第六届清洁能源发展与消纳论坛：构网型储能解决方案及应用实践

构网型储能解决方案及应用实践 李钢2024.05.31 李钢个人简介 李钢 硕士，高级工程师，新能源发电专委会委员 南瑞继保发电系统部经理 主持科技项目和重大工程： 863“保障直流配网可靠性的多端柔性直流控制保护关键技术”（主要完成）*世界首个真双极柔直工程-厦门柔直控制保护开发与现场调试（项目经理）中国首个海上风电柔直送出工程-如东柔直控制保护开发与现场调试（项目经理） 近五年获省部级以上科技奖励5项 授权发明专利58件，国际授权专利10多件 新型电力系统的挑战与应对 构网型技术原理与基本功能 03南瑞继保构网储能技术实践 IRENA预测，为实现2050/2060年碳中和，全球范围内需要增加更多的可再生能源发电。其中，以光伏和风电为主的VRE其装机占比需要超过80%，发电量需要超过70% 电力系统逐步演变为以新能源为主体的新型电力系统。 新能源接入基本特征 风电、光伏等新能源相对于火电、水电等常规电源，出力间歇性/波动性并网器件低裕度/快速控制性是对大电网构成挑战的基本原因 出力的间歇性和波动性 器件低裕度和支撑能力弱 一换流器主要基于IGBT等器件，设计裕度较小，控制保护快速跟随电网变化；一电网故障期间，保护自身硬件安全为主，为电网提供惯量、电压为辅 电力系统的根本任务是满足负荷用电需求，即电源按负荷曲线进行调整风光一次能源无法存储，不具备匹配负荷的能力，还可能增加电网负担 新型电力系统的挑战与应对 电力平衡的影响： 常规电源占比会不断降低，新能源出力波动性和间歇性，无法满足负荷用电需求，电力系统调节电源存在较大缺口。主要采用抽蓄、新型储能、压缩空气和制氢等能源转换和存储手段解决电量长期平衡问题，随着电化学储能技术成熟和成本降低，电化学储能成为标配。 较长时间尺度--电网电量平衡 新型电力系统的挑战与应对 电力稳定的影响： 新能源发电设备对电力系统的主动支撑能力不足，缺少转动惯量、不参与电压频率的主动支撑，电力系统在扰动下电压、频率、功角稳定性恶化：新能源通过大量电力电子接入，引入了宽频振荡等稳定性问题，常规“修补”已经难于解决问题。 较短时间尺度-电网安全稳定 新型电力系统的挑战与应对 现有解决方案：储能+调相机 ，储能一有功调节：调频、调峰调相机一电压支撑（带惯量）：支撑电压稳定（设备成本高和维护复杂） 新的解决方案：新型构网技术 以变流器/换流器为载体，以构网控制为核心构建同步电源，提供惯性和电压支撑构网载体有：储能、柔直、SVG等 构网型技术：以电力电子设备的变流器为载体，建立电压和频率支撑的新型技术 01新型电力系统的挑战与应对02构网型技术原理与基本功能03南瑞继保构网储能技术实践04展望及建议 新型构网技术原理 电力电子设备构网能力的构建，与常规机组不同，常规机组靠惯量维持电压内电势，而电力电子变流器靠控制，实现与同步机类似甚至超越同步机的电压源外特性。 新型构网核心技术及作用 可在扰动前、中、后各阶段，构建起电力系统稳定运行必须的电势（或所谓的 自同步电压源），起到“顶梁柱”作用。 构网型行业技术路线 通过构网变流器输出的电压幅值、频率、相位可自主控制，形成独立的电压源行业的主要技术路线： 、风电：少量风机旋转势能(惯量)、场内、场外多电压同步稳定：，光伏：微量的电容储能，只能降功率不能增功率：储能：储能容量大，可瞬间自然释放。 构网储能的作用 支撑电力系统的电压稳定 接入点电压升高或下降时，吸收或输出无功，以抵抗电网电压的变化；直流发生换相失败时导致送端交流系统出现暂态过电压，构网储能能够主动平抑电压的变化： 支撑电力系统的频率稳定 电网频率变化时，有功主动变化以抵抗电网频率的变化；为系统增加了一定的惯量，使得系统频率的变化率降低 增强电网强度 增强新能源场站短路比，提升系统强度；支撑新能源更稳定地运行； 常规储能所具有的所有功能 01新型电力系统的挑战与应对02构网型技术原理与基本功能03南瑞继保构网储能技术实践04展望及建议 南瑞继保技术优势 电网控保技术 电力电子技术 电网调度监控 业绩领先 应用场景全覆盖项目1000+装机功率10GW+ 行业首创4S控制架构多维度全面控制策略 高端电力电子技术引领者，先进可靠 EMS完美匹配电网要求和运维习惯 储能业务范围 南瑞继保提供自主研发的电池集成、电池管理系统、储能变流器、能量管理系统热管理系统、云平台及手机APP等成套储能解决方案 构网技术路线及装备 依托技术平台和专业融合优势，南瑞继保行业率先提出完整的构网理念及承载装备，形成了基于低压储能、高压直挂、柔性直流的三种不同构网储能技术路线三种路线可基本满足新型电力不同场景下系统交流同步电压的支撑需求。 构网储能发展历程 低压构网型储能 低压构网储能优势： 全套全栈自研的电池管理、变流器、功率管理和能量管理4S”系统； 集成惯量、频率和电压支撑能力，可实现多时间尺度（3~20s）多目标的控制； 通过配置协调控制器（PMS），可实现多PCS快速协调控制，响应性能高度一致投运和执行构网工程30个，行业领先。 交流高压直挂与静止调相机 高压直挂构网储能的构成 依托SVG和柔性直流输电成熟技术，采用模块化级联多电平换流器拓扑，配置储能电池或超容、配置构网控制策略，提升过载能力，从而实现对电网的构网支撑，成为高压直挂型构网储能 ■无变压器直接接入10kV~66kV电压等级，可以进一步提升对电网的支撑效果。 特点： 多电平技术，谐波小；电池分散子模块，穴余可靠性高■角形接法，效率高；电气距离近，支撑效果好；，单簇管理，无间环流超过10个工程业绩，行业领先。，穴余设计，可靠性高。 构网型储能应用案例（源网荷储一体化） 项目名称额济纳源网荷储项目 为实现“主网停电全域绿电不停供”的目标，融入大电网三道防线“理念，提出以构网储能技术为核心的源网荷储一体化解决方案。系统性地验证了南瑞继保构网型储能完全具备传统发电机同步电压源支撑作用，具备构建任意比例新能源地区电网稳定运行的能力，实现了真正意义上县域新能源电网的安全稳定运行。 建设内容 方案特点 建设25MW/25MWh构网型储能支撑电压，以源网荷储体化调度系统、区域电网稳定及协调控制系统为控制平台构建网源荷储一体化的高比例新能源新型电力系统 储能常态构网运行·并/离网无缝切换控制。49h中长期离网运行·智能黑启动控制·并/离网故障穿越·多运行方式保护定值自适应 构网及源网荷储协同控制（源网荷储一体化） 项目名称额济纳源网荷储项目 试验一、广域纯新能源电力系统黑启动试验：5.26日，跨越110千伏、35千伏、10千伏三个电压等级、262公里线路，成功开展广域纯新能源电力系统黑启动试验。试验打破了传统电力系统运行对常规旋转机组的依赖，检验了构网型储能支撑广域电网建频建压和新能源并网的能力。 试验二、广域纯新能源电力系统长周期离网运行试验：6.17日-6.19日成功开展广域纯新能源电力系统长周期离网运行试验，构建额济纳全网架结构、全新能源开机、全负荷品类纯新能源电力系统，实现了系统长时间安全连续运行。试验检验了构网型储能支撑广域新能源电力系统调频调压稳频稳压长周期运行能力。 试验三、纯新能源电力系统故障穿越试验：10月10日，构建2场-2变-4线-1荷离网纯新能源电力系统，成功开展储能设备近端110千伏线路单相接地及10于伏线路三相短路故障穿越试验。试验成功验证了构网型储能支撑纯新能源电力系统抵御故障冲击，维持系统稳定运行的能力。 应急检修：广域纯新能源电力系统实际离网运行：8月5日额济纳变220千伏泰额线251间隔突发A相电流互感器紧急缺陷，额济纳电网转入全域离网运行模式，停运故障线路，为设备应急维修创造了条件。 构网型储能应用（电网侧） 项目名称西藏索县等近20个构网储能项目 西藏电网整体通过长链式交流通道相连，常规电源配置较少，电压源属性缺失引发的暂态电压稳定问题长链式弱联网导致的功角稳定问题和惯量缺失带来的动态频率稳定问题交织。提供有功和无功支撑新能力、承受电网故障冲击的能力。 构网型储能应用（矿业微网） 项目名称西藏拉果措盐湖提锂“源荷储项目 项目位于海拔4500米的西藏阿里地区，无外部电网接入；新建65MW/130MWh构网储能、115MWp光伏、32.4MW柴油机以及85MvarSVG，其中柴油机为备用电源；原有施工电源含10MWp光伏和2.45MW/4.9MWh构网储能；新建35MW提锂负荷，30MW电锅炉负荷。 构网型储能应用（矿业微网） 矿业微网调度运行驾驶舱，实现数据全景展示与决策分析、供电区域与站端集中监控、“源-储荷”集中监控、社会效益展示、多维度指标分析等；实现系统的可观、可测、可控、可调。 构网型储能应用（矿业微网） 西藏拉果措：持续突破构网储能技术，深化源网荷储一体化解决方案，成功交付国内最大容量的离网新能源电力系统。 全国首次实现构网型储能全工况承受同容量变压器励磁涌流冲击，5次冲击全部成功，全面验证了构网储能的电网支撑能力。 基于一期的成功实施，成功中标拉果措二期126.25/405MWh项目。 www.nrec.com27 静止调相机应用 01新型电力系统的挑战与应对02构网型技术原理与基本功能03南瑞继保构网技术实践04展望及建议 展望及建议 。基于储能的构网技术得到全面验证，并进入了成熟期，建议大规模推广应用； 建议百干兆瓦级大型共享储能电站优先采用构网技术，应对当前和未来电网稳定支撑需求； 充分发挥构网储能的作用，为建设好新型电力系统做出储能的贡献。