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山西电科院樊瑞:大规模风储联合系统配置及提供辅助服务关键技术

作者:mg娱乐手机版网新闻中心 来源:mg娱乐手机版网 发布时间:2021-07-12 浏览:
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mg娱乐手机版网讯:7月9-10日,由中国化学与物理电源行业协会储能应用分会联合江苏省电机工程学会、国网江苏省电力公司电力科学研究院、国网四川综合能源服务有限公司、国网浙江综合能源服务有限公司、中国能源建设集团江苏省电力设计院有限公司、中国科学院电工研究所储能技术组等单位共同主办的“第五届全国电网侧暨用户侧储能技术应用高层研讨会”在江苏南通文峰酒店召开。

在本次会议上,山西电力公司电力科学研究院樊瑞分享了主题报告《大规模风储联合系统配置及提供辅助服务关键技术》。现在,小编经过授权,将演讲内容整理如下:

樊瑞:各位领导、专家、同仁,大家好!我是山西电科院的樊瑞,我这次为大家带来大规模风储联合系统配置,还有提供辅助服务关键技术方面,山西电科院做的一些研究工作。

首先,我介绍一下我们山西目前风电的发展现状。山西作为全国的能源大省,随着能源革命的进行,也喊出了我们不当煤老大,要争当能源革命排头兵的口号,若干的指引性文件和示范性的一些项目也开始落地。

看一下装机容量,我们山西省截止2020年底的新能源总装机达到3357万千瓦,同比增长了955万千瓦,在2020年的增长比较迅速,其中风电的占比已经超过了2000万千瓦。大规模的风电入网,风电的波动性、间歇性,还有反调性给电网的安全稳定运行带来的很大困难。

这是去年某一个典型月,就是12月份,我们山西冬季的风比较大,看一下去年12月份波动的情况,分为5分钟和15分钟,上面是5分钟,下面是15分钟。在5分钟的情况下,12月5日那天,最大波动已经达到47万千瓦,在当天15分钟波动超过70万,达到了大概72万千瓦左右的样子,这个给当时电网的调频也带来了一定困难。

除了调频还有调峰方面,风电的反调峰特性特别明显,这个也是在去年某个典型日11月份的情况,在当天,山西电网的风电最大的逆调峰的幅度达到了810万千万,给电网调峰造成了很大压力。当天凌晨低谷的时候风电超过了一千万千瓦,高峰的时候只有200多千瓦。

对于我们这种大规模风电的省份来说,我们急需要储能的方式和风储进行联合,形成风储联合系统,来提供平抑风电的波动,提高我们跟踪计划的精度,必要时候提供一定的有功无功支撑。

虽然风储联合系统能够带来如此大的经济和技术价值,但是风储联合系统毕竟是一个新兴的系统,对电网的可靠性,还有运行决策、运行调度等方面都带来一定量的转变。我们现在分析一下风储联合系统对电网可靠性的影响。目前对于风储联合系统接入电网缺乏一种直观、量化的评估手段,现在传统的可靠性分析方法一般是采用解析法,采用一些可靠性水平指标,比如LOLP、EENS等等进行的。但是对于风储联合系统这种规模比较大,电力电子元件比较多的场景来说,采用仿真算法比较合适。

在风储联合系统入网当中,由于储能的存在,他会对原有的电力系统产生额外带负荷能力提升,下面的等式,右边的是代表原有系统,左边的是代表风储接入之后,R代表可靠性水平指标,比方LOLP、EENS,他们之间的差值CR就是风储系统能够额外提供的带负荷能力。

首先我们把电网的原始数据和网络参数这些输入进去,然后利用风速模型产生风速序列,采用仿真的方式,我们得到当前的常规机组、风电机组的运行状态,储能的运行状态,还有负荷等等,计算这个时候的可靠性水平,还有和原有不接入风储系统的可靠性水平进行误差校验,利用弦切法,不断的更新负荷水平,直到二者的带负荷能力得到一致,我们可以看一下现在的可靠性水平差值。

这个是用山西大同某一个风电厂做算例仿真的数据,直接看左边的数据,上面的红线是代表不含储能,就是纯粹的风电厂,下面是代表风储联合系统,这里确定储能容量不变,增加风电厂容量的变化趋势。他现在采用的可靠性指标是LOLP电力不足概率,这个概率越低,证明电力不足概率越低,系统的可靠性水平越高。蓝线普遍低于红线,也就证明我们风储联合系统加入之后,能够对电网可靠性带来比较不错的改善。但是随着风电厂容量的增加,这种该越来越不明显。

右边是代表风电厂容量固定,增加储能容量的变化情况,这里面采用电量不足期望还有刚才的电力不足概率反应,这两个值都越低证明系统的可靠性水平越高。随着增大储能容量,这两条曲线都是逐渐降低的,就是红线和蓝线。但是其中大概在储能超过4万的时候,因为我配比的风场是9万9,比例大概是40%的时候,他的提升效果越来越不明显,所以对于我们电网来说,从可靠性水平来考虑,储能并不是越多越好,而是要跟风电厂进行合理的配比,配置它的容量还有它的运行次数、开机方式等等,这样才能达到更好的可靠性水平。

怎么进行优化配置?下面介绍一下我们在优化配置方面做的一些工作。

首先我们知道储能的接入形成风储联合系统,对电网的电压有一定的改善,对系统稳定性,具有很高的改善作用。另外,储能系统具有很好的经济性指标,为了更好体现储能系统对于大规模风电并网的支撑作用,我们可以从上面三点,比如对电压的改善,对稳定性的改善,对经济性的改善三者入手建立评估模型。

首先我们看一下储能装在哪,适合安装的位置,适合安装的位置。从三个指标可以反应我们在不同位置,通过三个指标的变化看一看反应的效果。这个是建立的综合性指标,经济性指标包括内部收益率、投资收益率,环保性指标包括污染物的治理成本,可靠性采用的还是EENS指标。在并网性方面,考虑电压偏移,网损,还有平抑波动等等效果。

下面采用的最优计算,这个就不赘述了,这个计算出来各个时刻风电的最优出力,我们通过在储能安置在电网不同节点来看一下指标的变化,在IEEE的30节点系统中,我们做了一个算例。分别在节点2、8、18三个地方加装储能。

我们可以看到在节点8的时候,这个蓝线代表不加储能,红线代表风储联合系统加储能之后的效果,在节点8的效果并不明显,二者其实是接近重合的。但是在节点2和节点13,就是最左边和最右边这两幅图,红线的波动明显小于蓝线的波动,储能接入以后对平抑风电波动指标具有很好的作用。

进一步的分析,经过上面综合指标的评判,我们对2、8、13这三个节点的性能指标进行评判,2、8、13的综合评价指标出来分别0.025、0.0246和0.023,这个指标越小证明具有更低的网损,更低的电压偏移。在13节点,他其实是最低的,综合评价指标最优,适合安装在13节点处。而且根据上面这幅图可以判断出来,13在平抑风电波动方面比较适合,所以适合安装的位置已经可以确定出来,是13节点。

接下来是储能安多少。从调频和调峰两方面进行分析,在调频方面,我们同样建立了优化模型,它的目标函数包括风储联合系统调频辅助服务的质量,投标容量,平抑波动还有一些环境效益。另外需要考虑风储系统的功率运行约束,储能的充放电约束。采用我们山西忻州的风电厂进行分析,这个是用了一年的数据,但是一年的数据比较多,风电的变化特性也都有不同,所以我们采用聚类方式把一年的方式最后聚合成四个场景,缩减为四类进行计算。

红线代表计划出力,蓝线代表实际平抑,计算得到这种情况下,我最优储能配置功率是15兆瓦??梢钥匆幌伦蟊叩耐?,蓝线代表计划平抑,黑线代表实际平抑,在1、4这些图里面,蓝线和黑线都是重合的,证明储能可以很好的跟踪。但是可以看一下场景3,在大概下午5点到晚上12点之间产生一定的偏差,这是因为这个时间段储能承担了一部分电网调度调频指令的一些变化,所以和计划的曲线产生了一定的差额,但是经过优化计算,这个其实是最优的运行方式。

分析一下成本效益方面,上面是我加装储能,下面是没有安装储能,加装储能之后,综合效益可以提升年化的收益约为339.9万元,对于投资者来说,经过计算,可以在6年后收回成本。下面看一下调频辅助服务效果,在一年内,调频辅助服务可以提供1.2-3.9兆瓦不等的调频容量。另外可以提供的跟踪计划出力精度均达到95%以上,95%还是最低的,此外还能获得很好的环境收益。

下面看一下调频辅助服务方面,这个同样也是建立优化模型,目标函数我考虑他的一些负荷的平滑度,还有弃风电量最小。对于约束条件方面,同样也是考虑风储系统的功率平衡约束和储能充放电约束,同样针对四个不同的场景进行计算,这里面就不说太多了。最后我们计算出来最优的配置容量是30.76兆瓦时,最优的功率是21兆瓦。我们直接看右边这几幅图,黑线是代表加装储能之前的,调峰之前的,红线是代表调峰之后的。黑线和红线在峰值和谷值方面,红线都有较大的改善。我们储能能够对调峰提供很好的服务效果。

看一下具体效果值,这两张表上面是没有加装储能之后的,下面是加装储能之后的。对于四个场景来说,它的功率偏差提高了大约50%左右。比如场景一从12变到6,场景二从13.7变到7.4,差不多是50%。对于弃风电量得到了非常高的改善。另外,碳排放量也得到大幅的削减,能够得到较好的环境收益。

提供了调峰,调频这些服务,我们怎样对它进行一个评价呢?这个风储联合系统到底好不好?下面介绍一下风储联合系统提供辅助服务的一些综合评价方法。首先要建立一个评价的指标体系,我们知道风储联合系统接入电网之后,会对电网的系统安全风险带来很大的提升,很大的改善。对于电能质量,电网的可调度性,接纳能力等等都有很大的提高。

除了这些,我们还要考虑经济性,环境效益。此外,因为风储联合系统在全国都属于比较新兴的产业,都属于比较示范性的项目。对于这种示范性项目而言,我们还需要考虑它的产业带动,创新性示范效果方面。从示范效果、运行效果、经济效益、环境效益这四个方面建立一个综合的总体评价指标。

我们采用雷达图的方式来直观展示一下。这里面是采用的现实的算例,在这个项目一期装机容量风电是14万,储能装了2万。二期计划,还没有上,计划安装风电56万,储能增长到4万。在这个雷达图里,红线代表二期,一期是蓝线,一期普遍是包裹于红线当中的,证明二期具有更好的效果。一期缺额在左下角的这几个指标,分别是新能源的接纳能力,收益率等等。二期从这几个方面入手,改善了这个现象。通过综合评价指标,也可以得到我这个项目现在缺失在哪,我应该从什么方面来补足。通过这种直观展示的方式,指导我该从哪里入手。

最后,我对风储联合系统做一个总结:

从综合效益方面,风储联合系统能够提供辅助服务,提高可再生能源的渗透率,减少高峰负荷,对应的电网投资浪费。风储联合系统参与辅助服务市场成为解决弃风限电、投资浪费等问题的关键性考虑。

从调频辅助服务,因为电池储能具备优异的控制性能,可以用于功率频率的控制,实现快速的频率控制,对电网的频率稳定性做很好的支撑。同时,能够支撑AGC的功能。

从调峰辅助服务方面,风储联合系统能够在电网负荷低谷和高峰时段都提供调峰的效果,配合电网进行调峰,能够减轻电网机组火电当中的调峰压力,减少弃风这些效果。

我的汇报就到此结束,请各位领导、专家多多批评指正。我希望随着我们共同的努力,能够助力储能产业更快,更可持续的发展。谢谢大家!

关键字:风储 辅助服务

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