2024多元储能构网技术在新型电力系统中的应用报告

背景与挑战

• 双碳目标下，构建以新能源为主体的新型电力系统面临挑战，包括大规模新能源接入导致的缺电、弃电并存，以及电力系统调频/调峰/备用容量不足、缺乏转动惯量和阻尼等问题。

混合储能技术

• 多类型储能技术发展现状显示，不同类型储能的技术水平、性能优势、发展趋势、应用前景各不相同。
• 单一储能难以满足新型电力系统的全方位需求，储能技术呈现多种类型协同发展的格局。
• 功率型储能技术优势：超级电容适用于高功率短时充放电场景，具备响应速度快、倍率高、循环寿命高等优势，如高功率密度、高响应速度、宽幅工作温度区间、无热失控风险、循环寿命远高于传统锂电池等。
• “强强联合”：混合储能系统采用两种及以上性能互补的储能技术结合，以提高储能系统整体性能及经济性，满足新型电力系统的多场景细分化需求。
• 混合储能系统解决方案：采用混合储能EMS-协调控制器-PCS三层架构，实现能量管理和功率管理。
• 混合储能系统关键技术：
  • 混合储能优化配置技术：建立含不同储能类型的生命周期经济性模型，生成混合储能功率/容量/类型等优化配置方案。
  • 双源叠控构网技术：基于虚拟同步机（VSG）的双源叠控构网技术，实现强弱电网支撑能力的互补性，并可针对不同需求实现功率精细化分配与管理。
  • 动态功率分配技术：功率型储能优先响应高频短时大功率变化量；同类型储能单元功率最优分配方法可减少不必要的储能调控，提升储能工作效率及运行寿命。
  • 混合储能系统能量管理：实现混合储能系统实时功率分配和簇级最优功率分配方法。

构网型储能技术

• 构网型储能技术可有效提升电网稳定性，核心特点是将变流器控制成电压源而非电流源，通过控制变流器自身而非跟随电网来输出功率。
• 构网型变流器可以在不依赖外界交流系统的情况下，自行构建交流侧输出电压，以便交流电力系统在正常、干扰、紧急情况下均能运行。
• 构建电网电压：通过模拟同步发电机的本体模型(VSG)，实现对同步发电机调频、调压特性的模拟。
• 稳定端电压幅值：并网状态下稳定运行，保证电压幅值、相位不变；离网状态下能独立或者与其他GFM变流器协同运行；支持并离网状态无缝切换；具备快速提供无功支撑能力。
• 调频/惯量控制：在系统发生扰动时，VSG可以实时动态调整控制策略，根据扰动的大小动态调整转动惯量的大小，提高系统等效惯量水平和频率的稳定性。
• 宽频振荡抑制：构网型变流器可针对低频振荡、次同步振荡、工频振荡以及高频/谐波振荡进行振荡抑制，提高电网稳定性。
• 自适应阻尼：构网型变流器的阻尼D是其自身控制参数，取值较为灵活。
• 控制策略改进：针对特征频率，采用虚拟阻抗、有源阻尼等进行阻抗重塑和振荡抑制。
• 增强型连续高低电压穿越：基于快速正负序解耦技术及动态虚拟阻抗技术，构网型变流器可以满足连续高低电压穿越的运行要求，快速抑制过载及过电压，保证电力系统稳定运行。
• 黑启动：构网型储能具备启动和支持系统崩溃后的重启能力，当微电网出现异常时，构网型储能可以自行完成交流电压的建立，为主发电单元提供励磁，在必要时自行组建电网。

多元储能构网优势

• 多元储能构网技术进一步提升电网稳定性，基于构网型变流器的高速控制响应能力，以及功率型储能单元的快速大功率充放电特性。
• 多元储能构网具备更好的短时过载能力，如新疆、西藏等省区已经对构网型储能应用提出了要求，其中要求构网型储能需具备300%额定电流短时过载能力。

应用场景及案例

• 混合储能应用场景：火储联合调频，辅助新能源场站进行一次调频、惯量支撑、平抑功率波动以及能量时移；电网侧调频、调峰，参与辅助服务，缓解线路阻塞，黑启动。
• 构网型储能技术应用价值：提升系统强度和短路容量，提供惯量支撑，支持快速黑启动，抑制宽频振荡。
• 应用案例介绍：海岛微电网广西涠洲岛。