中國儲(chǔ)能網(wǎng)訊：新型儲(chǔ)能是建設(shè)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(shí)至6月18日0時(shí)50分，國網(wǎng)遼寧省電力有限公司組織大連恒流儲(chǔ)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(chǔ)能黑啟動(dòng)城市電網(wǎng)大容量火電機(jī)組試驗(yàn)。
黑啟動(dòng)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(dòng)能力的機(jī)組或系統(tǒng)外電源，逐步恢復(fù)系統(tǒng)正常運(yùn)行的過程。國網(wǎng)遼寧電力通過理論研究與現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，首次驗(yàn)證了新型儲(chǔ)能經(jīng)主網(wǎng)架啟動(dòng)大容量火電機(jī)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(chǔ)能支撐新型電力系統(tǒng)建設(shè)的安全性能。
儲(chǔ)能“充電寶”經(jīng)驗(yàn)證成為黑啟動(dòng)電源
為什么開展黑啟動(dòng)試驗(yàn)？為什么選擇在大連？為什么選擇儲(chǔ)能電站作為黑啟動(dòng)電源？對(duì)于這些疑問，國網(wǎng)遼寧電力調(diào)度控制中心系統(tǒng)運(yùn)行處處長韓子?jì)山o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(fēng)險(xiǎn)。2007年，強(qiáng)暴風(fēng)雪曾導(dǎo)致大連主城區(qū)電網(wǎng)孤網(wǎng)運(yùn)行。“當(dāng)時(shí)，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(yùn)行，還要保證部分重要負(fù)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(fù)主城區(qū)正常供電?！表n子?jì)赊D(zhuǎn)述了當(dāng)年親歷者的話。隨著寒潮、臺(tái)風(fēng)等災(zāi)害性天氣多發(fā)，大連主城區(qū)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行受到更多關(guān)注。
位于大連主城區(qū)的大連恒流儲(chǔ)能電站一期2019年開工建設(shè)，2022年10月全容量并網(wǎng)投運(yùn)。它是國家能源局確定的首個(gè)大型化學(xué)儲(chǔ)能國家示范項(xiàng)目，采用安全性相對(duì)高的全釩液流儲(chǔ)能技術(shù)，具備參與電力系統(tǒng)調(diào)峰、調(diào)頻的功能。
“儲(chǔ)能電站就像一個(gè)大型充電寶。建設(shè)期間，我們就思考探索新型儲(chǔ)能更多的應(yīng)用場(chǎng)景?！表n子?jì)山榻B，結(jié)合大連電網(wǎng)實(shí)際，國網(wǎng)遼寧電力決心推動(dòng)儲(chǔ)能電站成為大連南部地區(qū)重要負(fù)荷供電電源和黑啟動(dòng)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(chǔ)能黑啟動(dòng)試驗(yàn)團(tuán)隊(duì)，團(tuán)隊(duì)成員來自遼寧電力科學(xué)研究院、大連供電公司、大連恒流儲(chǔ)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(chǔ)能技術(shù)發(fā)展有限公司。試驗(yàn)團(tuán)隊(duì)從儲(chǔ)能電站運(yùn)行特性入手，掌握了大量一手資料，深入挖掘新型儲(chǔ)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(dòng)電源、路徑、啟動(dòng)方式和全部試驗(yàn)流程，測(cè)試儲(chǔ)能電站作為大連區(qū)域電網(wǎng)“全黑”后的黑啟動(dòng)電源，經(jīng)主網(wǎng)架啟動(dòng)華能大連電廠1號(hào)機(jī)組的可行性。黑啟動(dòng)路徑選為儲(chǔ)能電站經(jīng)220千伏儲(chǔ)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(duì)試驗(yàn)過程中各種緊急情況，各試驗(yàn)單位按照“保負(fù)荷、保機(jī)組、保電池”原則，共同編制應(yīng)急預(yù)案，確保各項(xiàng)安全技術(shù)措施有效落實(shí)。
“三維互證體系”夯實(shí)試驗(yàn)基礎(chǔ)
這是一次以電力電子控制技術(shù)為支撐的新型儲(chǔ)能黑啟動(dòng)城市電網(wǎng)大容量火電機(jī)組試驗(yàn)，在全國乃至全球范圍內(nèi)尚屬首次。“當(dāng)時(shí)，國內(nèi)外都沒有可借鑒參考的成熟論證方法和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)證經(jīng)驗(yàn)。我們完全是摸著石頭過河。”如韓子?jì)伤f，試驗(yàn)歷經(jīng)了首次試驗(yàn)中止、一次預(yù)試驗(yàn)完成、最終試驗(yàn)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(chǔ)側(cè)符合黑啟動(dòng)試驗(yàn)的硬件設(shè)備，完成28項(xiàng)廠站內(nèi)部基礎(chǔ)試驗(yàn)與模擬試驗(yàn)，形成黑啟動(dòng)研究、試驗(yàn)、調(diào)度三大方案，以及保障電站、電廠、主網(wǎng)安全的應(yīng)急預(yù)案。
在2023年5月18日第一次試驗(yàn)中，儲(chǔ)能電站自啟動(dòng)正常，實(shí)現(xiàn)了截至目前國內(nèi)最大規(guī)模的144臺(tái)儲(chǔ)能變流器同時(shí)并聯(lián)啟動(dòng)，試驗(yàn)系統(tǒng)零啟升壓至大連電廠1號(hào)啟動(dòng)備用變壓器穩(wěn)定。在投入2000千伏安低壓廠用變壓器時(shí)，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(yàn)只能被迫中止。”當(dāng)時(shí)的一幕幕，仍讓韓子?jì)蓺v歷在目。
“這次試驗(yàn)充分體現(xiàn)了電力電子化新型電力系統(tǒng)的復(fù)雜特性，我們對(duì)它的認(rèn)知還不夠充分。但是，國調(diào)中心和上級(jí)領(lǐng)導(dǎo)仍然支持我們查明原因并繼續(xù)試驗(yàn)?！表n子?jì)烧f。接下來，中國電力科學(xué)研究院、清華大學(xué)、大連理工大學(xué)也加入試驗(yàn)團(tuán)隊(duì)，團(tuán)隊(duì)成員增至10家單位。歷時(shí)兩個(gè)月，試驗(yàn)團(tuán)隊(duì)從機(jī)理研究、仿真分析、模擬試驗(yàn)三個(gè)角度，復(fù)現(xiàn)了第一次試驗(yàn)現(xiàn)象，終于發(fā)現(xiàn)引發(fā)系統(tǒng)振蕩的復(fù)雜機(jī)理，創(chuàng)建了適用于新型儲(chǔ)能黑啟動(dòng)大容量火電機(jī)組的“三維互證體系”，實(shí)現(xiàn)了“理論-仿真-試驗(yàn)”的全過程技術(shù)突破。
清華大學(xué)電機(jī)系研究員陳磊說：“我們從深層次機(jī)理研究著手，掌握了儲(chǔ)能電站控制參數(shù)對(duì)黑啟動(dòng)試驗(yàn)系統(tǒng)小擾動(dòng)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(dòng)試驗(yàn)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(yàn)人員驗(yàn)證了黑啟動(dòng)系統(tǒng)全流程頻率/電壓穩(wěn)定性、變壓器勵(lì)磁涌流影響、輔機(jī)啟動(dòng)暫態(tài)沖擊等多項(xiàng)重點(diǎn)技術(shù)指標(biāo)，進(jìn)而確定了儲(chǔ)能變流器的試驗(yàn)參數(shù)及4套備用參數(shù)。今年5月6日，預(yù)試驗(yàn)順利開展。
6月18日0時(shí)50分，在10家試驗(yàn)單位170名試驗(yàn)人員的見證下，試驗(yàn)歷經(jīng)儲(chǔ)能電站自啟動(dòng)，電廠6臺(tái)變壓器合閘沖擊、40臺(tái)輔機(jī)啟動(dòng)帶負(fù)荷等重要過程，大連電廠火電機(jī)組點(diǎn)火并網(wǎng)?！斑|寧電網(wǎng)新型儲(chǔ)能黑啟動(dòng)試驗(yàn)項(xiàng)目已全部完成，被啟動(dòng)火電機(jī)組設(shè)備正常，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定。”韓子?jì)杉?dòng)地向試驗(yàn)總指揮匯報(bào)。
產(chǎn)出科研成果打造原創(chuàng)技術(shù)策源地
此次黑啟動(dòng)試驗(yàn)的場(chǎng)景可謂新型儲(chǔ)能應(yīng)用領(lǐng)域最復(fù)雜、最嚴(yán)苛的。兩年時(shí)間里，國網(wǎng)遼寧電力聚焦試驗(yàn)過程中存在的儲(chǔ)能多機(jī)并聯(lián)環(huán)流、空載勵(lì)磁涌流、長線路無功進(jìn)相等難題，聯(lián)合南瑞繼保、恒流儲(chǔ)能電站等單位開展技術(shù)攻關(guān)。攻關(guān)團(tuán)隊(duì)重新梳理各儲(chǔ)能單元功能定位，創(chuàng)造性將儲(chǔ)能電站分為兩個(gè)相互獨(dú)立的35千伏系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了儲(chǔ)能電站多次快速自啟動(dòng)功能，又進(jìn)一步科學(xué)設(shè)置儲(chǔ)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(jí)并列相結(jié)合的啟動(dòng)方式，保障了黑啟動(dòng)試驗(yàn)全過程系統(tǒng)頻率、電壓穩(wěn)定。
隨著黑啟動(dòng)試驗(yàn)的深入推進(jìn)，國網(wǎng)遼寧電力圍繞重點(diǎn)課題，與產(chǎn)學(xué)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(bào)了2024年國家電網(wǎng)有限公司科技項(xiàng)目——大容量電化學(xué)儲(chǔ)能電站城市應(yīng)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(chǔ)能電站黑啟動(dòng)輔助決策系統(tǒng)、儲(chǔ)能電站黑啟動(dòng)全過程實(shí)時(shí)仿真分析系統(tǒng)等。
今年6月17日19時(shí)，大連電廠啟動(dòng)2000千瓦電泵。遼寧電科院試驗(yàn)人員賈祺通過儲(chǔ)能電站黑啟動(dòng)輔助決策系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)儲(chǔ)能電站220千伏電壓、電流、有功等電氣量的瞬時(shí)變化趨勢(shì)，觀測(cè)運(yùn)行曲線在受擾后逐漸恢復(fù)至穩(wěn)定狀態(tài)，判定該電泵啟動(dòng)成功。
儲(chǔ)能電站黑啟動(dòng)輔助決策系統(tǒng)是全國產(chǎn)化設(shè)計(jì)，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(chǔ)能與電工新技術(shù)研究所儲(chǔ)能規(guī)劃室主任李相俊介紹，該系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)視、數(shù)據(jù)處理與存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)分析、黑啟動(dòng)數(shù)據(jù)模型管理等功能。試驗(yàn)人員還可以依托系統(tǒng)形成試驗(yàn)過程振蕩監(jiān)測(cè)與應(yīng)急處理方案，確保試驗(yàn)順利開展。
