项目背景及研究必要性
- 双碳目标与新能源基地建设：依托“双碳”目标，以沙戈荒基地为代表的大型新能源基地建设是推动清洁能源主体化和新型电力系统战略目标的关键举措。国家能源规划将此类基地建设列为“十四五”新能源发展的重中之重。
- 主要问题：
- 暂态过电压及振荡问题：沙戈荒基地因常规电源少、短路比不足，存在暂态过电压及宽频振荡问题，导致直流闭锁引发频率及电压稳定问题，威胁设备安全并限制新能源外送能力。
- 高比例新能源与电力电子化挑战：高比例新能源和高电力电子化特征加剧宽频带振荡，现有控制系统耦合严重，难以实现快速精准的频率和电压控制。例如，2022年成武直流单极闭锁导致232万千瓦功率损失。
- 现有方案经济性不足：甘塘-沙坡头区块考虑装设24台调相机，但未考虑非同步电源短路比，且年运行和投资成本高（设备造价108000万元，年运行费用8760万元），经济性差。
- 构网技术局限性：构网技术虽能提升短路比，但存在光伏夜间无法构网、储能容量限制等问题。
研究内容及目标
- 预期目标：
- 开发基于构网型储能的快速支撑电网暂态电压频率关键技术。
- 建立大电网安全稳定控制需求的构网型储能机电暂态仿真模型。
- 搭建并网性能测试平台和多能互补电磁暂态仿真平台。
- 建立“沙戈荒”新能源基地协调优化控制系统。
- 研究基于构网型储能的设备及参数优化。
- 完成构网型储能工程示范。
- 考核指标：
- 技术指标：仿真平台达微秒级暂态故障测试，建设10万千瓦构网型储能示范工程，提升短路比至2.0（并网点）/1.5（机端），暂态过流能力达额定电流3倍，频率响应降低20%以上，惯量时间常数覆盖百毫秒至秒级，故障过电压不超过1.3标幺值。
- 知识产权指标：提出系统设计与控制、稳定控制、暂态支撑能力评估、设备参数优化等关键技术。
指南响应情况
- 响应方向：
- 构网型储能系统设计与控制技术：兼顾同步惯量支撑、一次调频和快速调压，明确涉网控制保护特性要求。
- 稳定控制与协调控制技术：协调风光储多电源，实现并/离网稳定高效运行，提高灵活性。
- 暂态电压频率支撑能力评估方法：提出量化评估指标。
- 构网型储能设备和参数优化方法：解决暂态支撑下的参数优化问题。
- 技术路线：
- 暂/稳态构网储能系统设计与控制：构建仿真模型，进行稳定性分析及参数优化，提出协调控制策略。
- 新能源基地稳定控制与协调运行：建立频率电压风险评估模型，研发快速功率控制方法，实现以调代切。
- 暂态频率电压支撑能力评估及提升：分析影响因素，建立量化评估模型。
- 电磁暂态仿真平台：搭建并网性能测试平台和3000节点半实物仿真平台，研究暂态响应特性。
实施方案
- 技术路线：
- 暂/稳态构网储能系统设计与控制：搭建机电暂态仿真模型，实现自同步和电压动态调整，优化控制参数。
- 新能源基地稳定控制与协调运行：建立风险评估模型，研发快速功率控制方法，实现多机构网无缝切换。
- 暂态频率电压支撑能力评估及提升：分析影响因素，建立量化评估模型。
- 电磁暂态仿真平台：搭建并网性能测试平台和半实物仿真平台，验证暂态响应特性。
效益预测
- 社会效益：
- 提升并网电量5%，每年增发电量收益2000万元。
- 为新能源弃光问题提供解决方案，减少调相机投资22500万元，降低后期维护费用1850万元。
- 提升设备运行可靠性，延长使用寿命。
- 经济效益：
- 提供虚拟惯量，加强系统强度，保障新型电力系统稳定运行。
- 为沙戈荒基地建设和运维提供技术支撑，提升宁湘直流外送能力。
- 技术体系可推广至千万千瓦级新能源基地。
研究进展
- 研究内容1：暂/稳态构网储能系统设计与控制：
- 搭建机电暂态仿真模型，实现电压源外特性，具备功率自然交换和自同步能力。
- 建立小信号分析模型，优化控制参数（惯性时间常数、下垂系数）。
- 研究内容2：新能源基地稳定控制与协调运行：
- 建立风险评估模型，分析扰动后无功变化，提升电压稳定性。
- 研发快速功率控制方法，实现整站ms级响应，满足调频需求。
- 研究内容3：暂态频率电压支撑能力评估及提升：
- 分析暂态过电压机理，提炼影响因素（新能源接入比例、直流功率、系统强度）。
- 建立基于挤压-激励-卷积神经网络的电压稳定水平评估模型。
