系統構成,大家都很清楚了,就不多說了。
電池倉一共20個電池簇,每個簇18個模塊+一個高壓箱串聯,儲能艙是20個電池簇,能量密度還是比較高的。每個電池模塊是單體電芯。
這是升壓變流艙的布置圖,包含負荷開關室、變壓器室、變流器室,結構比較緊湊,空間布置通過三維的設置,最終的布置非常集約化。
設計過程和施工過程,是從5月初啟動開始設計,通過整個5月完成從初設到施工移交,6月初就施工開始,8月底項目通過安徽電網的驗收,從設計角度來講給我們時間也不多。
6月3號剛剛開始正式簽訂合同,有些工作實際上是提前進行了,到8月27號2個月不到的時間,整個工程通過了電網的并網驗收。我們公司是做整體的EPC,設計階段和設備生產在廠內各種協調做起來相對比較順,才可以短時間內快速的實施完成。當時業主也說,這個項目確實只有你們能夠這么短時間內達到他們的預期要求,他們的預期是8月底一定要并網。
下面是在這個項目中做的一些創新工作的考慮。
控制模式這是大家關心的,風儲聯合運行怎么控制,總結來說有兩個模式,一是調度直調儲能模式,相當于是大負荷又是電源;二是調度統調模式,對風場來看,儲能和風場指令內部協調控制。
風儲聯合運行的方式下,電網調度對這種有什么需求?從調度的需求來說,風儲發電的EMS功率系統要滿足電網調度的要求,希望參與電網的調峰、調頻、調壓,這是電網側帶來的要求。用戶側的需求,是要在安全運行的前提下,提高風電資源利用率,風電場出力性能滿足“兩個細則”要求,追求最大發電效益。所以控制必須要安全,在整體約束的情況下首先要保證是安全運行的,然后優先滿足調度的要求,等電網側的需求滿足了,而系統又可用性的情況下,發電側再多做一些功能提高經濟效率,比如說減少棄風等。
分兩個層面考慮控制,穩態,正常運行的情況下,考慮三個模式,一是減少棄電的控制模式,有些地方風場還有消納的問題,限電的時候要控制儲能充電,湖南晚上風場出力比較大,到了白天反而少了,正好是晚上充電,白天可以放電,其實還可以再更狠一點,風場滿出力的情況下,通過儲能提高風場的收益;二是風功率預測補償模式,有的時候不限電,風場每天會提供風功率預測曲線,這個調度也會對風場進行考核,可以通過儲能把曲線跟預測的一致,通過這種方式減少考核的扣款。三是AVC模式,儲能系統參與到無功電壓控制,提高整站無功調節能力,可替代部分SVG容量,節省建設成本,這也是提高風場經濟效益的手段。
講完穩態控制,就要提到快速響應。風場希望參與到電網的一次調頻,甚至是緊急功率支撐模式和緊急電壓支撐模式,控制系統快速做響應,對技術要求水平是比較高的。我們考慮的優先級是儲能快速控制系統優先于穩態下,實現方式是配置儲能協調控制器,通過并網點電壓頻率,實現應用功能。當然這個要跟調度或者是實際的需求進行匹配,到了一個省有很多的儲能站的時候,就可以做電網的緊急功率支撐。
開展了全三維的設計,因為主要是小澗原來的預留場地比較小,我們通過三維的設計,在更加緊湊情況下,碰撞的隱患可以避免,同時布局更加合理,從初設到施工都是三維設計,包括各個專業,水工結構都開始做全三維的設計。
通過三維設計,總平布局方面,優化了PCS艙進線的模式,采用模塊化設計,布局上面考慮合理的布局,電纜路徑最少,成本最優。檢修方面模塊化方式更加適合檢修。
大家目前都很關心效率問題,在項目中設計了精準的能效監控系統,首次在大型儲能站實現了能效精準監測,能效節約下來都是錢。在儲能站各個回路,包括輔助用電回路、充放電主回路,額外設計了很多交流電表、直流電表、分流器等。通過優化的設計,只增加了0.1%的投資,這非常容易接受。后面做儲能效能分析的時候可以做能效控制方面的改進。
調試方面,全面保障電池本體安全,聯合調試系統化調試方面做了很多工作,直流側增加了相關的項目,使得調試更加完善。
下面介紹一下儲能系統四個主要產品的特點,因為好的項目離不開好的產品。
PCS,我們采用的是電網級可靠設計,是跟電網保護設備同架構,同時跟很多電池也有配合的經驗,我們還有比較有特色的故障錄波,方便故障分析,儲能那么多電池,如果沒有很好的數據展示要找問題是非常困難的。
PMS,率先實現快速功率控制,毫秒級延時,全站功率響應30到60毫秒,滿足緊急情況下電網對儲能電站的要求。
儲能站的監控也是很大的難點,比如含有大量的模塊的溫度信息,相關數據要上來,對于監控系統是很大的挑戰,我們本來就做大的新能源集中監控,都是一體化考慮,聯合運行的話儲能系統在站端是一體化的,同時還有一體化的集中監控平臺,我們很多新能源企業也在使用集中監控,對于所有的場站監控更加如魚得水了。目前來看,監控平臺最大的特點是大容量的存儲,許疃已經超過4萬點,小澗已經超過12萬點,隨著需求的增加,還會大量的增加,需要強大的系統把信息送上來。
BMS,是核心的控制部分。我們采用原生的IEC61850通訊,高效傳輸、快速響應;有系統在線診斷,電池及系統異常預警,豐富數據記錄等功能。
總結和展望部分,一是新能源快速發展的背景下怎么發揮更大的作用,我們也會進一步深入研究風儲聯合控制,充分發揮儲能作用。
儲能的安全性和綜合效率,加大研究電池BMS系統監控及故障退出系統,火災分區消防方案,以及各個消防手段的應用研究,最大限度保證儲能電站的安全性,相信通過合理的配置和設計,一定可以在效率方面有所提升。
和創新非常重要。到2050年,海上浮動能力將占所有海上風電的三分之一。