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天津电气院历成元:基于大容量储能的微网(孤网)系统解决方案

作者:中国储能网新闻中心 来源:中国储能网 发布时间:2020-10-13 浏览:
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中国储能网讯:9月24—26日,由中国化学与物理电源行业协会联合200余家机构共同支持的第十届中国国际储能大会在深圳鹏瑞莱佛士酒店召开。此次大会主题是“共建储能生态链,开启应用新时代”。 来自行业主管机构、国内外驻华机构、科研单位、电网企业、发电企业、系统集成商、金融机构等不同领域的1621人参加了本届大会。本次大会由中国化学与物理电源行业协会储能应用分会、中国科学院电工研究所储能技术组和中国储能网联合承办。  

在24日下午的“储能系统集成设备及梯次利用专场(上) ”专场,天津电气科学研究院有限公司微网系统及储能产品研发经理厉成元分享了主题报告《基于大容量储能的微网(孤网)系统解决方案》。会务组对发言人的演讲速记做了梳理,方便大家会后交流、学习,以下是速记全文:

厉成元:各位朋友们,大家下午好,非常感谢主办方给我们这样的机会,共同交流储能相关的技术。上午很多专家和领导提到了,储能行业的发展还是要靠在座的各位同仁共同的去呵护和推动发展。

天津电气院致力于在微网储能领域,同时通过储能解决方案提供微电网(孤网)系统解决方案,今天非常高兴和大家分享一下基于大容量储能的微网(孤网)系统解决方案。主要从五个面进行介绍:天津电气科学院介绍;孤网供电系统、我们的解决方案、案例和展望。

天津电气院隶属于中国机械工业集团,中国机械工业集团有限公司是中央管理的国有骨干企业,世界500强,连续多年位居中国机械工业百强首位。国机集团是一家多元化、国际化的综合性装备工业集团,围绕装备制造业和现代制造服务业两大领域,发展装备制造、科技研发、工程承包、贸易服务、金融投资五大主业,业务涉及机械、能源、交通、汽车、轻工等国民经济重要产业,在全球共设有300余个驻外机构,业务遍及五大洲。

总公司是中国机械设备工程股份有限公司,全球领先的国际工程承包与服务商,中国机械设备工程股份有限公司(CMEC)前身是成立于1978年的中国机械设备进出口总公司, 2012年在香港成功上市,由中国机械工业集团有限公司控股。CMEC是以工程承包为核心业务,以贸易、投资、研发以及国际服务为主体的工贸结合、技贸结合的大型国际化综合性企业集团。

天津电气院本身致力于提供卓越的工业领域电气系统解决方案,今年是其成立66周年,是原国家机械部直属研究所,为国家创新型企业、国家级高新技术企业。公司主要从事电气控制设备的研发及应用,在高端装备控制系统方面拥有丰富的工程实践经验。提供重型装备系统工程、智能装备系统工程、水力发电工程、变频器产品、微网系统及储能产品、电控设备检测等领域的系统解决方案。

天津电气科学研究院以高端装备制造业领域电气控制系统工程为基础,大力推进能源和节能装备产业,积极发展相关机电装备产品贸易与技术服务,提供以闭环服务为导向的系统解决方案,为客户创造卓越价值。

高端装备制造业领域电气控制系统解决方案:拥有重型装备、能源电力、智能装备、节能环保和船舶海工等装备制造业领域高端电气控制系统解决方案的能力,专注于智能装备系统集成、数字化工厂等控制系统领域,可为客户提供全方位、多层次的解决方案。

储能和节能装备领域研究开发及产业化:拥有微网储能和节能装备等新兴产业领域的核心技术自主研发能力,以市场需求为导向,发挥自身研发优势,研发出高性能的储能变流器、变频器、高端配电等系列“专精尖”高新技术产品,并形成产业化生产模式。

相关机电装备产品贸易与技术服务:拥有工程研究中心、重点实验室、检测中心、孵化器以及相关标委会、学会和协会资源,引领行业新技术、新产品,提供研发、检测、认证和服务的平台。

第二部分重点给大家做一个汇报,就是微电网的供电系统,微网系统包括传统化石能源、可再生能源、储能发电、负荷发电,同时降低化石能源的比例,在微电网也会有新能源分布式电源的供应,包括风电、光伏发电和水利发电。微网中储能起到了非常关键的作用。

我们跟天津大学的王教授有非常深度的合作,对于电网的分类,一般就是联网型或者是独立型。联网型就是跟大电网有PCC节点,但是也具有独立运行的能力。在电网建成的时候,并网进行,离网的时候快速的切换。我们更多的关注是独立型的微网,有别于常规电网,独立型微电网相对比较弱,需要配置储能作为符合和电源之间的功率平衡,提高新能源的渗透率。这是一种有效解决无电或者是弱电的技术综合性的解决方案。

虽然说它可以提供非常好的供电解决方案,但是它也有自己的问题,比如说发电容量比较少,意味着调节能力比较弱,一些微小波动都会导致电网崩溃。还有根据当地的资源禀赋去进行新能源的接入,但是随着新能源渗透率提高,新能源的发电的不平衡性,对于电网其实也是负荷的波动,对电网运行产生非常大的挑战。另外,弱电网的阻抗是不能被忽略的,而且这种阻抗所带来的振荡频率是比较宽的。

下面几张图片是我们实际工程中的弱电网运行情况。第一个是电网低频振荡,这个是在小电网经常发生的。即便是我们国家这么强大的国网接入新能源的比例,也是出现了区域性的振荡。这是典型的孤网振荡。

第二个是大功率负荷突变,负荷突变达到总负荷的30%。

第三个是长时间负荷突变,有3-5分钟下降,下降时混合曲线有大功率的调整。这些都是对电网,特别是微型电网提出了非常大的挑战。

第四个是大功率设备短路或者是故障之后重新修复之后重新去并入电网。这是将会有工频冲击,还会大量无功的能量。

那如何解决微电网供电稳定性的问题?基于储能系统和相关的控制技术去构建微网运行解决方案。上午科华的领导也有提到关键环节的突破系统,包括重新启动、多机并列,这些也是相关的研究领域。

以下是我们的具体的解决方案。微电网的设置不是说用多少光伏和多少储能就可以去给电网稳定供电的,需要通过不同的分布式电源和储能,来具体的模型建立,对电流并行的状态进行分析,最后是从微网运行的不同尺度,和长时间产生振荡来做微电网的控制。这是微网一体化的设计、时间和空间的设计、互补设计,很多孤网、微电网的自然资源是不同的,再从具体的控制决策、微电网、多元、能量的优化,还有一些新能源的优化,最后是集合用户实际的需求和功能,来提供相应的接口。最后,还会从设计和运行的角度,去评价微网是否可靠,是否具有经济效应,包括不同时间的字节,还有新能源的技术。

这是我们目前做的关键技术的研究,从最底层的并联技术,多机并联技术有百兆瓦的应用,我们在这里面也做了很多的工作,包括滤波的参数优化、高性能的电流控制,最关键是大功率多机协同控制。同时,为了适应弱电网抑制协振,从振荡机理和相应的能力方法做了研究。第二层在微网能力管理系统和分层的决策,这是微电网控制的角度,包括分布能源处理及负荷预测技术,佑赫微网能量管理系统。最上层是微电网优化设计技术、分布式发电设备与资源建模技术、生产模拟与综合评价技术。一般来说设计院可以做电网的稳态系统,我们有相应的模型和微电网的仿真。

这是多机并联的研究,从虚拟阻抗、同步的角度,去解决了一些问题。

还有一点是虚拟同步机,这个是现在讨论非常多的,实际上在研究过程当中发现,离网的自动下垂是一个非常多的应用,在没有任何通讯机器,大规模的并联,虚拟同步机是非常不稳定的。

这是EMS系统,在前面建模分析的基础上,对各项能源和负荷做紧急控制,短时间的热控制和长时间的出力预测,呈现能量管理系统。

后面是案例跟大家分享。这是一个孤网,网内有一台25万WK的机组,电网内大功率工业设备对于电量产生的影响是非常大的,首先,负荷是单相的,会有非常大的严重三相不平衡。如果达到一定程度就会产生负电流,机组产生发热,对机组的影响非常大。我们提供的这一套系统是实时检测波动,同时进行电功率的控制,确保电网频率和发动机的运行。调频时间不超过50毫秒,这包括响应、执行的整个时间。通过这一套系统实施,也是彻底解决微电网稳定运行的问题,包括主动一次调频,二次的AGC、AVC。

最后跟大家对行业和相关产业的发展做展望,我们认为目前“一带一路”沿线的国家基础设施比较落后,前期的建设以电力、能源为主,随着这些国家的能源供应上来之后会进行工业化的集成,整个产业化的发展就会对电网提出电力稳定供应的需求,这一块的应用还是非常强的。

大规模新能源并网,以我们国家这么强大的稳定电网,新能源并网也会有一些问题。

另外,我们做新能源微网十几年了,伴随着我们自己的技术提升,同时多学科的发展在持续,包括电池、人工智能算法、通信技术。如果用5G的技术,或者是高速通信的技术,如果把下垂控制在EMS上,这就可以为整个电网稳定带来更好的解决方案。

以上是我汇报的内容,谢谢大家。

关键字:储能 微网

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