中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：近日，中國(guó)電力企業(yè)聯(lián)合會(huì)發(fā)布了24個(gè)電化學(xué)儲(chǔ)能行業(yè)創(chuàng)新與應(yīng)用典型案例，旨在進(jìn)一步推動(dòng)行業(yè)安全高質(zhì)量發(fā)展，發(fā)掘總結(jié)并交流推廣成功經(jīng)驗(yàn)和有益做法，發(fā)揮典型引領(lǐng)作用。今天我們推出第二十三個(gè)典型案例——“三峽烏蘭察布新一代電網(wǎng)友好綠色電站示范項(xiàng)目”。相關(guān)案例集還將在2025年3月27日舉辦的“第三屆中國(guó)儲(chǔ)能大會(huì)”上發(fā)布，敬請(qǐng)關(guān)注。
三峽烏蘭察布新一代電網(wǎng)友好綠色電站示范項(xiàng)目
三峽陸上新能源投資有限公司
一、項(xiàng)目簡(jiǎn)介
經(jīng)國(guó)家能源局和內(nèi)蒙古自治區(qū)政府同意，自治區(qū)能源局于2020年10月批復(fù)三峽集團(tuán)建設(shè)三峽烏蘭察布新一代電網(wǎng)友好綠色電站示范項(xiàng)目（以下簡(jiǎn)稱“示范項(xiàng)目”）。示范項(xiàng)目位于內(nèi)蒙古烏蘭察布四子王旗境內(nèi)，場(chǎng)址范圍約950km2，總裝機(jī)容量為200萬kW，包括風(fēng)電170萬kW、光伏發(fā)電30萬kW，配套儲(chǔ)能55萬kW×2h，共分為4個(gè)風(fēng)光儲(chǔ)單元，配套建設(shè)4座升壓儲(chǔ)能一體化站和1座智慧聯(lián)合集控中心。
二、解決方案
根據(jù)《內(nèi)蒙古自治區(qū)能源局關(guān)于開展“源網(wǎng)荷儲(chǔ)一體化”示范有關(guān)事項(xiàng)的復(fù)函》（內(nèi)能電力函〔2020〕559號(hào)），內(nèi)蒙古自治區(qū)能源局同意按照《烏蘭察布源網(wǎng)荷儲(chǔ)一體化綜合應(yīng)用示范基地方案》（以下簡(jiǎn)稱《方案》）開展工作，《方案》明確烏蘭察布市源網(wǎng)荷儲(chǔ)一體化示范共分為4個(gè)部分建設(shè)。其中，“三峽烏蘭察布新一代電網(wǎng)友好綠色電站示范項(xiàng)目”屬于烏蘭察布市源網(wǎng)荷儲(chǔ)一體化示范子項(xiàng)目，該項(xiàng)目瞄準(zhǔn)地區(qū)負(fù)荷高峰期電力供應(yīng)緊張和風(fēng)光新能源電站自我消納利用水平低兩大問題，探索構(gòu)建新型電力系統(tǒng)新路徑。
本項(xiàng)目以技術(shù)創(chuàng)新為突破，著力解決行業(yè)瓶頸問題，從“可測(cè)”“可控”“可調(diào)”“可支撐”4個(gè)層面實(shí)現(xiàn)“新能源+規(guī)?；瘍?chǔ)能”場(chǎng)站層和站群層的有機(jī)協(xié)調(diào)，開發(fā)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的一體化集控平臺(tái)，通過“4個(gè)核心技術(shù)+1個(gè)集控平臺(tái)”的“4+1”模式，實(shí)現(xiàn)示范項(xiàng)目的“全面可觀、精確可測(cè)、高度可控”。
（1）“可測(cè)”為大規(guī)模區(qū)域風(fēng)光功率聯(lián)合預(yù)測(cè)技術(shù)。通過“數(shù)值天氣預(yù)報(bào)雙層修正+時(shí)空耦合預(yù)測(cè)+云團(tuán)運(yùn)動(dòng)多時(shí)空尺度監(jiān)測(cè)”，大幅度提升多時(shí)間尺度預(yù)測(cè)能力和預(yù)測(cè)精度，解決了數(shù)值天氣預(yù)報(bào)時(shí)間空間分辨率不足、現(xiàn)有“一場(chǎng)一測(cè)”模式限制區(qū)域場(chǎng)群功率預(yù)測(cè)精度、局地氣象環(huán)境與云團(tuán)生消形變影響下的光伏發(fā)電功率短時(shí)快速劇烈波動(dòng)等問題。
圖1 場(chǎng)站群集中式預(yù)測(cè)方法示意圖
（2）“可控”為風(fēng)光儲(chǔ)場(chǎng)站協(xié)同優(yōu)化控制與保護(hù)技術(shù)。在自動(dòng)電壓控制（AVC）方面，提出風(fēng)光儲(chǔ)場(chǎng)站自動(dòng)電壓控制方法，實(shí)現(xiàn)無功協(xié)調(diào)快速控制，調(diào)節(jié)時(shí)間由120s降低到60s以內(nèi)，保障電網(wǎng)電壓質(zhì)量合格。同時(shí)，研制了新能源匯集場(chǎng)站保護(hù)裝置，保護(hù)動(dòng)作時(shí)間由500ms降低至40ms以內(nèi)；在自動(dòng)發(fā)電控制（AGC）方面，提出風(fēng)光儲(chǔ)場(chǎng)站有功實(shí)時(shí)控制方法，指令跟蹤穩(wěn)態(tài)偏差不超過±2%額定功率，場(chǎng)站分鐘級(jí)有功功率變化最大幅度由10%降低至5%，最大限度降低棄風(fēng)棄光。
圖2 場(chǎng)站實(shí)時(shí)控制保護(hù)示意圖
（3）“可調(diào)”為風(fēng)光儲(chǔ)場(chǎng)站群“網(wǎng)-源”協(xié)調(diào)關(guān)鍵機(jī)制。在時(shí)間維度方面，建立風(fēng)光儲(chǔ)場(chǎng)站群多時(shí)間尺度協(xié)同優(yōu)化調(diào)控模型，將新能源電站調(diào)度運(yùn)行模式由單一拓展為多元，時(shí)間尺度由常規(guī)實(shí)時(shí)控制拓展為日前計(jì)劃-日內(nèi)滾動(dòng)-實(shí)時(shí)協(xié)調(diào)；在空間維度方面，設(shè)計(jì)含離線學(xué)習(xí)與在線決策的風(fēng)光儲(chǔ)場(chǎng)站群優(yōu)化調(diào)控快速求解算法，求解時(shí)間由分鐘級(jí)降低到秒級(jí)，實(shí)現(xiàn)了風(fēng)光儲(chǔ)場(chǎng)站群有功/無功功率指令的快速精準(zhǔn)分配與優(yōu)化計(jì)算，在空間上實(shí)現(xiàn)風(fēng)光儲(chǔ)場(chǎng)站之間協(xié)同。
圖3 “網(wǎng)-源”協(xié)調(diào)關(guān)鍵機(jī)制示意圖
（4）“可支撐”為新能源快速一次調(diào)頻和虛擬慣量支撐技術(shù)。在電氣量測(cè)量方面，提出基于二次擬合的短時(shí)延頻率測(cè)量方法，突破了傳統(tǒng)算法只能測(cè)量5Hz以下的低振蕩頻率相量的限制；在頻率主動(dòng)支撐控制方面，構(gòu)建了考慮通信延時(shí)與控制精度的優(yōu)化模型，將一次調(diào)頻響應(yīng)時(shí)間由1s降低到300ms，實(shí)現(xiàn)了對(duì)頻率支撐功率的精細(xì)化控制；在頻率主動(dòng)支撐能力在線評(píng)估方面，設(shè)計(jì)了基于能量視角的場(chǎng)站等效調(diào)頻參數(shù)估計(jì)方法，等效慣量及等效調(diào)差率在線估計(jì)誤差均小于5%。
圖4 場(chǎng)站群頻率主動(dòng)支撐示意圖
（5）統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的一體化集控平臺(tái)。本項(xiàng)目通過集控?cái)?shù)據(jù)模型標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)研究、大數(shù)據(jù)及人工智能平臺(tái)關(guān)鍵技術(shù)研究、基于中臺(tái)技術(shù)的業(yè)務(wù)平臺(tái)架構(gòu)研究、高級(jí)應(yīng)用的敏捷構(gòu)建技術(shù)研究及集控平臺(tái)系統(tǒng)安全研究，構(gòu)建了統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的一體化集控平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了自主、安全、標(biāo)準(zhǔn)、智能、開放五大指標(biāo)。集控平臺(tái)是源網(wǎng)荷儲(chǔ)調(diào)控管理業(yè)務(wù)的載體，是保障新能源監(jiān)控運(yùn)維系統(tǒng)高效運(yùn)行和可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)。
圖5 一體化集控平臺(tái)示意圖
三、關(guān)鍵點(diǎn)與創(chuàng)新點(diǎn)
常規(guī)新能源電站因無儲(chǔ)能或者儲(chǔ)能配比低，導(dǎo)致其發(fā)電出力的隨機(jī)性、間歇性和波動(dòng)性等問題突出，并網(wǎng)友好性較差。針對(duì)該問題，示范項(xiàng)目著力建設(shè)電網(wǎng)友好型新一代“新能源+儲(chǔ)能”電站，從“儲(chǔ)能規(guī)模配置”以及“一體化智慧集控”兩方面進(jìn)行創(chuàng)新，率先探索新能源電站的友好并網(wǎng)路徑，其中“儲(chǔ)能規(guī)模配置”是示范項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)友好的物理基礎(chǔ)，而“一體化智慧集控”則是實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)友好的途徑手段。
（一）儲(chǔ)能技術(shù)創(chuàng)新
大規(guī)模新能源發(fā)電的間歇性和波動(dòng)性是嚴(yán)重威脅電站安全穩(wěn)定運(yùn)行的主要因素，并且變流器與電網(wǎng)的相互作用也會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)次同步諧振等穩(wěn)定性問題。為解決上述問題，示范項(xiàng)目開展了新型STATCOM（靜止同步補(bǔ)償器）集成儲(chǔ)能系統(tǒng)技術(shù)創(chuàng)新，幫助大規(guī)模新能源電站實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)無功功率補(bǔ)償、電池儲(chǔ)能接入以及次同步振蕩抑制等綜合控制功能，提高大規(guī)模新能源電站并網(wǎng)的安全穩(wěn)定性。
創(chuàng)新點(diǎn)1：在“儲(chǔ)能規(guī)模配置”方面，本項(xiàng)目配置儲(chǔ)能55萬kW×2h，約占風(fēng)光總裝機(jī)容量的27.8%。通過優(yōu)化儲(chǔ)能充放電策略，有效彌補(bǔ)新能源波動(dòng)大、間歇強(qiáng)等問題，降低一體化電站整體出力的不確定性，增加新能源的有效出力時(shí)長(zhǎng)，該項(xiàng)目為當(dāng)期全球儲(chǔ)能容量最大的風(fēng)光儲(chǔ)一體化電站。
創(chuàng)新點(diǎn)2：利用大規(guī)模儲(chǔ)能的快速響應(yīng)特性，參與一次調(diào)頻，縮短一次調(diào)頻的調(diào)節(jié)時(shí)間，實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)頻率的快速支撐。
創(chuàng)新點(diǎn)3：基于國(guó)產(chǎn)定制化大容量IGCT（集成門極換流晶閘管）功率器件和新型多電平功率變化技術(shù)，提出了能夠集成STATCOM功能和儲(chǔ)能電池功能的大容量STATCOM集成儲(chǔ)能系統(tǒng)技術(shù)方案，提出了STATCOM集成儲(chǔ)能系統(tǒng)與大規(guī)模新能源電站的協(xié)調(diào)運(yùn)行控制策略，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模新能源電站并網(wǎng)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。
（二）一體化智慧集控創(chuàng)新
創(chuàng)新點(diǎn)1：在一體化智慧集控方面，本項(xiàng)目創(chuàng)新研發(fā)了風(fēng)光儲(chǔ)一體化智慧聯(lián)合集控系統(tǒng)，在內(nèi)蒙古自治區(qū)能源局、內(nèi)蒙古電力集團(tuán)的支持下，該項(xiàng)目未采用電網(wǎng)調(diào)度主站直接控制的方式，由電網(wǎng)下達(dá)總指令至風(fēng)光儲(chǔ)一體化集控平臺(tái)，然后由平臺(tái)進(jìn)行分配，保障本項(xiàng)目可在毫秒級(jí)范圍內(nèi)達(dá)到一體化協(xié)調(diào)控制。
創(chuàng)新點(diǎn)2：示范項(xiàng)目通過使用風(fēng)光儲(chǔ)一體化集控系統(tǒng)，可將間歇性新能源電力轉(zhuǎn)變?yōu)榭煽康母叻灞Ｕ想娏?。在頂峰能力方面，示范?xiàng)目的頂峰供電能力約等效于一臺(tái)60萬kW級(jí)火電機(jī)組連續(xù)提供2h可靠供電，具備“類火電”功能，緩解了高峰時(shí)段電力緊張問題，最大化提升新能源消納水平。
創(chuàng)新點(diǎn)3：在商業(yè)模式方面，本項(xiàng)目以“風(fēng)光儲(chǔ)一體化”的市場(chǎng)主體身份，公平參與蒙西電力市場(chǎng)交易，主動(dòng)響應(yīng)電能量、輔助服務(wù)等市場(chǎng)價(jià)格信號(hào)，示范項(xiàng)目是目前內(nèi)蒙古地區(qū)儲(chǔ)能系統(tǒng)調(diào)用次數(shù)最多、頂峰支撐能力最強(qiáng)的風(fēng)光儲(chǔ)一體化電站。
圖7 示范電站風(fēng)光儲(chǔ)一體化控制架構(gòu)示意圖
四、實(shí)際成效
（一）項(xiàng)目建設(shè)情況
示范項(xiàng)目整體于2024年3月31日并網(wǎng)發(fā)電，其中：示范項(xiàng)目一期4號(hào)站于2021年12月底先行建成，現(xiàn)已安全穩(wěn)定運(yùn)行超900天；二、三期1、2、3號(hào)站于2024年6月底實(shí)現(xiàn)全容量發(fā)電，共投運(yùn)278臺(tái)風(fēng)機(jī)，1320臺(tái)光伏逆變器，340套儲(chǔ)能電池倉(cāng)。
（二）發(fā)電及儲(chǔ)能系統(tǒng)運(yùn)行情況
截至2024年6月30日，示范項(xiàng)目已累計(jì)發(fā)電35.32億kWh；儲(chǔ)能系統(tǒng)已累計(jì)調(diào)用1117次，其中充電609次、放電508次，共計(jì)充電5405.36萬kWh，放電4518.14萬kWh。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組平均年利用小時(shí)數(shù)為2087h，設(shè)備平均可利用率達(dá)99.62％；光伏發(fā)電全年可利用小時(shí)數(shù)為1563h，平均可利用率達(dá)99.9％，有力保障了地區(qū)清潔能源的可靠供應(yīng)。
（三）主要功能實(shí)踐情況
示范項(xiàng)目的電網(wǎng)友好功能通過了長(zhǎng)周期、全場(chǎng)景實(shí)際運(yùn)行工況的考驗(yàn)，其風(fēng)、光、儲(chǔ)各場(chǎng)站一體化協(xié)同運(yùn)行高效，在大規(guī)模儲(chǔ)能的幫助下，實(shí)現(xiàn)了指令跟蹤、頂峰供電、系統(tǒng)調(diào)峰、最大化消納、功率平滑、一次調(diào)頻/虛擬慣量六大電網(wǎng)友好功能，各項(xiàng)指標(biāo)均已達(dá)到設(shè)計(jì)水平并超過現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)。
以頂峰供電功能為例：根據(jù)地區(qū)電網(wǎng)的負(fù)荷特點(diǎn)，當(dāng)?shù)卦缤砀叻屙敺逍枨缶薮?，?jīng)實(shí)際運(yùn)行驗(yàn)證，示范項(xiàng)目具備良好的頂峰供電能力，截至2024年6月30日，儲(chǔ)能系統(tǒng)頂峰供電277次，累計(jì)持續(xù)頂峰供電時(shí)長(zhǎng)537.6h，累計(jì)頂峰放電量2574.23萬kWh，為烏蘭察布地區(qū)用電高峰提供穩(wěn)定的供電保障，極大緩解了電力供應(yīng)緊張問題。
五、經(jīng)濟(jì)效益及推廣前景
2022年6月1日，示范項(xiàng)目正式以一體化項(xiàng)目身份參與電力現(xiàn)貨市場(chǎng)交易，其交易電價(jià)對(duì)比見表1。
表1 示范項(xiàng)目與蒙西電網(wǎng)市場(chǎng)新能源電站2023年結(jié)算電價(jià)對(duì)比
由表1可知，示范項(xiàng)目2022年結(jié)算均價(jià)較蒙西電網(wǎng)全市場(chǎng)新能源電站高0.0379元/kWh；2023年結(jié)算均價(jià)較蒙西電網(wǎng)全市場(chǎng)新能源電站高0.0608元/kWh；示范項(xiàng)目2023年加權(quán)結(jié)算均價(jià)較2022年增加0.022元/kWh，增幅達(dá)9.53%，具備良好的經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)，示范項(xiàng)目提高了新能源的利用效率、增強(qiáng)了系統(tǒng)穩(wěn)定性與可靠性、提升了新能源場(chǎng)站并網(wǎng)友好性、探索了風(fēng)光儲(chǔ)一體化運(yùn)行模式，具有顯著的示范效益和推廣價(jià)值。
六、團(tuán)隊(duì)介紹
團(tuán)隊(duì)成員包括三峽陸上新能源投資有限公司、三峽新能源四子王旗有限公司十名拔尖級(jí)技術(shù)專家，涵蓋電機(jī)工程、電力生產(chǎn)、數(shù)字化等多個(gè)領(lǐng)域，在電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)創(chuàng)新、工程建設(shè)及安全運(yùn)維等方面具有豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)以及較強(qiáng)的技術(shù)水平。團(tuán)隊(duì)成員承擔(dān)了多項(xiàng)國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家發(fā)展改革委攻關(guān)項(xiàng)目、省級(jí)“揭榜掛帥”科研項(xiàng)目及三峽集團(tuán)重點(diǎn)科研項(xiàng)目。近年來，團(tuán)隊(duì)成員取得的部分成果列入能源領(lǐng)域首臺(tái)（套）重大技術(shù)裝備清單，并多次獲得省政府科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)、中國(guó)電機(jī)工程學(xué)會(huì)電力科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)等省部級(jí)獎(jiǎng)勵(lì)。
