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天津電氣院歷成元:基于大容量儲能的微網(孤網)系統解決方案

作者:中國儲能網新聞中心 來源:中國儲能網 發布時間:2020-10-13 瀏覽:
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中國儲能網訊:9月24—26日,由中國化學與物理電源行業協會聯合200余家機構共同支持的第十屆中國國際儲能大會在深圳鵬瑞萊佛士酒店召開。此次大會主題是“共建儲能生態鏈,開啟應用新時代”。 來自行業主管機構、國內外駐華機構、科研單位、電網企業、發電企業、系統集成商、金融機構等不同領域的1621人參加了本屆大會。本次大會由中國化學與物理電源行業協會儲能應用分會、中國科學院電工研究所儲能技術組和中國儲能網聯合承辦。  

在24日下午的“儲能系統集成設備及梯次利用專場(上) ”專場,天津電氣科學研究院有限公司微網系統及儲能產品研發經理厲成元分享了主題報告《基于大容量儲能的微網(孤網)系統解決方案》。會務組對發言人的演講速記做了梳理,方便大家會后交流、學習,以下是速記全文:

厲成元:各位朋友們,大家下午好,非常感謝主辦方給我們這樣的機會,共同交流儲能相關的技術。上午很多專家和領導提到了,儲能行業的發展還是要靠在座的各位同仁共同的去呵護和推動發展。

天津電氣院致力于在微網儲能領域,同時通過儲能解決方案提供微電網(孤網)系統解決方案,今天非常高興和大家分享一下基于大容量儲能的微網(孤網)系統解決方案。主要從五個面進行介紹:天津電氣科學院介紹;孤網供電系統、我們的解決方案、案例和展望。

天津電氣院隸屬于中國機械工業集團,中國機械工業集團有限公司是中央管理的國有骨干企業,世界500強,連續多年位居中國機械工業百強首位。國機集團是一家多元化、國際化的綜合性裝備工業集團,圍繞裝備制造業和現代制造服務業兩大領域,發展裝備制造、科技研發、工程承包、貿易服務、金融投資五大主業,業務涉及機械、能源、交通、汽車、輕工等國民經濟重要產業,在全球共設有300余個駐外機構,業務遍及五大洲。

總公司是中國機械設備工程股份有限公司,全球領先的國際工程承包與服務商,中國機械設備工程股份有限公司(CMEC)前身是成立于1978年的中國機械設備進出口總公司, 2012年在香港成功上市,由中國機械工業集團有限公司控股。CMEC是以工程承包為核心業務,以貿易、投資、研發以及國際服務為主體的工貿結合、技貿結合的大型國際化綜合性企業集團。

天津電氣院本身致力于提供卓越的工業領域電氣系統解決方案,今年是其成立66周年,是原國家機械部直屬研究所,為國家創新型企業、國家級高新技術企業。公司主要從事電氣控制設備的研發及應用,在高端裝備控制系統方面擁有豐富的工程實踐經驗。提供重型裝備系統工程、智能裝備系統工程、水力發電工程、變頻器產品、微網系統及儲能產品、電控設備檢測等領域的系統解決方案。

天津電氣科學研究院以高端裝備制造業領域電氣控制系統工程為基礎,大力推進能源和節能裝備產業,積極發展相關機電裝備產品貿易與技術服務,提供以閉環服務為導向的系統解決方案,為客戶創造卓越價值。

高端裝備制造業領域電氣控制系統解決方案:擁有重型裝備、能源電力、智能裝備、節能環保和船舶海工等裝備制造業領域高端電氣控制系統解決方案的能力,專注于智能裝備系統集成、數字化工廠等控制系統領域,可為客戶提供全方位、多層次的解決方案。

儲能和節能裝備領域研究開發及產業化:擁有微網儲能和節能裝備等新興產業領域的核心技術自主研發能力,以市場需求為導向,發揮自身研發優勢,研發出高性能的儲能變流器、變頻器、高端配電等系列“專精尖”高新技術產品,并形成產業化生產模式。

相關機電裝備產品貿易與技術服務:擁有工程研究中心、重點實驗室、檢測中心、孵化器以及相關標委會、學會和協會資源,引領行業新技術、新產品,提供研發、檢測、認證和服務的平臺。

第二部分重點給大家做一個匯報,就是微電網的供電系統,微網系統包括傳統化石能源、可再生能源、儲能發電、負荷發電,同時降低化石能源的比例,在微電網也會有新能源分布式電源的供應,包括風電、光伏發電和水利發電。微網中儲能起到了非常關鍵的作用。

我們跟天津大學的王教授有非常深度的合作,對于電網的分類,一般就是聯網型或者是獨立型。聯網型就是跟大電網有PCC節點,但是也具有獨立運行的能力。在電網建成的時候,并網進行,離網的時候快速的切換。我們更多的關注是獨立型的微網,有別于常規電網,獨立型微電網相對比較弱,需要配置儲能作為符合和電源之間的功率平衡,提高新能源的滲透率。這是一種有效解決無電或者是弱電的技術綜合性的解決方案。

雖然說它可以提供非常好的供電解決方案,但是它也有自己的問題,比如說發電容量比較少,意味著調節能力比較弱,一些微小波動都會導致電網崩潰。還有根據當地的資源稟賦去進行新能源的接入,但是隨著新能源滲透率提高,新能源的發電的不平衡性,對于電網其實也是負荷的波動,對電網運行產生非常大的挑戰。另外,弱電網的阻抗是不能被忽略的,而且這種阻抗所帶來的振蕩頻率是比較寬的。

下面幾張圖片是我們實際工程中的弱電網運行情況。第一個是電網低頻振蕩,這個是在小電網經常發生的。即便是我們國家這么強大的國網接入新能源的比例,也是出現了區域性的振蕩。這是典型的孤網振蕩。

第二個是大功率負荷突變,負荷突變達到總負荷的30%。

第三個是長時間負荷突變,有3-5分鐘下降,下降時混合曲線有大功率的調整。這些都是對電網,特別是微型電網提出了非常大的挑戰。

第四個是大功率設備短路或者是故障之后重新修復之后重新去并入電網。這是將會有工頻沖擊,還會大量無功的能量。

那如何解決微電網供電穩定性的問題?基于儲能系統和相關的控制技術去構建微網運行解決方案。上午科華的領導也有提到關鍵環節的突破系統,包括重新啟動、多機并列,這些也是相關的研究領域。

以下是我們的具體的解決方案。微電網的設置不是說用多少光伏和多少儲能就可以去給電網穩定供電的,需要通過不同的分布式電源和儲能,來具體的模型建立,對電流并行的狀態進行分析,最后是從微網運行的不同尺度,和長時間產生振蕩來做微電網的控制。這是微網一體化的設計、時間和空間的設計、互補設計,很多孤網、微電網的自然資源是不同的,再從具體的控制決策、微電網、多元、能量的優化,還有一些新能源的優化,最后是集合用戶實際的需求和功能,來提供相應的接口。最后,還會從設計和運行的角度,去評價微網是否可靠,是否具有經濟效應,包括不同時間的字節,還有新能源的技術。

這是我們目前做的關鍵技術的研究,從最底層的并聯技術,多機并聯技術有百兆瓦的應用,我們在這里面也做了很多的工作,包括濾波的參數優化、高性能的電流控制,最關鍵是大功率多機協同控制。同時,為了適應弱電網抑制協振,從振蕩機理和相應的能力方法做了研究。第二層在微網能力管理系統和分層的決策,這是微電網控制的角度,包括分布能源處理及負荷預測技術,佑赫微網能量管理系統。最上層是微電網優化設計技術、分布式發電設備與資源建模技術、生產模擬與綜合評價技術。一般來說設計院可以做電網的穩態系統,我們有相應的模型和微電網的仿真。

這是多機并聯的研究,從虛擬阻抗、同步的角度,去解決了一些問題。

還有一點是虛擬同步機,這個是現在討論非常多的,實際上在研究過程當中發現,離網的自動下垂是一個非常多的應用,在沒有任何通訊機器,大規模的并聯,虛擬同步機是非常不穩定的。

這是EMS系統,在前面建模分析的基礎上,對各項能源和負荷做緊急控制,短時間的熱控制和長時間的出力預測,呈現能量管理系統。

后面是案例跟大家分享。這是一個孤網,網內有一臺25萬WK的機組,電網內大功率工業設備對于電量產生的影響是非常大的,首先,負荷是單相的,會有非常大的嚴重三相不平衡。如果達到一定程度就會產生負電流,機組產生發熱,對機組的影響非常大。我們提供的這一套系統是實時檢測波動,同時進行電功率的控制,確保電網頻率和發動機的運行。調頻時間不超過50毫秒,這包括響應、執行的整個時間。通過這一套系統實施,也是徹底解決微電網穩定運行的問題,包括主動一次調頻,二次的AGC、AVC。

最后跟大家對行業和相關產業的發展做展望,我們認為目前“一帶一路”沿線的國家基礎設施比較落后,前期的建設以電力、能源為主,隨著這些國家的能源供應上來之后會進行工業化的集成,整個產業化的發展就會對電網提出電力穩定供應的需求,這一塊的應用還是非常強的。

大規模新能源并網,以我們國家這么強大的穩定電網,新能源并網也會有一些問題。

另外,我們做新能源微網十幾年了,伴隨著我們自己的技術提升,同時多學科的發展在持續,包括電池、人工智能算法、通信技術。如果用5G的技術,或者是高速通信的技術,如果把下垂控制在EMS上,這就可以為整個電網穩定帶來更好的解決方案。

以上是我匯報的內容,謝謝大家。

關鍵字:儲能 微網

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