基于构网型储能的“沙戈荒”新能源基地源侧新型电力系统示范

汇报人：米晨旭 龙源电力集团股份有限公司龙源电力集团共享储能技术（北京）有限公司 一、项目背景及研究必要性 目录 二、研究内容及目标 三、指南响应情况 四、创新点 五、实施方案 六、效益预测 七、研究进展 、项目背景及研究必要性依托工程 双碳”目标的提出促进了能源清洁化和高效化发展，以沙戈荒基地为代表的大型新能源基地建设是推动清洁能源成为电力电量主体，实现新型电力系统战略目标的重要举措 2020年12月12白，习近平总书记在气能雄心账会上表示2030年碳达降，2060年碳中和，2021年3月15日，习近平总书记在“中央财经委贯会第九次会议”指出，要构建清清低谈安全效的能源体系和以新能原为主体，一清满低就，安全充格经济高效，供需协同、灵活智能的新型电力系统 沙漠，戈驻，荒地区固面积广铺，风能、太阳能酱谭需家的优势，已计划开展多项大型新能源基地建设，国家能源周更程把以沙读戈整。荒漠地区为重点的大型风电，光伏基地建设作为“十四五”新能源发展的中之重 项目背景及研究必要性一问题1 “沙戈荒”新能源基地，常规电源少，送端配套新能源场站短路比不足，存在严重的暂态过电压及宽频振荡问题直流闭锁之后，引发全网的频率及电压稳定问题，导致送端联动切机，威胁设备安全，且不利于后续快速并网限制了新能源基地外送能力。 送端换流站和新能源场站安全稳定问题突出，限制新能源基地直流外送能力送端配套新能源多场站短路比不足，新能源质利并网面临阻碍。 调节能力下降稳定形态复杂失稳风险加剧 宁湘直流送端电网系统围 项目背景及研究必要性问题2 高比例新能源、高电力电子化的双高特征，一使得宽频带振荡问题凸显特别在真流大功率运行工况下，功率的快速、大幅变化造成过压越频问题严重，无法支撑基地电网在直流故障后的自主稳定运行：另一方面，现有控制系统各自为政，在频率和电压控制环节上耦合较严重，难以实现暂态电压和系统频率支撑和快速精准控制 2022年5月26日15：43分，成武真建固信：失功年232万千长，主高成厚升至50.11H，均统质新能源24万于配：期不亮全统计2022年发生的宣无单吸闭就12次，晚拍失腔10次，直点功车速降或异常说动2次，请量择N-M阅锁，第店用膜惠单元全货，蓝流双极用质咨1次， 项自背景及研究必要性问题3 甘塘-沙坡头区块存在新能源多场站短路比不足、暂态过电压越限等问题。现有方案考思在基地装设24台调相机，然而，上述方案未考虑非同步电源的短路比，且调相机年运行和投资成本较高，存在经济性差的问题。 甘塘-沙坡头区块 新能源接入方案 中卫沙漠光伏6000MW中宁风电228MW 调相机配置要求 装设24台50Mvar调相机 调相机单台有功功率50MW自损耗电12%，运行时长24h，下网电价0.486元/kwh，单台调相机折算平均运行成本10000元/天/台（电费+运维费用）24台设备造价合计108000万元24台设备运行费用合计8760万元/年 驱需开展构网型储能与调相机优化配置研究，部分替代24台调相机。 项目背景及研究必要性构网技术 为了提升“沙戈荒“新能源多场站短路比及“宁湘直流新能源外送能力，驱需探索支撑效果等同/超越调相源并列运行的稳定性问题、光伏夜间无法构网，均存在一定的局限性 光优洗量的电容请脂，只能功率不能增功率储请能容量大，可障闸自然释放， 以构网储能为按心的源网荷储一体化解决方案在额济纳成功投运，世界上首次验证了广域大网架纯新能源集启动、全城离网中长期运行和人工短路故障穿越，为新能源大规模消纳莫定了核心技术基础。 研究内容及目标 研究内容及目标 预期目标： 01开发基于构网型储能的快速支撑电网暂态电压频率关键技术02建立满足大电网安全稳定控制需求的构网型储能机电暂态仿真模型03搭建并网性能测试平台和多能互补电磁暂态仿真平台04建立“沙戈荒”新能源基地协调优化控制系统05研究基于构网型储能的“沙戈荒”新能源基地设备及参数优化06完成构网型储能工程示范 建成全国首个源侧新型电力系统综合能源基地示范工程，提升“宁湘直流”新能源外送能力及大基地自运行能 可靠性 友好性 安全性 稳定性 考核指标： 技术指标 仿真测试平台达到微秒级暂态故障的仿真测试与故障采集，实现3000节点系统的数字物理混合系统仿真与实测 成功建设10万于瓦构网型储能电站示范工程。 基于构网型储能的新能源场站并网点短路比提升至2.0，机端短路比至1.5构网储能暂态过流能力达到额定电流3倍，系统稳态与暂态均实现电压源特性系统频率响应较传统跟网型控制频率变化率降低20%以上惯量时间带数可实现百毫秒到秒级的全覆盖。故障情况下新能源发电单元机端工频过电压水平不超过1.3标幺值。 运行优化方案可自主计算百兆瓦级储能电站发电曲线、备用容量 知识产权指标 三指南响应情况 三、指南响应情况 构网型储能系统设计与控制技术 稳定控制技术和协调控制技术 提出适用于“沙戈荒，新能源基地的构网型储能系统设计与控制技术，兼顾同步惯量支撑、一次调频和快速调压等功能，明确涉网控制保护特性修数要求 提出基于构网型储能的新能源基地稳定控制技术和协调控制技术，充分协调风光储多类型电源，并/离网稳定高效运行，提高新能源基地运行灵活性提高电能利用率 暂态电压频率支撑能力评估方法 构网型储能设备和参数优化方法 提出基于构网型储能的新能源基地快速支撑电网暂态频率电压能力评估方法，并明确基于构网型储能的暂态频率电压支撑能力量化评估指标 提出面向电网暂态电压频率快速支撑的构网型储能控制参数优化方法，解决现有控制参数优化方法在暂态电压顿率快速支撑场费下适应性不足的问题 技术路线：（研究内容1-暂/稳态构网储能系统设计与控制） 构建安全稳定分析模型，评估应用场票及应用需求；构建构网型储能机电暂态仿真模型，开展性能验证， 仿真模型研究 构建构网型储能支撑系统小信号分析模型，进行系统稳定性影响评估及控制参数优化：提出构网型储能接入后与新能源、直流的协调控制策路，实现多时间尺度的多元协调优化 多元协调控制 规划及涉网控制 提出构网型储能系统康则与方法，开展系统说计达到3倍暂态过流能力提升多场站短路比：并网点笔2.0，机酷率15 提出适用手新能源基地的构网型储能系统设计与控制技术 五、实施方案 技术路线：（研究内容2-新能源基地稳定控制与协调运行） 建立频率电压风脸评估模型在线识别潮源预警构建关功裕度评估与主动控制在钱安全分析系统 电压稳定风险评估 基于线路阻抗特征提出一种自适应无功控制策珞解决直流发生闭锁故障后的暂态电压爽变问题研究多机构网无缝切换与频车电压支撑技术，实现直流故障下送端电网短时自主运行。 广域基地电网多售互补快速柔性控制 基于调频/调压控制目标，研究多场站广域有功/无功快速柔性精准控潮，降低真流故障后的切机量 量研发整组动作时间不大于100ms的能源基地安全稳定控制系统 五、实施方案 技术路线：【研究内容3-暂态频率电压支撑能力评估及提升】 构建系统数学模型，分析交直流故障下系统考虑典型故障培紧提炼哲态支撑能力的构建基于构网型储能的顿率电压支撑能力缴化评化 韵建适应大型新能票基地场量的态电压锁评估可控对象控制数变化对系统智态电压步建立计及实际运行约束的紧急控制指施优化模！ 五、实施方案 技术路线：（研究内容4-电磁暂态仿真平台） 并网性能特性评估 建立储能系统基本性能与并网性能测试平台 研究储能电池的电性能、安全性能、并网性能特性 精细化建模仿真 搭建3000个节点构网型储能半实物仿真平台研究储能机电、电磁（微秒级）精细化建模仿真现其多工况下调压，调频等涉网调节仿真开展多类型新型储能数模混合并行实时仿真构网型储能暂态响应特性研究验证 暂态响应特性验证 五、实施方案 实施方式描述本项目采用自主研发和委托研发相结合的方式开展，计划与设备制造企业、高等院校：电网公司等共同实施，低碳院开展评估技术研究。 经费预算 效益预测： 社会效益 经济效益 按照主动支撑型新能源场站提升5%并网电量估算，项目每年增发电量收益2000万元新能源发电构网储能协同支撑电网电压频率示范运营，可为新能源弃光问题提供新的解决方法，减少调相机投资约22500万元，后期维护费用每年减少1850余万元，构网型储能降低电源侧的电压和频率波动保证各场站设备在安全稳定的环境下运行延长使用寿命，增加了组的有效运行时间提升新能源场站的发电邀场开袜得转动限量补偿（03-0.7元/kWh） 构网型储能能为新能源场站电网支撑提供虚拟惯性提升短路容量加强系统强度，能在多种工况及工作场量下为新型电力系统的稳定运行保驾护航 为沙戈荒”新能源基地的建设和运维提供重要的理论支撑和技术指导，提高对宁湘直流新能源外送及西北电网支撑能力，同时，项目技术体系可为集团后续千万于瓦，百万千万新能源基地选代应用，助力以新能源为主体的新型电力系统构足 七、研究进展 研究内容1：暂/稳态构网储能系统设计与控制 搭建构网型储能机电暂态仿真模型模拟同步发电机关键控制环节，具备内电势幅值和相角相对独立的电压原外特性。通过驱动级控制，为电网提供一个段时间尺度不变的电压，实现交流-直流、交流-交流之间功率自然交换：利用功率慢速闭环实现自同步运行：利用电压无功闭环实现电压动态调整 构网型储能系统暂态输出等效电路图如下： 摇摆特性 忽路网侧等效电阻R，构网电压源的有功、无功自然响应表达式如下： 参数灵活2.控制烫活过载能力 研究内容1：暂/稳态构网储能系统设计与控制 将构网型储能的功率自然响应表达式在稳定运行点处线性化，建立构网型储能支撑系统的小信号分析模型，初步开展系统稳定性影响评估及控制参数优化工作 构网储能有功环的小信号传递函数为一个二阶系统K 将功率自然响应表达式在稳定运行点处线性化： 优化设计构网储能功率外环的惯性时间常数以及下垂系数Dp都可以改变系统的阻尼比参数，从而影响系统的稳定性。 研究内容2：新能源基地稳定控制与协调运行 构网型储能作为电压源，在系统发生故障或扰动瞬间，会发生多类型电力电子设备功率转移和重新分配，因此，需要结合新能源基地稳定控制要求，对外部扰动后系统无功的变化和分布进行分析，以实现对电压的评估。 不同类型电源在发生P的有功功率扰动后，节点有功出力变化量4PI的表达式： 不同类型电源在发生A0的有功功率扰动后，节点有功出力变化量0i的表达式 通过建立构网型储能频率电压风险评估模型，对静态电压稳定性小扰动电压稳定性、暂志电压稳定性进行综合评估，根据各区域无功资源评估情况及实际可调节能力情况，提升系统电压稳定运行格度， 研究内容2：新能源基地稳定控制与协调运行 建立适用于构网型设备的快速功率控制方法与系统，在不影响其相关构网控制特性的基础上，实现整站ms级的功率响应速度，满足快速二次调频需求，并可融入电网三道防线，响应稳控指令实现以调代切 在保留构网型设备具备类似常规发电机的短路电流、转动惯量支撑能力的基础上，充分发挥其快速功率控制的优势，进步提升构网型设备对电网三道防线适应性的关键， 研究内容3：基于构网型储能的新能源基地暂态频率电压支撑能力评估及提升技术 暂态电压支撑能力影响因素：分析暂态过电压的产生机理，明确换相失败后送端母线电压呈现“先低后高的暂态特性，通过分析送端电压与无功盈余关联关系，提炼影响暂态电压支撑能力的关键影响因素：新能源接入比例、直流传输功率、送端系统强度， 送端电压与无功盈余关联关系.0+000 ?主要影响因素 宜流系统的影响 风力发电系统的影响： 研究内容3：基于构网型储能的新能源基地暂态频率电压支撑能力评估及提升技术 暂态电压支撑能力量化评估：建立基于挤压-激励一卷积神经网络的电网电压稳定水平评估模型，揭示复杂多变运行场景下系统关键电气量和稳定水平之间的映射关系 谢谢！