中國儲能網(wǎng)訊：新型儲能是建設新型電力系統(tǒng)和新型能源體系的關(guān)鍵支撐技術(shù)。6月17日14時至6月18日0時50分，國網(wǎng)遼寧省電力有限公司組織大連恒流儲能電站、華能大連電廠、大連供電公司成功開展全球首次新型儲能黑啟動城市電網(wǎng)大容量火電機組試驗。
黑啟動是指在電力系統(tǒng)全停的情況下，利用系統(tǒng)內(nèi)具有自啟動能力的機組或系統(tǒng)外電源，逐步恢復系統(tǒng)正常運行的過程。國網(wǎng)遼寧電力通過理論研究與現(xiàn)場試驗，首次驗證了新型儲能經(jīng)主網(wǎng)架啟動大容量火電機組的可行性，可以有效提升極端情況下城市電網(wǎng)的安全韌性，完善電網(wǎng)的故障防御體系，有助于探索新型儲能支撐新型電力系統(tǒng)建設的安全性能。
儲能“充電寶”經(jīng)驗證成為黑啟動電源
為什么開展黑啟動試驗？為什么選擇在大連？為什么選擇儲能電站作為黑啟動電源？對于這些疑問，國網(wǎng)遼寧電力調(diào)度控制中心系統(tǒng)運行處處長韓子嬌給出了答案。
受地理環(huán)境限制，大連主城區(qū)電網(wǎng)通過狹長通道與遼寧主網(wǎng)相連，在極端天氣下存在供電安全風險。2007年，強暴風雪曾導致大連主城區(qū)電網(wǎng)孤網(wǎng)運行?！爱敃r，華能大連電廠是保障地區(qū)供電僅存的主力火電廠，不僅要艱難維持孤網(wǎng)系統(tǒng)運行，還要保證部分重要負荷持續(xù)供電。最終，大連主城區(qū)電網(wǎng)與遼寧主網(wǎng)并列并逐步恢復主城區(qū)正常供電?！表n子嬌轉(zhuǎn)述了當年親歷者的話。隨著寒潮、臺風等災害性天氣多發(fā)，大連主城區(qū)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行受到更多關(guān)注。
位于大連主城區(qū)的大連恒流儲能電站一期2019年開工建設，2022年10月全容量并網(wǎng)投運。它是國家能源局確定的首個大型化學儲能國家示范項目，采用安全性相對高的全釩液流儲能技術(shù)，具備參與電力系統(tǒng)調(diào)峰、調(diào)頻的功能。
“儲能電站就像一個大型充電寶。建設期間，我們就思考探索新型儲能更多的應用場景?！表n子嬌介紹，結(jié)合大連電網(wǎng)實際，國網(wǎng)遼寧電力決心推動儲能電站成為大連南部地區(qū)重要負荷供電電源和黑啟動電源，助力提高地區(qū)供電可靠性和安全性。
2022年年初，國網(wǎng)遼寧電力調(diào)度控制中心牽頭組建遼寧電網(wǎng)新型儲能黑啟動試驗團隊，團隊成員來自遼寧電力科學研究院、大連供電公司、大連恒流儲能電站、華能大連電廠、南京南瑞繼保電氣有限公司、大連融科儲能技術(shù)發(fā)展有限公司。試驗團隊從儲能電站運行特性入手，掌握了大量一手資料，深入挖掘新型儲能在健全電網(wǎng)故障防御體系等方面的作用。
2022年5月起，國網(wǎng)遼寧電力研究黑啟動電源、路徑、啟動方式和全部試驗流程，測試儲能電站作為大連區(qū)域電網(wǎng)“全黑”后的黑啟動電源，經(jīng)主網(wǎng)架啟動華能大連電廠1號機組的可行性。黑啟動路徑選為儲能電站經(jīng)220千伏儲灣線、220千伏海灣變電站、220千伏和灣線，至大連電廠母線。針對試驗過程中各種緊急情況，各試驗單位按照“保負荷、保機組、保電池”原則，共同編制應急預案，確保各項安全技術(shù)措施有效落實。
“三維互證體系”夯實試驗基礎
這是一次以電力電子控制技術(shù)為支撐的新型儲能黑啟動城市電網(wǎng)大容量火電機組試驗，在全國乃至全球范圍內(nèi)尚屬首次?！爱敃r，國內(nèi)外都沒有可借鑒參考的成熟論證方法和現(xiàn)場實證經(jīng)驗。我們完全是摸著石頭過河?！比珥n子嬌所說，試驗歷經(jīng)了首次試驗中止、一次預試驗完成、最終試驗成功的艱辛歷程。
國網(wǎng)遼寧電力組織改造了源側(cè)、網(wǎng)側(cè)、儲側(cè)符合黑啟動試驗的硬件設備，完成28項廠站內(nèi)部基礎試驗與模擬試驗，形成黑啟動研究、試驗、調(diào)度三大方案，以及保障電站、電廠、主網(wǎng)安全的應急預案。
在2023年5月18日第一次試驗中，儲能電站自啟動正常，實現(xiàn)了截至目前國內(nèi)最大規(guī)模的144臺儲能變流器同時并聯(lián)啟動，試驗系統(tǒng)零啟升壓至大連電廠1號啟動備用變壓器穩(wěn)定。在投入2000千伏安低壓廠用變壓器時，卻發(fā)生了34赫茲振蕩?！拔覀兙o急研究論證，但查不出原因，試驗只能被迫中止?！碑敃r的一幕幕，仍讓韓子嬌歷歷在目。
“這次試驗充分體現(xiàn)了電力電子化新型電力系統(tǒng)的復雜特性，我們對它的認知還不夠充分。但是，國調(diào)中心和上級領導仍然支持我們查明原因并繼續(xù)試驗?！表n子嬌說。接下來，中國電力科學研究院、清華大學、大連理工大學也加入試驗團隊，團隊成員增至10家單位。歷時兩個月，試驗團隊從機理研究、仿真分析、模擬試驗三個角度，復現(xiàn)了第一次試驗現(xiàn)象，終于發(fā)現(xiàn)引發(fā)系統(tǒng)振蕩的復雜機理，創(chuàng)建了適用于新型儲能黑啟動大容量火電機組的“三維互證體系”，實現(xiàn)了“理論-仿真-試驗”的全過程技術(shù)突破。
清華大學電機系研究員陳磊說：“我們從深層次機理研究著手，掌握了儲能電站控制參數(shù)對黑啟動試驗系統(tǒng)小擾動穩(wěn)定性的影響，明確了關(guān)鍵影響因素與控制參數(shù)整定原則?！边|寧電科院基于描述函數(shù)法，通過非線性穩(wěn)定性分析方法，確定了黑啟動試驗系統(tǒng)參數(shù)的優(yōu)化方向和穩(wěn)定邊界。
遼寧電科院開展高精度、全過程、全環(huán)節(jié)的仿真建模分析。試驗人員驗證了黑啟動系統(tǒng)全流程頻率/電壓穩(wěn)定性、變壓器勵磁涌流影響、輔機啟動暫態(tài)沖擊等多項重點技術(shù)指標，進而確定了儲能變流器的試驗參數(shù)及4套備用參數(shù)。今年5月6日，預試驗順利開展。
6月18日0時50分，在10家試驗單位170名試驗人員的見證下，試驗歷經(jīng)儲能電站自啟動，電廠6臺變壓器合閘沖擊、40臺輔機啟動帶負荷等重要過程，大連電廠火電機組點火并網(wǎng)?！斑|寧電網(wǎng)新型儲能黑啟動試驗項目已全部完成，被啟動火電機組設備正常，系統(tǒng)運行穩(wěn)定?！表n子嬌激動地向試驗總指揮匯報。
產(chǎn)出科研成果打造原創(chuàng)技術(shù)策源地
此次黑啟動試驗的場景可謂新型儲能應用領域最復雜、最嚴苛的。兩年時間里，國網(wǎng)遼寧電力聚焦試驗過程中存在的儲能多機并聯(lián)環(huán)流、空載勵磁涌流、長線路無功進相等難題，聯(lián)合南瑞繼保、恒流儲能電站等單位開展技術(shù)攻關(guān)。攻關(guān)團隊重新梳理各儲能單元功能定位，創(chuàng)造性將儲能電站分為兩個相互獨立的35千伏系統(tǒng)，實現(xiàn)了儲能電站多次快速自啟動功能，又進一步科學設置儲能變流器離網(wǎng)模式關(guān)鍵參數(shù)，確定采取零啟升壓和逐級并列相結(jié)合的啟動方式，保障了黑啟動試驗全過程系統(tǒng)頻率、電壓穩(wěn)定。
隨著黑啟動試驗的深入推進，國網(wǎng)遼寧電力圍繞重點課題，與產(chǎn)學研等單位開展聯(lián)合攻關(guān)。
2023年11月，國網(wǎng)遼寧電力申報了2024年國家電網(wǎng)有限公司科技項目——大容量電化學儲能電站城市應急保供能力提升技術(shù)研究。其中，包括與中國電科院等單位聯(lián)合開發(fā)儲能電站黑啟動輔助決策系統(tǒng)、儲能電站黑啟動全過程實時仿真分析系統(tǒng)等。
今年6月17日19時，大連電廠啟動2000千瓦電泵。遼寧電科院試驗人員賈祺通過儲能電站黑啟動輔助決策系統(tǒng)，實時監(jiān)測儲能電站220千伏電壓、電流、有功等電氣量的瞬時變化趨勢，觀測運行曲線在受擾后逐漸恢復至穩(wěn)定狀態(tài)，判定該電泵啟動成功。
儲能電站黑啟動輔助決策系統(tǒng)是全國產(chǎn)化設計，支持國產(chǎn)操作系統(tǒng)及國產(chǎn)數(shù)據(jù)庫。中國電科院儲能與電工新技術(shù)研究所儲能規(guī)劃室主任李相俊介紹，該系統(tǒng)具有實時數(shù)據(jù)監(jiān)視、數(shù)據(jù)處理與存儲、數(shù)據(jù)分析、黑啟動數(shù)據(jù)模型管理等功能。試驗人員還可以依托系統(tǒng)形成試驗過程振蕩監(jiān)測與應急處理方案，確保試驗順利開展。
