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南瑞继保朱晓彤:大容量风储联合运行控制方案及工程实践

日期:2020-11-19    来源:中国储能网

国际新能源网

2020
11/19
10:46
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关键词: 朱晓彤 风储联合运行控制方案 安徽华能蒙城风储

11月10-11日,由湖南省能源局指导,中国化学与物理电源行业协会储能应用分会主办的“第三届届全国电源侧储能技术及应用高层研讨会”在长沙华天酒店召开。来自电网公司、设计院、系统集成商等领域的400余人参加了本次研讨会。

会议期间,南瑞继保电气有限公司设计院院长朱晓彤分享了主题报告《大容量风储联合运行控制方案及工程实践》。

朱晓彤:各位领导、各位专家、各位嘉宾,我报告题目是《大容量风储联合运行控制方案及工程实践》。

电源侧储能在风电大规模接入的时候,是可以参与调峰,调频等辅助服务市场的,国家最近也出了一些政策,会议资料里面也都有,就不强调了,在电源侧加装储能是这两年的热点,怎能把电源侧储能的事情做好,我们进行了的思考,同时也依托安徽华能蒙城风储这个项目把事情展开。

简单介绍一下项目的情况,安徽蒙城风储联合的项目,是按照风机装机容量20%规模配置,额定容量40兆瓦40兆瓦时,布置在小涧和许疃升压站。

这个项目目标是以缓解华东电网调峰压力,增加优质的调峰资源,配置发电侧储能,参与电力调节后的收益,是项目建设的目标,我们按照这个目标进行设计。储能容量是按照母线风机容量20%配置,35KV侧各设置了考核点,小涧是30兆瓦时本期一次上齐,许疃站本期10MWh,预留35KV母线10MWh。

(图)这是相关接入站的主接线,按照储能的模块进行设计,2.98MWh磷酸铁锂电池舱,4X630KW的PCS,2800KVA升压变构成2.5MWh储能单元。整个站一共是四个单元并接接入35kV I段,8单元并接接入35kV II段。

这个平面布置是储能设备是跟风厂挨在一起,使用了原来生活区预留的场地,占地43X44平方米。南北竖向布置,安装规模30MWh,本期一次上齐。

许疃是10兆瓦-10兆瓦时的,共设置了4个2.5MW模块化储能单元,包括3组AC-DC储能单元。AC-DC+DC-DC储能单元是业主自有新技术应用,实现电池簇的节能和细化管理。

许疃也是在预留场地内,按照整体方正布置,从电池布置上做了一些考虑。讲到容量的问题,刚才湖南综合能源公司单总强调了容量的问题,是按照电网侧的容量来考虑,电网侧容量2.5MWh,要达到80%,直流侧到交流侧,通过我们计算也差不多。包括放电深度、电池系统放电效率,PCS其他损耗整个算下来直流侧2.985MWh,这是容量问题,基本上80%不到一点。储能舱分系统构成,大家都很清楚了,就不多说了。

电池仓一共20个电池簇,每个簇18个模块+一个高压箱串联,储能舱是20个电池簇,能量密度还是比较高的。每个电池模块是单体电芯。

这是升压变流舱的布置图,包含负荷开关室、变压器室、变流器室,结构比较紧凑,空间布置通过三维的设置,最终的布置非常集约化。

设计过程和施工过程,是从5月初启动开始设计,通过整个5月完成从初设到施工移交,6月初就施工开始,8月底项目通过安徽电网的验收,从设计角度来讲给我们时间也不多。

6月3号刚刚开始正式签订合同,有些工作实际上是提前进行了,到8月27号2个月不到的时间,整个工程通过了电网的并网验收。我们公司是做整体的EPC,设计阶段和设备生产在厂内各种协调做起来相对比较顺,才可以短时间内快速的实施完成。当时业主也说,这个项目确实只有你们能够这么短时间内达到他们的预期要求,他们的预期是8月底一定要并网。

下面是在这个项目中做的一些创新工作的考虑。

控制模式这是大家关心的,风储联合运行怎么控制,总结来说有两个模式,一是调度直调储能模式,相当于是大负荷又是电源;二是调度统调模式,对风场来看,储能和风场指令内部协调控制。

风储联合运行的方式下,电网调度对这种有什么需求?从调度的需求来说,风储发电的EMS功率系统要满足电网调度的要求,希望参与电网的调峰、调频、调压,这是电网侧带来的要求。用户侧的需求,是要在安全运行的前提下,提高风电资源利用率,风电场出力性能满足“两个细则”要求,追求最大发电效益。所以控制必须要安全,在整体约束的情况下首先要保证是安全运行的,然后优先满足调度的要求,等电网侧的需求满足了,而系统又可用性的情况下,发电侧再多做一些功能提高经济效率,比如说减少弃风等。

分两个层面考虑控制,稳态,正常运行的情况下,考虑三个模式,一是减少弃电的控制模式,有些地方风场还有消纳的问题,限电的时候要控制储能充电,湖南晚上风场出力比较大,到了白天反而少了,正好是晚上充电,白天可以放电,其实还可以再更狠一点,风场满出力的情况下,通过储能提高风场的收益;二是风功率预测补偿模式,有的时候不限电,风场每天会提供风功率预测曲线,这个调度也会对风场进行考核,可以通过储能把曲线跟预测的一致,通过这种方式减少考核的扣款。三是AVC模式,储能系统参与到无功电压控制,提高整站无功调节能力,可替代部分SVG容量,节省建设成本,这也是提高风场经济效益的手段。

讲完稳态控制,就要提到快速响应。风场希望参与到电网的一次调频,甚至是紧急功率支撑模式和紧急电压支撑模式,控制系统快速做响应,对技术要求水平是比较高的。我们考虑的优先级是储能快速控制系统优先于稳态下,实现方式是配置储能协调控制器,通过并网点电压频率,实现应用功能。当然这个要跟调度或者是实际的需求进行匹配,到了一个省有很多的储能站的时候,就可以做电网的紧急功率支撑。

开展了全三维的设计,因为主要是小涧原来的预留场地比较小,我们通过三维的设计,在更加紧凑情况下,碰撞的隐患可以避免,同时布局更加合理,从初设到施工都是三维设计,包括各个专业,水工结构都开始做全三维的设计。

通过三维设计,总平布局方面,优化了PCS舱进线的模式,采用模块化设计,布局上面考虑合理的布局,电缆路径最少,成本最优。检修方面模块化方式更加适合检修。

大家目前都很关心效率问题,在项目中设计了精准的能效监控系统,首次在大型储能站实现了能效精准监测,能效节约下来都是钱。在储能站各个回路,包括辅助用电回路、充放电主回路,额外设计了很多交流电表、直流电表、分流器等。通过优化的设计,只增加了0.1%的投资,这非常容易接受。后面做储能效能分析的时候可以做能效控制方面的改进。

调试方面,全面保障电池本体安全,联合调试系统化调试方面做了很多工作,直流侧增加了相关的项目,使得调试更加完善。

下面介绍一下储能系统四个主要产品的特点,因为好的项目离不开好的产品。

PCS,我们采用的是电网级可靠设计,是跟电网保护设备同架构,同时跟很多电池也有配合的经验,我们还有比较有特色的故障录波,方便故障分析,储能那么多电池,如果没有很好的数据展示要找问题是非常困难的。

PMS,率先实现快速功率控制,毫秒级延时,全站功率响应30到60毫秒,满足紧急情况下电网对储能电站的要求。

储能站的监控也是很大的难点,比如含有大量的模块的温度信息,相关数据要上来,对于监控系统是很大的挑战,我们本来就做大的新能源集中监控,都是一体化考虑,联合运行的话储能系统在站端是一体化的,同时还有一体化的集中监控平台,我们很多新能源企业也在使用集中监控,对于所有的场站监控更加如鱼得水了。目前来看,监控平台最大的特点是大容量的存储,许疃已经超过4万点,小涧已经超过12万点,随着需求的增加,还会大量的增加,需要强大的系统把信息送上来。

BMS,是核心的控制部分。我们采用原生的IEC61850通讯,高效传输、快速响应;有系统在线诊断,电池及系统异常预警,丰富数据记录等功能。

总结和展望部分,一是新能源快速发展的背景下怎么发挥更大的作用,我们也会进一步深入研究风储联合控制,充分发挥储能作用。

储能的安全性和综合效率,加大研究电池BMS系统监控及故障退出系统,火灾分区消防方案,以及各个消防手段的应用研究,最大限度保证储能电站的安全性,相信通过合理的配置和设计,一定可以在效率方面有所提升。

谢谢大家。


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