中國儲能網訊：8月9—10日，由中國化學與物理電源行業(yè)協會儲能應用分會聯合中國電力工程顧問集團西北電力設計院有限公司、西安北大科技園、中國科學院電工研究所儲能技術組、深圳市科陸電子科技股份有限公司等單位聯合主辦“第二屆全國發(fā)電側儲能技術與應用高層研討會”在陜西西安金磐酒店舉行。來自政府主管部門、能源監(jiān)管部門、行業(yè)專家、設計院、新能源發(fā)電業(yè)主單位、電力公司、系統集成商、項目承包商、投融資機構等單位的260余位嘉賓出席了本次研討會。
主辦方邀請到中國電力科學研究電力系統研究所規(guī)劃技術研究室副主任、教授級高工秦曉輝就“儲能在電力系統安全穩(wěn)定中的應用場景”做主題報告，以下為其報告主要內容。
秦曉輝
尊敬的各位來賓今天很榮幸跟大家一起分享一下儲能在大電網安全穩(wěn)定中的應用場景和一些心得。
我們總體上雖然說是重點講安全穩(wěn)定，但是因為儲能現在目前的主戰(zhàn)場還不是在安全穩(wěn)定上，我們還是立足從整個電力系統的應用角度對儲能的應用場景做一些切入和分類，其中重點講講在電力系統安全穩(wěn)定中應用的問題。所以我們看一下第一部分。
隨著現在儲能的技術發(fā)展，已經廣泛的應用在電力系統的各個環(huán)節(jié)，具體來說我們從源側開始，比如說平抑波動、削峰填谷，抑制振蕩、電壓支撐和一些備用電源的作用，從負荷側有助于分布式新能源的接入以及給用戶增加一些用電可靠性。
會議現場
儲能在電網功率平衡和頻率調節(jié)中的作用，大家都知道電力系統主要面臨的問題是功率的瞬時平衡，它是對瞬時平衡性要求比較高的系統，所以說它具有調頻的問題。這些專業(yè)的問題，我感覺大家可能還不是很清楚，所以我有必要把調峰和調頻的概念跟大家說清楚一點。大家從資料上看有講調峰和調頻的，借此機會我把這些個概念跟大家澄清一下。
所謂的調峰，是要根據調度預先計劃安排的，是做一個較長時間尺度上的供需平衡，我們可以稱之為能量平衡，因為時間比較長，所以產生的能量累積非常可觀。它的特點就是一定要根據調度計劃，差不多是小時級以上的，在指定的時間執(zhí)行周期性的計劃來削峰填谷。
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而調頻是相對時間要短一點，不是長時間使用大功率的平衡問題。一次調頻，如果電網中的各個單元，包括發(fā)電機，包括我們的儲能單元它可以響應電網頻率的偏差信號，同步電網有一個好處是全網基本上是同一個頻率，所以在因功率缺失或負荷增加而引起的系統頻率動態(tài)波動的過程中，不需要人為或統一控制的干預，只需要本地的自動裝置檢測局部的頻率偏差就可以完成相應的出力增減，實際上就是我們搞控制的人所常能理解的“下垂控制”，這就是一次調頻。
二次調頻也是一種自動控制，它是從全網的角度來自動調控具有二次調頻容量的電廠或者發(fā)電單元，接受發(fā)電自動控制系統（AGC）的指令和控制，從而來跟蹤頻率的信號，最終的目的是要把整個系統在擾動過程中的功率缺口補起來，把頻率完全調回去，它是做積分控制的。所以我們回顧一下，一次調頻是做比例偏差控制，下垂控制；二次調頻是做積分控制，最終把頻率調回去；而電網調峰是事前的日前的計劃安排，使我們的發(fā)電根據第二天預測的負荷曲線去走，是一個計劃安排層面的事情，是提前的，日前的。
儲能除了在全網的功率平衡扮演著角色之外，它還可以用來緩解局部電網的投資和建設。比如說有一個地方高峰負荷很重，需要有一些新增線路或變壓器來供電，但給它上了儲能以后就可以把高峰負荷解決掉，這樣避免了投資建設。還有一些需要擴建線路和變壓器的項目，但是在負荷中心的變電站沒有場地，也沒有線路走廊，所以只能在變電站附近找一個相對合適的地方部署儲能，來避免擴建。
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第二個場景是儲能跟新能源的互動。從最開始來講新能源發(fā)電有很大的間歇性，發(fā)電功率曲線上有很多的毛刺，大家自然想可以用儲能來平抑這個事，把毛刺變得平滑一點。但是后來研究發(fā)現，多場站有自平滑效應，多個場站一平滑，雖然單個場站的毛刺很多，但多個新能源場站的發(fā)電曲線就沒有那么多毛刺，所以這個應用場景慢慢的就開始變弱了。當然還有一種特殊的場景，為了增加新能源發(fā)電的可調度性，新能源我們都知道是看天吃飯的，搞MPPT最大發(fā)電功率追蹤的，它是不可調度的，沒有風光的時候就是沒有，有風光的時候才有，所以對調度來說不友好，不可按照預設計劃調度，本質上是不可調度的。所以在發(fā)電功率高的時候，在國內外的一些地方會鼓勵投資上一點儲能，增加新能源的可調度性，我想調你，沒有風光的時候，你利用儲能發(fā)出來。你多的時候，超出你的計劃，你再儲起來。這樣可能對具有可調度性增強的新能源場站給一些優(yōu)惠電價，但是這個場景目前也不是太多見。目前主要的場景現在已經演變成調峰的場景，即從系統全局的電力電量平衡角度出發(fā)，利用儲能，把新能源過剩用不了的時候儲起來，到供電不足需要用的時候再放出來。調峰這個場景是日前計劃安排的事情，更多的是能量，因為它是小時級的，所以說它的能量吞吐的需求非常巨大。這樣對于我們儲能的倍率也是需要有綜合的計算的，因為它是能量型的，而且由于新能源的間歇性，尖峰充放功率可能還較大，所以整體對投資的要求還是很大。
根據國外的研究機構研究結論，目前的儲能技術和容量只能夠滿足小時和天的數量級調峰容量需求。如果是一個星期的，再往后我們給它充滿了，你的風再大，我們也輸不進去。所幸的是，新能源的波動主要成分中，日內波動的成分也比較大，所以如果我們能把日內的小時級新能源的波動能夠削峰填谷做好，也是做出了很大的貢獻。
說到安全穩(wěn)定性，剛才講到的是兩個宏觀的安全性，主要講的是供電的安全性、可靠性或者叫充裕性，包括一些頻率安全性。但電力系統這個系統最主要的特點是穩(wěn)定性問題，它的專業(yè)性比較強。大體的意思是，比如說有這么一個點對網的輸電系統，發(fā)電機通過升壓變壓器和輸電線路向大系統來供電。那么它遭受到短路以及其他擾動的情況下，發(fā)電機的轉子會搖擺起來，會發(fā)生振蕩。如果說故障很嚴重的話，這個系統就會失去穩(wěn)定。這個是最主要的特性和制約，它導致了我們輸電的功率不能太大，我們稱之為輸電能力，這個輸電能力主要是受它的穩(wěn)定性的約束。以前的控制方面都是離散控制方法，真的要發(fā)生了嚴重的故障，即將失去穩(wěn)定了，我們只能將發(fā)電機切除或者是投制動電阻將多余的功率消耗掉，因為線路短路的時候，發(fā)電機端的電壓太低，它的功率沒有辦法發(fā)出去。那么儲能在其中就可以扮演一個重要的角色，這個角色在國外據說有示范工程，但是我在國內目前沒有看到。就是當功率過剩的時候，把它存儲起來，但這個對時間的要求特別高，在幾百毫秒之內就要把幾百萬千瓦的對外輸送不了的電磁功率存進去，這樣對于發(fā)電機轉子來說，它感受到的電磁功率基本上還是不變的，它的擾動大大降低，這樣它的穩(wěn)定性就大大提高了?，F代儲能是本體加換流器的這么一個裝置，所以說它不光能發(fā)有功還能發(fā)無功，它的無功比例可以起到不同的影響。我們經過研究，發(fā)現它的有功成分還是占主要的，可以起到很大的幫助。
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總之，儲能提高穩(wěn)定性的基礎，就是用來改善發(fā)電機局部的有功不平衡，從而改善系統的穩(wěn)定性。同理，我們還有一種叫動暫穩(wěn)定性的現象，它與暫態(tài)穩(wěn)定性相似，但總是振來振去，總是平息不下來。所以這個時候我們控制儲能裝置，使它能夠根據系統振蕩的頻率做周期性的輸出和反向調節(jié)，當然它有功也能支撐，無功也能支撐，都是跟隨系統振蕩的頻率進行反向調節(jié)可以起到很好的動態(tài)穩(wěn)定性阻尼作用。上面一個場景重點是要求它快充，而這個對于快充的要求性相對不是太高，重點是要控制好做周期性的充放。
還有一種場景是咱們國家比較獨特的一個場景，咱們國家因為地域很大，全國范圍內的跨大區(qū)，比如說從送端區(qū)域C送到受端區(qū)域B的大直流比較多，一旦大直流發(fā)生閉鎖或者功率受阻等故障，那么會在交流互連的區(qū)域A和B之間產生很大的一個潮流轉移，這樣的話A和B之間可能就會失去穩(wěn)定，從而造成較大事故。
目前怎么做呢？如果說區(qū)域C到B的大直流閉鎖的話，為了不讓區(qū)域A、B之間發(fā)生大規(guī)模的潮流轉移和功率交換，只能把區(qū)域B內的負荷切除一部分。所以我們可以反過來想這個問題，如果把區(qū)域B里面來配大規(guī)模置儲能，那么儲能的快速放電作用就相當于非但不用切負荷，我還能頂你一下。所以這個時候它可以顯著地減少區(qū)域B內的配置的切負荷的安全措施的量，從而給用戶帶來好的供電可靠性體驗，也給系統帶來高的安全性和可控性。這種場景的主要技術要求是大規(guī)模儲能快速的功率反轉，即滿充到滿放。經過初步調查研究，現在儲能實際上可以實現快速的功率反轉，如果我們直接把功率指令捅到PSC換流器的話，它在100~200毫秒就差不多就可以能完成由滿充到滿放的功率反轉。
儲能還可以扮演很多角色，比如說模擬慣量支撐。當外界有一個功率缺額導致系統頻率快速下降的時候，它可以根據頻率的微分做一些調節(jié)，使得發(fā)出一種脈沖功率的作用，這種功能我們把它稱之為慣量支撐。這樣的話再回顧前面的話，一次調頻是下垂的比例偏差控制。二次調頻是積分控制，慣量控制就是微分控制；所以說儲能可以靈活的設置它的控制策略，滿足不同的場景需求，使得儲能本身可以模擬很多外部的系統需求，可以扮演不同的角色，非常的靈活。
這是另外一種場景，這個是電壓調控。大家很奇怪儲能主要是有功的，但是不要忘記了，有功的調節(jié)會對系統的電壓產生一個很好的作用。因為電壓和無功需求的問題本質說還是因為有功傳輸引起的，比如說這個場景里面是一個長線路末端帶來大的沖擊性負荷，那么這個負荷一旦增加的時候，比如說軋鋼廠，它的供電電壓會有大的波動。這種情況下一般會配一個無功補償在負荷附近，用來補償這個負荷波動帶來的無功。但是它本質還是因為有功的突增引起的，所以說我們如果直接在它附近配一個儲能，把它的有功沖擊給對沖掉的話，那么對系統變壓調控起到了事半功倍的作用。
我這里想花一點點時間把儲能在電力系統安全穩(wěn)定分析與控制中的特點講講，儲能的作用在我們電力系統來看是有著非常劃時代的革命意義，因為以前電力系統是非常缺乏可以快速調節(jié)有功的元件和裝置的。在變流器出現以后，比如STATCOM，它使得這個系統的無功可以快速雙向調節(jié)；那么有了儲能以后，它使得有功也可以快速地雙向調節(jié)，這個是革命性的，可以解決系統局部的功率平衡和有功調控。再解釋一下所謂的四象限自由可調的問題，以前大部分的發(fā)電機元件都是待在第一象限，用來發(fā)有功、發(fā)無功。有了STATCOM之后，它拓展到了第四象限，使得無功可以正負雙向快速調節(jié)。儲能出現之后，有功可以快速雙向調節(jié)，所以拓展到第二象限和第三象限。電力系統所有的元件都可以把它成看成一個注入電流源，特別希望注入電流源能夠在四象限里面可以快速調整，儲能出現以后就可以把這四個象限補平了，這是革命性的變化。
也就是說，基于儲能的安全穩(wěn)定控制技術，它相當于電力系統增加了一個靈活、快速、連續(xù)的有功調節(jié)手段，使得有功調控的快速性和靈活性大大的增強了。從它的能量應用角度來說，重點是能量吞吐和持續(xù)轉移，就是我剛才講的那些，從而提高電力系統和時序電力平衡能力和新能源消納能力。
我們現在碰到了哪些問題呢？如果推動電力系統不同場景的應用中。
1.仿真建模，我們怎么把它特定模擬的準一點，你要干這個事就要具備什么樣的技術要求和控制策略，并且制定一些相關的標準。
2.技術要求和控制策略。通過仿真分析，進一步蒙卻儲能的系統接入條件和影響因素，據此提出明確的技術要求，進行合理的參數配置，止跌高效的控制策略。
3.標準規(guī)范。研究制定儲能應用于電力系統各種場景時系統對出凝的技術要求和技術規(guī)范。
比如說我們有一個例子，如果我們要減輕大直流閉鎖對于暫態(tài)穩(wěn)定沖擊的話，我們需要做很多的工作。比如說研究儲能的配置、容量，因為一個儲能現在也就十萬，一個儲能廠，不會搞的太大，十萬已經很大了，100兆。所以它一定是多個場站協同起來控制來滿足的要求。這樣的話對儲能的配置、地點、容量、發(fā)電速率、功率都有一個比較高的要求。另外就是怎么樣設計控制架構，怎么樣對儲能的接入標準和高電壓時提出的相關要求，這都是需要在我們目前儲能接入電力系統的國標的系統上做進一步的深化和細化?？傮w來說電力系統要在大功率、短時間使這個系統安全穩(wěn)定中發(fā)揮作用，這相當于是一個難度很大的高級應用，需要對儲能的特性和接入標準做更高的要求。
有什么問題我們會后可以再探討，我的演講就到這里，謝謝各位。
