中国储能网讯：近日，中国电力企业联合会发布了24个电化学储能行业创新与应用典型案例，旨在进一步推动行业安全高质量发展，发掘总结并交流推广成功经验和有益做法，发挥典型引领作用。今天我们推出第二十三个典型案例——“三峡乌兰察布新一代电网友好绿色电站示范项目”。相关案例集还将在2025年3月27日举办的“第三届中国储能大会”上发布，敬请关注。
三峡乌兰察布新一代电网友好绿色电站示范项目
三峡陆上新能源投资有限公司
一、项目简介
经国家能源局和内蒙古自治区政府同意，自治区能源局于2020年10月批复三峡集团建设三峡乌兰察布新一代电网友好绿色电站示范项目（以下简称“示范项目”）。示范项目位于内蒙古乌兰察布四子王旗境内，场址范围约950km²，总装机容量为200万kW，包括风电170万kW、光伏发电30万kW，配套储能55万kW×2h，共分为4个风光储单元，配套建设4座升压储能一体化站和1座智慧联合集控中心。
二、解决方案
根据《内蒙古自治区能源局关于开展“源网荷储一体化”示范有关事项的复函》（内能电力函〔2020〕559号），内蒙古自治区能源局同意按照《乌兰察布源网荷储一体化综合应用示范基地方案》（以下简称《方案》）开展工作，《方案》明确乌兰察布市源网荷储一体化示范共分为4个部分建设。其中，“三峡乌兰察布新一代电网友好绿色电站示范项目”属于乌兰察布市源网荷储一体化示范子项目，该项目瞄准地区负荷高峰期电力供应紧张和风光新能源电站自我消纳利用水平低两大问题，探索构建新型电力系统新路径。
本项目以技术创新为突破，着力解决行业瓶颈问题，从“可测”“可控”“可调”“可支撑”4个层面实现“新能源+规模化储能”场站层和站群层的有机协调，开发统一标准的一体化集控平台，通过“4个核心技术+1个集控平台”的“4+1”模式，实现示范项目的“全面可观、精确可测、高度可控”。
（1）“可测”为大规模区域风光功率联合预测技术。通过“数值天气预报双层修正+时空耦合预测+云团运动多时空尺度监测”，大幅度提升多时间尺度预测能力和预测精度，解决了数值天气预报时间空间分辨率不足、现有“一场一测”模式限制区域场群功率预测精度、局地气象环境与云团生消形变影响下的光伏发电功率短时快速剧烈波动等问题。
图1 场站群集中式预测方法示意图
（2）“可控”为风光储场站协同优化控制与保护技术。在自动电压控制（AVC）方面，提出风光储场站自动电压控制方法，实现无功协调快速控制，调节时间由120s降低到60s以内，保障电网电压质量合格。同时，研制了新能源汇集场站保护装置，保护动作时间由500ms降低至40ms以内；在自动发电控制（AGC）方面，提出风光储场站有功实时控制方法，指令跟踪稳态偏差不超过±2%额定功率，场站分钟级有功功率变化最大幅度由10%降低至5%，最大限度降低弃风弃光。
图2 场站实时控制保护示意图
（3）“可调”为风光储场站群“网-源”协调关键机制。在时间维度方面，建立风光储场站群多时间尺度协同优化调控模型，将新能源电站调度运行模式由单一拓展为多元，时间尺度由常规实时控制拓展为日前计划-日内滚动-实时协调；在空间维度方面，设计含离线学习与在线决策的风光储场站群优化调控快速求解算法，求解时间由分钟级降低到秒级，实现了风光储场站群有功/无功功率指令的快速精准分配与优化计算，在空间上实现风光储场站之间协同。
图3 “网-源”协调关键机制示意图
（4）“可支撑”为新能源快速一次调频和虚拟惯量支撑技术。在电气量测量方面，提出基于二次拟合的短时延频率测量方法，突破了传统算法只能测量5Hz以下的低振荡频率相量的限制；在频率主动支撑控制方面，构建了考虑通信延时与控制精度的优化模型，将一次调频响应时间由1s降低到300ms，实现了对频率支撑功率的精细化控制；在频率主动支撑能力在线评估方面，设计了基于能量视角的场站等效调频参数估计方法，等效惯量及等效调差率在线估计误差均小于5%。
图4 场站群频率主动支撑示意图
（5）统一标准的一体化集控平台。本项目通过集控数据模型标准化技术研究、大数据及人工智能平台关键技术研究、基于中台技术的业务平台架构研究、高级应用的敏捷构建技术研究及集控平台系统安全研究，构建了统一标准的一体化集控平台，实现了自主、安全、标准、智能、开放五大指标。集控平台是源网荷储调控管理业务的载体，是保障新能源监控运维系统高效运行和可持续发展的基础。
图5 一体化集控平台示意图
三、关键点与创新点
常规新能源电站因无储能或者储能配比低，导致其发电出力的随机性、间歇性和波动性等问题突出，并网友好性较差。针对该问题，示范项目着力建设电网友好型新一代“新能源+储能”电站，从“储能规模配置”以及“一体化智慧集控”两方面进行创新，率先探索新能源电站的友好并网路径，其中“储能规模配置”是示范项目实现并网友好的物理基础，而“一体化智慧集控”则是实现并网友好的途径手段。
（一）储能技术创新
大规模新能源发电的间歇性和波动性是严重威胁电站安全稳定运行的主要因素，并且变流器与电网的相互作用也会导致出现次同步谐振等稳定性问题。为解决上述问题，示范项目开展了新型STATCOM（静止同步补偿器）集成储能系统技术创新，帮助大规模新能源电站实现动态无功功率补偿、电池储能接入以及次同步振荡抑制等综合控制功能，提高大规模新能源电站并网的安全稳定性。
创新点1：在“储能规模配置”方面，本项目配置储能55万kW×2h，约占风光总装机容量的27.8%。通过优化储能充放电策略，有效弥补新能源波动大、间歇强等问题，降低一体化电站整体出力的不确定性，增加新能源的有效出力时长，该项目为当期全球储能容量最大的风光储一体化电站。
创新点2：利用大规模储能的快速响应特性，参与一次调频，缩短一次调频的调节时间，实现对电网频率的快速支撑。
创新点3：基于国产定制化大容量IGCT（集成门极换流晶闸管）功率器件和新型多电平功率变化技术，提出了能够集成STATCOM功能和储能电池功能的大容量STATCOM集成储能系统技术方案，提出了STATCOM集成储能系统与大规模新能源电站的协调运行控制策略，实现大规模新能源电站并网系统的安全稳定运行。
（二）一体化智慧集控创新
创新点1：在一体化智慧集控方面，本项目创新研发了风光储一体化智慧联合集控系统，在内蒙古自治区能源局、内蒙古电力集团的支持下，该项目未采用电网调度主站直接控制的方式，由电网下达总指令至风光储一体化集控平台，然后由平台进行分配，保障本项目可在毫秒级范围内达到一体化协调控制。
创新点2：示范项目通过使用风光储一体化集控系统，可将间歇性新能源电力转变为可靠的高峰保障电力。在顶峰能力方面，示范项目的顶峰供电能力约等效于一台60万kW级火电机组连续提供2h可靠供电，具备“类火电”功能，缓解了高峰时段电力紧张问题，最大化提升新能源消纳水平。
创新点3：在商业模式方面，本项目以“风光储一体化”的市场主体身份，公平参与蒙西电力市场交易，主动响应电能量、辅助服务等市场价格信号，示范项目是目前内蒙古地区储能系统调用次数最多、顶峰支撑能力最强的风光储一体化电站。
图7 示范电站风光储一体化控制架构示意图
四、实际成效
（一）项目建设情况
示范项目整体于2024年3月31日并网发电，其中：示范项目一期4号站于2021年12月底先行建成，现已安全稳定运行超900天；二、三期1、2、3号站于2024年6月底实现全容量发电，共投运278台风机，1320台光伏逆变器，340套储能电池仓。
（二）发电及储能系统运行情况
截至2024年6月30日，示范项目已累计发电35.32亿kWh；储能系统已累计调用1117次，其中充电609次、放电508次，共计充电5405.36万kWh，放电4518.14万kWh。风力发电机组平均年利用小时数为2087h，设备平均可利用率达99.62％；光伏发电全年可利用小时数为1563h，平均可利用率达99.9％，有力保障了地区清洁能源的可靠供应。
（三）主要功能实践情况
示范项目的电网友好功能通过了长周期、全场景实际运行工况的考验，其风、光、储各场站一体化协同运行高效，在大规模储能的帮助下，实现了指令跟踪、顶峰供电、系统调峰、最大化消纳、功率平滑、一次调频/虚拟惯量六大电网友好功能，各项指标均已达到设计水平并超过现行标准。
以顶峰供电功能为例：根据地区电网的负荷特点，当地早晚高峰顶峰需求巨大，经实际运行验证，示范项目具备良好的顶峰供电能力，截至2024年6月30日，储能系统顶峰供电277次，累计持续顶峰供电时长537.6h，累计顶峰放电量2574.23万kWh，为乌兰察布地区用电高峰提供稳定的供电保障，极大缓解了电力供应紧张问题。
五、经济效益及推广前景
2022年6月1日，示范项目正式以一体化项目身份参与电力现货市场交易，其交易电价对比见表1。
表1 示范项目与蒙西电网市场新能源电站2023年结算电价对比
由表1可知，示范项目2022年结算均价较蒙西电网全市场新能源电站高0.0379元/kWh；2023年结算均价较蒙西电网全市场新能源电站高0.0608元/kWh；示范项目2023年加权结算均价较2022年增加0.022元/kWh，增幅达9.53%，具备良好的经济效益。同时，示范项目提高了新能源的利用效率、增强了系统稳定性与可靠性、提升了新能源场站并网友好性、探索了风光储一体化运行模式，具有显著的示范效益和推广价值。
六、团队介绍
团队成员包括三峡陆上新能源投资有限公司、三峡新能源四子王旗有限公司十名拔尖级技术专家，涵盖电机工程、电力生产、数字化等多个领域，在电化学储能技术创新、工程建设及安全运维等方面具有丰富的实践经验以及较强的技术水平。团队成员承担了多项国家重点研发计划、国家发展改革委攻关项目、省级“揭榜挂帅”科研项目及三峡集团重点科研项目。近年来，团队成员取得的部分成果列入能源领域首台（套）重大技术装备清单，并多次获得省政府科学技术进步奖、中国电机工程学会电力科学技术进步奖等省部级奖励。
