适应甘肃新型电力系统建设的储能电站并网管理研究.pdf

中国科技期刊数据库 工业 A 收稿日期：2023 年 12 月 21 日 作者简介：陈柏旭（1992），男，汉族，甘肃兰州人，中级职称，硕士研究生，研究方向为网源协调技术及新能源涉网性能测试。-9-适应甘肃新型电力系统建设的储能电站并网管理研究 陈柏旭 甄文喜 刘海伟 沈渭程 董开松 国网甘肃省电力公司电力科学研究院，甘肃 兰州 730070 摘要：摘要：本文基于甘肃省内新型电力系统建设现状，以及储能电站的并网运行特点，对甘肃省内储能电站的并网管理相关内容进行了研究。首先分析了甘肃电网运行面临的挑战；其次对甘肃储能电站并网管理办法进行了研究；之后基于总结得到的现行储能电站并网管理办法，开展了储能标准体系建设研究；最后根据上述研究结果，为甘肃新型电力系统中储能电站的管理机制提出建议。关键词：关键词：新型电力系统；储能电站；并网管理 中图分类号：中图分类号：TM91 0 引言 在“双碳”目标和构建以新能源为主体的新型电力系统驱动下，甘肃省内新能源将迎来新一轮飞速发展，装机占比将进一步提升。甘肃电网作为典型的新能源高占比电网，电网安全稳定运行和新能源消纳矛盾将更加突出，主要涉及新型电力系统“双高”、“双峰”和“双随机”特征明显，导致系统调压、调频及惯量支撑不足，电网弱阻尼，调峰容量不足等问题。大规模融入新能源对电力系统产生了复杂考量，涉及能源波动、系统灵活调度等挑战。新能源发展与电力系统可持续性和可靠性密切相关。在地方经济方面，新能源应用对就业和能源自给自足能力有积极影响。解决这些问题需要研究电力系统的安全、稳定和经济运行。甘肃地区可以充分利用风光资源的互补特性，通过储能电站提高稳定性、降低传统电源依赖，促进新能源发展。因此，规模化应用储能电站是实现清洁、高效、安全电力系统的重要技术途径。储能电站具有高灵活性和适应性，能快速响应电力系统问题，确保系统稳定。甘肃应充分利用其特性，规模化建设电化学储能电站，提升调节能力，促进新能源消纳。储能技术的发展将推动甘肃向清洁、低碳、高效能源体系转型。储能电站应用为可持续能源提供关键支持，提供可靠解决方案。因此，甘肃新型电力系统建设需要研究和发展储能技术，推动创新升级。储能技术在电力系统中发挥着重要作用，尤其对于拥有高比例清洁能源的地区而言。储能系统可以存储多余的电力，并在需要时释放，以平衡供需差异，维持电力系统的频率和电压水平。特别是在面对清洁能源波动性较大的情况下，这种能力至关重要。由于甘肃客观地理原因与经济发展现状，电力整体供大于需，区域售电量规模较小，需要进行大规模远距离的外送，目前已建成祁韶直流祁韶800 千伏特高压直流输电工程，启动“陇电入鲁”工程，并加快“陇电入浙”、“陇电入沪”前期工作。然而青海电网规模小，网架薄弱，大规模风电的送出和消纳问题凸显，在电网故障时，电网频率和电压的稳定性问题对电网安全构成严峻挑战。储能电站以其快速响应和灵活调节的特性，为电力系统提供调频和调压的响应能力，确保系统输出曲线的稳定性，从而保障直流系统的安全运行。储能技术是解决清洁能源波动和弃风弃光等问题的有效手段。储能电站可以储存和释放新能源电能，减轻电力系统压力，提高电能利用率。在资源丰富的地区如青海，储能电站可增加清洁能源消纳容量。新技术可实现精细能量管理、优化经济调度，推动电力系统向清洁低碳、高效安全转型。储能技术在支持清洁能源发展方面起关键作用，为可持续的未来提供支持。1 甘肃电网运行面临的挑战 甘肃电力系统正转型为大新能源基地和大直流外送。这带来了新的挑战，如运行与结构复杂性、失稳问题和振荡等。为确保安全稳定运行和高比例新能源消纳，需制定适应性强的涉网安全管理机制，包括监测、控制、技术研发和标准制定。确保电力系统高效、中国科技期刊数据库 工业 A-10-安全、稳定运行。甘肃省电力系统在调峰方面存在明显缺口。传统调峰手段主要依赖煤电，但甘肃省的最大调峰能力无法满足实际需求，尤其在冬季需求高峰时进一步上升。估计缺口范围在 350 到 450 万千瓦之间，影响电网稳定运行和经济性。为弥补缺口，甘肃省电力系统需寻找更灵活、高效的调峰手段，如引入新型储能技术或提升清洁能源调峰能力。这将实现更可持续、经济的电力系统运行，推动清洁可再生能源发展。在调整电力系统和引入新技术过程中，需逐步减少对传统煤电的依赖，以应对未来多样化和可持续性电力需求挑战。随着甘肃光伏风电发电比例不断增大，甘肃电网对于调频调峰需求越来越大，尤其需要储能设备来进行调峰，若储能设施不能及时建设并网，将会带来巨大的涉网安全隐患。图 1 某次大频差扰动试验中储能电站一次调频动作情况 在系统调频方面，虽然目前新能源快速频率响应功能已在甘肃省内推广应用，但在数次的全网频率扰动试验中发现，新能源场站经常由于出力的间歇性导致快频功能不投入，已投入的场站合格率也较低，无法达到常规能源的一次调频性能。在新能源对系统频率稳定提供的支撑不满足要求的前提下，储能电站参与电网频率安全防御便显得尤为重要。但在某次大频差扰动试验中，甘肃已并网的储能电站一次调频动作情况不满足要求，如图 1 所示。具体表现为一次调频响应滞后时间大于 1 秒，当电网频率超过机组一次调频0.05Hz 死区时，机组出力响应、积分电量贡献指数均偏低，分析其原因为电站内部 1/6 的电池处于未工作状态，未能起到很好的调频作用。因此需要在不定期核查储能电站一次调频性能、保证其对系统频率稳定支撑作用的基础上，对储能电站的运行管理机制做出要求。2 甘肃储能电站并网管理研究 甘肃因为新能源发展迅速的原因，在储能方面发展也处于全国领先水平。电化学储能是近年来较为常见的储能方式，如网域大规模电池储能国家试验示范项目规划在嘉酒电网建设182MW/720MWh网域大规模储能电站，包括 2 个 60MW/240MWh 电网侧子站、5 个10MW/40MWh电源侧子站和1个12MW/40MWh用户侧子站。2022 年全省计划新投 330 千伏储能电站 3 座（一期投运容量均为 150MW/300MW-h），提升系统调峰能力。但电池储能对于环境要求较高，甘肃冬季的低温环境对于电池储能不友好，甚至低温会导致部分设备故障，因此需要对甘肃储能电站涉网安全管理等方面进行规定。目前甘肃储能电站并网管理初步按照新能源场站执行，尚无专门针对储能电站的并网管理办法。国网甘肃省电力公司参考其他省份较为成熟的储能电站并网管理办法，通过修订现行的甘肃电力系统网源协调管理办法，拟对甘肃储能电站的并网管理做出规定。该管理办法主要针对以电化学储能为主、容量在 5 兆瓦/2 小时及以上的独立储能电站。新型储能企业是储能电站并网管理工作的责任主体，除履行一般发电企业职责外，储能电站还应满足以下规定：储能电站应按照国家能源局综合司关于加强电化学储能电站安全管理的通知（国能综通安全 202237 号）要求，严格落实安全运行管理工作。储能电站应严格遵守电力调度机构的电力调度规程及规定，有义务维护电力系统安全稳定运行和电力可靠供应。储能电站应严格遵守电力调度机构的指令，执行调度指令时要迅速、准确，不得以任何借口拒绝或拖延执行。储能电站应严格执行电力调度机构的继电保护、中国科技期刊数据库 工业 A-11-安全自动装置、自动化和通信设备等的参数管理规定。重大政治活动或节假日等特殊时期电网企业应制定保供电方案和措施，储能电站应贯彻落实，并在进入保电阶段前向电力调度机构报告各项工作准备情况。储能电站应按规定向电力调度机构报送电力、电量等信息。储能电站有义务维护电网频率和电压合格，提高电网电能质量，并保证电能质量符合国家标准。在保证电网安全运行和新能源优先消纳的前提下，储能电站应按照电力调度机构调度计划曲线或调度指令参与电网调峰、调频、调压和备用。储能电站应严格执行电力调度机构下达的调度计划曲线（或市场出清曲线）和运行方式安排。储能电站在检修时，需与电站检修计划协同安排，服从检修计划的合理安排。电力调度机构应科学安排二次设备的检修，确保与一次设备的检修协同进行，不影响一次设备的正常运行。储能电站在此过程中应服从检修计划。储能电站应向电力调度机构报送储能电站额定功率、额定容量、可用容量、有功功率、无功功率、荷电状态、充放电状态、变流器状态、最大功率充放电可用时间、有功控制调度请求远方投入、无功控制调度请求远方投入、无功/电压控制模式和充放电量等信息，并保证数据准确。储能电站各项性能参数应符合国家、行业标准有关规定，额定容量、最大充放电时间与并网调度协议一致。因电池寿命衰减、意外事故等造成性能参数发生较大变化，电站需及时上报电力调度机构。储能电站应具备四象限功率控制能力，有功功率和无功功率调节范围和能力应满足国家、行业有关标准要求。独立储能电站应同时具备就地和远方充放电功率控制和频率、电压调节功能。满足国家标准规定的关键参数是实现储能电站与电网协同运行的前提。储能电站需具备高电压、低电压穿越能力，以保障设备和系统在电网波动情况下的安全运行。储能电站应敏感且迅速响应电网频率和电压异常情况，确保频率异常响应和电压异常响应能力。储能电站应具备 AGC（有功功率控制）功能，能够接收并自动执行电力调度机构远方发送的 AGC 指令。新建独立储能电站应在正式投产前，完成 AGC 功能调试并投入。储能电站的一次调频功能是保障电网频率稳定的重要手段，合规接入电力调度机构并满足国家标准的性能指标，能更好地发挥作用。储能电站应具备快速调压能力。当电网电压波动时应自动参与快速调压，未经电力调度机构批准，不得擅自退出电站快速调压功能。储能电站应按照调度运行要求具备自动电压控制（AVC）功能，加强 AVC 子站的装置维护工作，AVC 子站各项性能应满足电网运行的需要。储能电站应向电力调度机构报送一次设备参数，投运后 4 个月内提供可用于电磁和机电暂态仿真的技术资料和实测模型参数，用于电力系统稳定计算。3 储能标准体系研究 电力储能建立了电化学、压缩空气、飞轮、超级电容等储能形式的标准体系，以电化学储能为主。标准涵盖通用、设计、施工、运维、设备、安全、技术管理等领域，覆盖储能工程全流程和专业技术内容。截止到目前，电化学储能领域基础通用领域规划标准 4项，发布 2 项，在编 2 项；规划设计领域规划 12 项，发布 7 项，在编 5 项；施工验收领域规划 4 项，发布 1项，在编 3 项；运行维护领域规划 29 项，发布 20 项，在编 9 项；检修领域规划 3 项，发布 0 项，在编 3 项；设备及试验领域规划 121 项，发布 70 项，在编 51 项；安全领域规划 8 项，发布 3 项，在编 5 项；技术管理领域规划 9 项，发布 3 项，在编 6 项。现行有效标准（国家、行业、团体标准）共 106 项，占标准体系规划标准总数的 56%；在编标准合计 84 项，占标准体系规划标准总数的 44%。为贯彻碳达峰、碳中和决策，国家能源局发布了能源碳达峰碳中和标准化提升行动计划。该计划通过推动标准化发展，为能源绿色低碳转型提供技术支持。重点包括完善新型储能技术标准、细化储能电站接入电网和应用场景、推动储能用锂电池安全等新标准，以及协同发展新型储能技术的研发、应用和标准制定。该计划旨在推进能源领域的碳减排和绿色发展，促进储能技术的创新和应用。为适应多元化储能技术发展，建议关注光热储能、压缩空气储能、飞轮储能、电氢储能等形式。制定设计规范和完善标准体系，确保安全性和性能。修订电力储能标准体系，关注安全和并网性能。制定关键标中国科技期刊数据库 工业 A-12-准，如灭火规程、调试验收安全规程、系统安全技术要求、储能电站并网验收管理办法等，提高电化学储能设备的使用和管理的规范性。4 总结 在对甘肃电网运行面临的挑战、储能电站并网管理办法、储能标准体系进行分析后，得到甘肃储能电站应从以下几方面提升并网管理水平：加强储能电站渉网试验监督。加强储能电站安全管理。加强储能电站运行管理，发挥储能电站灵活性调节作用，支撑电网安全稳定运行。完善并网管理办法，增强并网管理手段。完善储能标准体系。参考文献 1郑琼,江丽霞,徐玉杰,等.碳达峰、碳中和背景下储能技术研究进展与发展建议J.中国科学院院刊,2022,37(4):529-540.2陈彬,汤奕,鲁针针,等.储能电站并网测试技术研究与实现J.电力系统自动化,2015(10).3李兆伟,方勇杰,李威,等.电化学储能应用于电网频率安全防御三道防线的探讨J.电力系统自动化,2020,44(8):1-7.4孙玉树,杨敏,师长立,等.储能的应用现状和发展趋势分析J.高电压技术,2020,46(1):80-89.5阳小丹,颜博文,黄际元,等.电化学储能电站并网指标体系研究J.太阳能,2022(5):58-66.6 唐 亮,尹 小 波,吴 候 福,等.电 化 学 储 能 产 业 发 展 对 安 全 标 准 的 需 求 J.储 能 科 学 与 技术,2022,11(8):2645-2652.7李晟云.建设储能电站是加强甘肃新能源消纳能力的一个方法J.甘肃科技,2019,35(10):19-21.8李相俊,赵珊珊,惠东.面向新型电力系统的大型储能电站关键技术发展趋势分析与展望J.供用电,2022,39(7):8.9刘文龙.储能提升含高比例可再生能源电力系统频率稳定性研究D.杭州:浙江大学,2023.10姜明军,王文婷.考虑储能电站的清洁能源并网电力系统风险量化与安全效益评估J.电力需求侧管理,2021(4).11李娟,周鸿雁.适应新型电力系统发展的储能人才培训评价体系研究J.黑龙江人力资源和社会保障,2021(9):3.