国家能源局数据显示，2024年一季度，全国可再生能源新增装(zhuang)机6367万千瓦，同比增长34%，占新增装(zhuang)机的92%。截至3月底，全国可再生能源装(zhuang)机达到15.85亿千瓦，约占我国总装(zhuang)机的52.9%，其中，风电和光伏发电之(zhi)和突(tu)破11亿千瓦。
然而，风电和光伏发电具有间歇性、随机性和波动性，会(hui)在一定程度上影响电网安全稳定运行。
随着新型(xing)电力系(xi)统建设及“源网荷储(chu)”一体化(hua)运行的推(tui)进，储(chu)能电站如何发挥自身优势、护航电网安全尤为重要。近日，湖北荆(jing)门新港储(chu)能电站成功(gong)实施国内首个百兆瓦时构网型(xing)储(chu)能电站黑启动试验，电网应对(dui)极端突(tu)发情况(kuang)再添“防护盾”。
30秒恢复(fu)供电
黑启动是指电力系(xi)统由(you)于故障停运后，依靠系(xi)统内具有自启动能力的机组或系(xi)统外电源，使(shi)整(zheng)个电力系(xi)统恢复(fu)正常(chang)运行。这是保(bao)证极端条件下城市电网安全运行的重要手段。
新港储(chu)能电站是国家能源局新型(xing)储(chu)能试点示范项目，站内有16个集装(zhuang)箱大小的储(chu)能单元，内装(zhuang)磷酸铁锂电池。去年底，电站二(er)期工程并网成功(gong)，总容量50兆瓦/100兆瓦时，可满足1.6万余户家庭1天的用电需求(qiu)；还可以(yi)消纳附近的新能源，帮助电网削峰填谷(gu)。
在黑启动试验中，新港储(chu)能电站相邻的高桥变电站模(mo)拟突(tu)发停电，无(wu)法(fa)向外送电。新港储(chu)能电站运维人员接到指令，迅速将本站电能送往变电站帮助其启动，整(zheng)个过程仅耗时30秒。“黑启动过程中，24台储(chu)能变流器电压百分之(zhi)百同步，系(xi)统频率、电压均可稳定控制。”国网湖北电科院熊亮雳博士说。
此次(ci)黑启动不仅恢复(fu)供电速度快，供电功(gong)率大、时间长，且转(zhuan)换效率超过85%，优于其他黑启动方式。若遭遇电网全停且故障恢复(fu)困难等情况(kuang)，新港储(chu)能电站存储(chu)的电能可带(dai)动所(suo)在供区重要用电负荷24小时稳定运行，并可为新能源场站提供站用电源，助其恢复(fu)并网发电。
当前，湖北正处梅雨季节，雷电活动增多，具备黑启动功(gong)能及孤网运行能力的储(chu)能电站，可以(yi)在极端情况(kuang)下提供更加(jia)稳定的供电。国网湖北电力公司相关负责人说，本次(ci)试验为抗灾保(bao)供及储(chu)能建设发展提供了新思路(lu)，同时证明极端情况(kuang)下构网型(xing)储(chu)能电站拥有较好的黑启动功(gong)能及离网运行能力。
荆(jing)门供电公司发展策划部副主(zhu)任夏晓荣说，下一步，荆(jing)门计划建设4座规模(mo)为新港储(chu)能电站两倍(bei)的构网型(xing)储(chu)能电站，为当地乃至湖北储(chu)备一批具有黑启动功(gong)能的抗灾保(bao)障电源。
攻克多个技术难题
为主(zhu)动适应新能源快速增长态(tai)势，实现(xian)系(xi)统消纳能力更强、整(zheng)体运行更优，破解(jie)储(chu)能电站黑启动技术难点尤为关键(jian)。
“传统储(chu)能电站多采用跟(gen)网型(xing)控制技术，需要跟(gen)踪电网的实时电压和频率才能运行。一旦(dan)电网发生波动，跟(gen)网型(xing)储(chu)能电站失去电网的实时电压和频率数据指引，无(wu)法(fa)工作。”国网湖北电科院高级工程师游力说，构网型(xing)储(chu)能电站自身就能建立实时电压和频率，既能撑起一个小型(xing)电力系(xi)统，也能直连电网，具有较强的“独立自理”能力。
这一特性也让构网型(xing)储(chu)能电站具备担当黑启动火种的潜力。
此前，抽水蓄能及燃机电站常(chang)作为黑启动载体。传统黑启动机组容量普遍(bian)较大，控制对(dui)象少，操作相对(dui)简便(bian)。
近年来，新型(xing)储(chu)能电站加(jia)快建设，清洁高效的电池储(chu)能替代(dai)传统同步发电机，成为黑启动新载体。然而，电池储(chu)能系(xi)统控制对(dui)象数量通常(chang)在几十(shi)台乃至百台，存在电压控制同步困难、多储(chu)能变流器环流抑制等问题。
去年1月，国网湖北电科院组织专业技术人员成立攻关团(tuan)队(dui)，与南京南瑞继保(bao)电气有限公司联合研发构网型(xing)储(chu)能技术，通过开展硬(ying)件在环仿真、机组测试以(yi)及整(zheng)站实证，成功(gong)攻克构网型(xing)储(chu)能黑启动中的多机并联控制以(yi)及构网限流策略难题。
“难点在于保(bao)证各机组同时、同频、同相位黑启动升压。”游力介绍，黑启动多机并联控制主(zhu)要攻克了协调控制系(xi)统毫(hao)秒级的快速通信(xin)技术，以(yi)及黑启动过程中的相位修正技术。构网限流策略优化(hua)可实现(xian)有源阻尼(ni)算法(fa)重构，防止因启动线路(lu)、变压器、电动机等设备使(shi)储(chu)能变流器短时过载，抑制储(chu)能变流器谐振。这一系(xi)列创新提升了新型(xing)储(chu)能作为黑启动电源的可靠性。