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风光储虚拟同步发电机技术与工程应用

        发布时间:2019-08-07 20:06        编辑:北极电力网
综合能源就事专题培训第五期(杭州站)-8月29日-杭州增量配电项目经营与实践研讨会(第二期)-9月7日-北京储能电站技术与商业形式察看勾当(长沙站)-9月9日-长沙北极星储能网讯:我们国度景致储输示范项方针投产运转,也是示范了多方面的首台首套的新动力发电设备,包括了对风电、光伏、储能配备的一些运维技能进行钻研,以及相应的在新能源并网问题上也是做了一些深切的计议,随着树范项方针投产运转,也是在包括子女设施制造以及高效运维、破解新能源并网难题方面阐扬了树范引领劝化。——国网冀北电科院新动力所副甜头宋鹏8月7日,由华北电力大学、中国可再生能源学会主理的“第一届中国储能学术bbs暨风景储创新技能大会”在北京召开,聚会会议为大力推广风能、太阳能、储能翻新技艺,推动光景互补、太阳能+储能、景致储技术以及智能微电网、能源互联网妙技在综合能源效劳范围的使用;搭建风能、太阳能与储能财产科学武艺、创新运用的交流与分工平台,促成风电、太阳能发电无津贴平价上网项目技能进行,推动储能妙技前进与创新。大旨呈报枢纽,国网冀北电科院新动力所副利益宋鹏作“景色储虚构同步发机电妙技与工程运用”报告。国网冀北电科院新动力所副利益宋鹏各位带领,列位专家,各位同学,下昼好!我是来自国网冀北电科院新动力所的宋鹏。我今天不日汇报的问题是“风光出编造同步发机电技艺与工程应用”。由于以前在2017年,相等于在张北投了第一个捏造同步发电机树范项目,这个树范项目也是第一次在虚构同步机技能大批应用,也极为幸福跟人人分享一下在工程开展任务之中的一些心得与体会。
我的汇报分红三个部分:第一,国家景物储输示范项目先容。2011年为了破解新动力破解艰难,2011年的时辰甘肃、冀北、东北即是三北地区发作了频繁风电机组大规模脱网事情,国家层面国网公司极为重视,为了破解新动力并网朋侪型的瓶颈与艰难,在2011年三部位,科技部、账目部、发改委,与国度电网公司,一路启动建设世界上第一个景色储联合发电项目,这也是当初规模最大的发电项目,现在在青海等其它地方已经有更大的了。现在规划建设风电是50万千瓦、光伏10万千瓦、多类型储能7万千瓦。景物储这些配备最须要到联合发电系统之中,进行对抗的管制。这个工程在那时示范运用了国内最榜样的8种序号发电机,由于而今支流的机型基本上是1.5兆瓦机型,包括2.5兆瓦的双馈风机、2.5兆瓦直驱风级、3兆瓦双馈风机等。二期工程傍边异样示范了陆上最大的5兆瓦的一个风机电组,相变的,它的叶轮直径是124米,覆盖了国内干流的产商,建成了陆上最大的风机电组5兆瓦的相变机组。在光伏方面,这个项目树模运用了最全的光伏组件与跟踪方式,多角度、多方位单方面开展妙技经济相比。类型分单晶硅、多晶硅、背兵戈式、非晶薄膜、高倍聚光。结合工程应用也是研究了光伏组件清洁运维的方式在示范了光伏组件自动喷淋的方式以及自动滚刷的方式,经由树模使用光伏发电量抵达了3%以上。在储能这块一共是对7类电化学储能技术进行了实证评价,包括磷酸铁锂电池、超级电容、铅酸电池、钛酸锂电池、液流、电动汽车梯次操作。相应的妙技指标也是达到了国内的先进水平。同时基于这几品种型的装备我们开荒出来新能源全景联合发电监控琐屑,如左边这个图所示,风电、光伏、储能分别由一个系统管教,变电站有四类同时遭受我们全景监控零碎联合的管束,全景监控琐细内中了设计了几种方式,而今实现了新动力电力的可猜测、可管束。咱们经由在项目运转之中的一些长周期的运转统计数据,景物互补比风机倔强性有不一定的改良,加入储能牵制以后,可以看到跟踪计划的缺陷或者说计划及格率获取了很好的降职。统计数据来看,误差比正本降低了一半,跟踪计划的及格率60%提高到了90%,成绩也是失掉了很好的改善。在滑润圆滑出力这块,储能染指管教以后,景致储电站有功着力的刚强性获得了明明的降低,坚定性要小了不少。统计这个腻滑系数等因此在0—0.8区间内是如许的情况。这个项目,整个工夫进程是在2011年劈脸必然树范项方针施行方案,2011岁暮或是风景储输树范公车的一期也曾完成了投产运转,第一次投产是10万千瓦的风电、4万光伏、2万储能,后续2011年12月完成了二期投产,二期搜罗了35万的风电、6万光伏。依托这个项目,在2017年岁尾离别投产了编造风机树模项目以及电动汽车梯次垄断项目。2014年12月,在国度风光储输树范项目指标,探寻若何操作景物资源互补优势和电化学储能、提职新能源电站并网朋友型。2017年11月,动力电池梯次利用树模工程建设投运,主要方针是电动汽车日益遍及的这种配景下,如何实心服役动力电池的规模化利用。2017年12月投产的新动力假造同步发机电的树模工程,首要指数是索求在未来高比例新能源接入电网的使令下,如何实现新能源机组对电网的主动支撑作用。结合着我们国度风光储输树范工程的投产运转,也是示范了多方面的首台首套的新能源发电装备,包括了对风电、光伏、储能配备的一些运维技能进行研讨,以及相应的在新动力并网问题上也是做了一些深切的找寻,应当说跟着树模项目的投产运转,也是在包括子弟装备制造以及高效运维、破解新能源并网困难方面发扬了树范引领作用。随着工程投运之后,后边彷佛在青海包括东北等等这些中央也最早创建了良多景色储联合发电的工程。第二部分,给大家报告请示一下虚构同步机发机电的技术。近些年来我们国度风电、光伏新动力实现了跨越式进行。左边这个图可以看到,或许10年岁月装机容量增加了100倍。跟大家分享一个数,到2018年尾我国新动力装机占比达到了18.9%,其中风电是9.7,光伏9.2,初次超越了水电,成为了我国第二大动力。估计到2035年,新能源装时机到达13.7亿千瓦,占比会进一步提拔到38.3%,高比例内心新动力接入将成为未复电网的需要特色,这个趋向曾经呈现进去了。新能源机组多采用电力电子设备并网,具有低抗扰性和弱撑持性,导致新能源消纳和安然运行方面问题突出。左上角这个图是2018年全国各省区弃风率的对比,可以看到,尽管在2018年我们国家的弃风率消沉了5个百分点,但是在新疆、甘肃、内蒙、尽力这些地域照常跨越了平均值,超过了7%,理当说在三北区域这种景遇照常居高不下。下边这两个图是实测的运行曲线,便是电压强项剧烈的曲线以及在新动力规模接入区域组成的曲线。右上角这个图是我们的仿真曲线,这个配景是华北、华中电网的联网,思索到新能源要是不具备主动调频才干,新能源的占比划分在20%—40%的这类状况下,它频次共性好转的水准。可以看到,如果新动力占比20%的话,如果新能源不具备主动调频才干的话,考虑4.2%,频次最低点会降到49.21赫兹,基本上触及了低频,要是新动力占比到达40%以上,这个频率好转会更低。前期我们国家经过新能源机组的阻碍穿越本事的改造,包括低穿、电网顺应性的身手改造,新动力的一些低抗扰问题已经获取了一小块筹画,现在高穿在推,可是新能源机组的弱撑持性问题如故突出。与旧例同步机组相比,我们国家的新动力机组基本上不具备常例机组全部的这类惯量撑持、一次调频、主动调频等等电网的主动支撑才略,可以说这种情况在未来高比例新能源接入电网前提下会带来新的电网问题。下面这个图是一个示意图,新能源的并网阻碍越来越低以后,由于没有主动支撑能耐,对电网支撑本领弱的话,这个天平,一方面发电源,可能就会失去均衡,在频率出现扰动的时辰就会出现问题。新动力和常例动力相比,主动撑持本领这块,一个是惯量支撑,还有一次调频以及主动调压的能够宛如都不具备。这是两个案例,一个是人人比拟了然的,2015年9月的锦苏直流闭锁导致的问题,流失的功率占比是3.55%,频率最低点是跌落到了49.56赫兹,这个进程或许继续了2—3分钟。左边这个图是应该也是在2014年,在张北周边,一个电厂投入电容岔道,电压有一个跃升,此后有一个迟缓俯冲,超过了1.1倍的高电压限值,构成风机的高电压脱网,电压进一步上升,一共是71.7万千瓦的风电图网。若是区域内里新动力机组具备了主动调频本事之后,这些情况都会失去改善。在这种后台下编造同步发念头手艺,在学术圈展开了许多学术层面的研讨,首要即是在新动力机组的主控/变流器牵制环节中摹拟同步及的运行机制,使新动力发电设施具备主动支撑电网才干,由“被动调治”转为“主动支撑”。假造同步发机电有两种技艺道路:1,内禀自同步性。垄断同步发电机的数学模子,生成逆变器内电势幅值与相位。2,锁相似步性。锁相测频后总计附加调频、调压功率,天生有功/无功电流参考值。也即是说左边这个框图是在不窜改咱们现在新动力机组的管制布局的根柢上完成的一种武艺路程,他也能够供应主动撑持手段,然则只能说部分模拟,还不能够完全。调压,针对调频,火电机组的状况各人可能对照理解,火电机组是有一汽包,新动力机组假设调频需要一个格外的能量根源撑持,仿照火电汽包首要汽压力囚系,备用容量是新能源机组具备主动调频支撑能耐的必要条件。这个备用起原有几种:1,桨距角管束(限功率),通过限功率压低有。2,超速管制。3,单位机组配置储能。4,新动力电站会合设置储能。伪造同步发电机的工程运用。2017岁尾,寄予国家风物储输树范工程,新能源捏造同步机树模项目建成投运,工程投运3大类6种型号虚拟同步及设备。包括单元式的光伏伪造同步机、单位式风电伪造同步机,另有电站式的虚拟同步机。对差距储能类型(锂电VS超等电容)、差别储能成组方案(结合式VS会集式)、差距风机调频方案进行对比剖析,全方位探寻新能源主动撑持技艺的工程实现方案,弥补了捏造同步发机电技术在大电网中的应用空缺。这个历程中也是分批次的进行投产。投产的风电伪造同步机主要是2兆瓦单位式风电编造同步机,掩盖了转子惯量撑持和变桨距减载牵制的两种调频策略。转子惯量撑持,当电网频率下降时,风机扣留一部分转子动能以到达功率撑持的目标。变桨距减载管教,即是限共预留备用,当电网频次下跌高出调频死区,机组可桨预留的备用扣留出来。左边这个图这是我们实测的一些曲线,左边这个即是利用踢球预留备用量10%,可以看到这个降落有功撑持、桨距角大约是在这个度数,来完成羁系。游伴这个图即是采取转子惯量撑持的方式完成调频支撑。频率降落之后有功功率支撑,动员机转速降落,桨距角不变,发念头转速有一个低速,低到一定水平以后要复原,所以在这个点,不合的机组不一样,或是在1150—1300之间,这个时刻需要恢复转速,就需要把电磁转距下去,这个时刻就会构成有功功率的跌落,这个有功功率的跌落,假定新能源都有这种特性的话,从这个图里可以看到,这个时分频次还没有上去,有功功率上去了,比初始的有功功率还要多,就会组成电网频率的二次跌落,以至二次跌落的深度比一次跌落的深度还要多,一个是转速指斥快,一个是老本比照低。右侧是我们实测的一些指标。针对风电虚拟同步机机组一些使用的问题提出了一些钻研,提高了轴系振动的问题,这儿有一个转矩的渐变,这个转矩的渐变就会引起轴距的问题,需要对它的载荷进行管教。针对二次跌落的问题,这是第一次跌落,后边有撑持,撑持之后,由于有功功率的二次下降,形成电网的二次跌落。这对这个二次跌落提出了一个风机转子转速的综合预料,何等减少了频次二次跌落的深度,达到了78%,有效改善了二次跌落,可是不有方式撤销。针对光伏,主要即是研发了500千瓦的单元式的光伏假造同步机,主要是在原有光伏的拓补结构内中,直流侧并联了离散式的储能装置,以及加装了一个DC/DC管束柜,触及2个厂家,采纳2种储能配置方案,一种是磷酸铁锂电池,一种是超等电容,投入的资源差不多。这两个曲线也是针对两种储能设置装备摆设方式实测的曲线,也是能够满足与优于标准的规则,现在这个规范是指国网公司的,依赖这个标准,包括我们示范工程的一些指标,包括行标、国标,都在拟订关于新动力一次调频的技艺申请。经由进程测试来看,光伏捏造同步发电机一次调频的响合时间比风电要快,能够是在百毫秒级。同样也是针对光伏配置单元式储能在散布式应用当中的问题,也是离别提出了一种光储调与控制的方案,思索到锂电和超等电容在充放电倍率与循环寿命方面的差异,充散发扬储能单位的优势。这是一些仿真的曲线。在场站侧新建了两台5兆瓦电站式储能虚拟同步发电机,波及到2个厂家,配备研发历程中提出了多模块交流并联汇集、电池高压两级接入的拓补机关,完成了多个电压源并联集成。提出主控——模块分层管制机关,防备了多个功率单位间并联运行环流和振荡问题。经由进程实测,储能的一次调频响应岁月更快,或是是在几十毫秒,这个是仿真平台上的预想。结合我们的项目运用开展了一些相干的实际研究、实测的实行,还有从2018年1月份最先大要10余年的运行数据跟踪解析,结合工作竖立了分、光、储编造同步发电机主动撑持个性指标体系。首要讲一下调频的死区,当初咱们在运行解析的时辰,最匹面设的是0.03,0.03一天调频能达到几百次,后边思忖到电网的频次正常的变幻,以及华北电网出现功率缺额的时辰调频特征的一些变卦需求,风电、光伏储能的赫兹,与1870的妙技规范死区的设置是一样的。同时结合光伏、风电、储能的特点,划分对换频响应光阴进行了差混合的设计。说一下应用模式的妙技经济性。在应用的进程傍边,要抵达电网需求,主动调频支撑性能的需求,然而要同时考虑到资源投入,技术手段指标与经济指标具有相背的问题。由于刚才也提到,咱们示范了很多种武艺路程,对这几种技术手段路线进行了对比,针对预留备用这块,在风电光伏都可以使用武艺线路,因为要做预留备用,咱们做了测算,我们那会用10万千瓦的风电场进行测算,若是不特别预留这10%备用,会导致每年额定的发电散失是2500万。针对转子惯量撑持刚才也说到了,基本上只有要一个软件的晋级即可以完成这种屈从,然而会具备后续老火的频率二次跌落的问题。针对单位式储能在光伏上的应用,他的调频特点是优于火电机组的,可以抵达百毫秒级,同样在10万千瓦的电站应用,包括建设本钱、装备利润等等,年均资本按储能电池8年寿命来计较,年均利润到达600万,与在电站层面驱散式的设置、场站式的储能设置装备摆设应该说要远远高于它。我印象傍边数据,场站式配置这个数据依照10%,10万千瓦的电站,遵照10%,年均资本是100—200万时期,若是冲弱的话这个利润还要进一步飞腾。最终我们思忖,对于虚拟同步机光伏电站的广告形式即是集合配置储能,风电场的广告内容风处谐与,与独自设置储能相比,减少储能设置装备摆设容量27%,子虚行使转子动能的羁系,但是储能在这个历程当中承当了太多的智能,来充盈发挥速决的支撑,兼具了风和储与谐的运行优势,也是能够削减投资的本钱。我的汇报便是这些,感激人人!

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