2024风光储协调控制研究及应用

风光储协调控制研究及应用风光储协调控制研究及应用CONTENTS目录010203风光储输示范电站运行情况动力电池梯次利用研究工作储能在新能源主动支撑方面的应用CONTENTS目录010203风光储输示范电站运行情况动力电池梯次利用研究工作储能在新能源主动支撑方面的应用1风光储输示范电站运行情况1风光储输示范电站运行情况1、国家风光储输示范电站——发展历程220kV智能变电站确定工程技术实施方案220kV智能变电站倒送电成功二期工程投产2012年12月2014年12月2016年12月2017年11月2011年8月2011年4月2011年2月国家风光储输示范工程（一期）投产光伏虚拟同步发电梯次利用电池投运国家科技支撑计划七大课题启动机全部建成投运12MW光伏VSG3MW*3h梯次电池系统100MW风电、40MW光伏、20MW储能 风光储工程：利用风光资源互补优势，引入储能提高出力品质，提升电网对新能源的接纳能力；虚拟同步发电机工程：新能源发电占比增加，电网调节能力下降稳定风险提高，新能源需具备主动支撑能力；梯次利用工程：电动汽车普及，如何提升海量退役电池的利用价值；发挥了示范引领作用！4118MW风电、1、国家风光储输示范电站——发展历程220kV智能变电站确定工程技术实施方案220kV智能变电站倒送电成功二期工程投产2012年12月2014年12月2016年12月2017年11月2011年8月2011年4月2011年2月国家风光储输示范工程（一期）投产光伏虚拟同步发电梯次利用电池投运国家科技支撑计划七大课题启动机全部建成投运12MW光伏VSG3MW*3h梯次电池系统100MW风电、40MW光伏、20MW储能 风光储工程：利用风光资源互补优势，引入储能提高出力品质，提升电网对新能源的接纳能力；虚拟同步发电机工程：新能源发电占比增加，电网调节能力下降稳定风险提高，新能源需具备主动支撑能力；梯次利用工程：电动汽车普及，如何提升海量退役电池的利用价值；发挥了示范引领作用！4118MW风电、10MW储能VGS风电、集中式储能VSG建成投运500MW风电、400MW光伏1、国家风光储输示范电站——发展历程5种跟踪及固定式光伏100MW；示范应用了7种型号风机共446.5MW。;2018年发电量突破10亿kWh5示范应用国内最典型的7号风机1、国家风光储输示范电站——发展历程5种跟踪及固定式光伏100MW；示范应用了7种型号风机共446.5MW。;2018年发电量突破10亿kWh5示范应用国内最典型的7号风机示范应用了5种类型、5及固定式的光伏发电技术1、国家风光储输示范电站——发展历程磷酸铁锂电池超级电容铅酸电池铅碳电池液流电池钛酸锂电池主要技术参数国家风光储示范工程储能系统能量转换效率>90%整站响应速度<900ms单机响应速度<100ms整体出力偏差<1.5%组间一致性偏差＜8%联合监控功率平滑<5%/10min计划跟踪偏差<3%33MW/95.5MWh的电化学储能技术进行运行研究和实证评价，其中包括：锂电池储能系统24MW/66MWh铅酸电池储能系统2MW/12MWh钛酸锂电池储能系统1MW/0.5MWh液流电池2MW/8MWh1、国家风光储输示范电站——发展历程磷酸铁锂电池超级电容铅酸电池铅碳电池液流电池钛酸锂电池主要技术参数国家风光储示范工程储能系统能量转换效率>90%整站响应速度<900ms单机响应速度<100ms整体出力偏差<1.5%组间一致性偏差＜8%联合监控功率平滑<5%/10min计划跟踪偏差<3%33MW/95.5MWh的电化学储能技术进行运行研究和实证评价，其中包括：锂电池储能系统24MW/66MWh铅酸电池储能系统2MW/12MWh钛酸锂电池储能系统1MW/0.5MWh液流电池2MW/8MWh超级电容储能系统1MW*15s梯次利用动力电池系统3MW/9MWh1、国家风光储输示范电站——运行性能模式间切换，实现了长周期风、光发电波动尺度控制；跟踪计划能力60%提升至90%，计划跟踪效果显著提升。11010090807060风机总出力风光总出力风光储总出力计划值5040051015时间/(小时)202530有功功率（MW)1、国家风光储输示范电站——运行性能模式间切换，实现了长周期风、光发电波动尺度控制；跟踪计划能力60%提升至90%，计划跟踪效果显著提升。11010090807060风机总出力风光总出力风光储总出力计划值5040051015时间/(小时)202530有功功率（MW)1、国家风光储输示范电站——运行性能跟踪计划出力运行数据分析统计2月份储能用于风电场跟踪计划，月可用率100%，20MW储能系统共吸收电能17.81MW，通过减少弃风实现盈利16万元。计划出力风电功率1、国家风光储输示范电站——运行性能跟踪计划出力运行数据分析统计2月份储能用于风电场跟踪计划，月可用率100%，20MW储能系统共吸收电能17.81MW，通过减少弃风实现盈利16万元。计划出力风电功率储能功率风储总出力2月份储能用于风电场跟踪计划出力风/储出力曲线1、国家风光储输示范电站——运行性能平滑出力波动储能参与平滑以后风光储出力的波动性显著降低。以1min长度的滑动窗统计各个时段内平滑效果，平滑系数在0~0.8区间内均匀分布。储能平滑效果分布图40风光出力风光储出力35300.125200.0515105000.10.20.30.40.50.60.70.80.916.86.977.17.2时间/点7.37.47.57.6平滑效果x10储能平滑风光出力波动曲线平滑出力后平滑系数分布有功功率/Mw概率1、国家风光储输示范电站——运行性能平滑出力波动储能参与平滑以后风光储出力的波动性显著降低。以1min长度的滑动窗统计各个时段内平滑效果，平滑系数在0~0.8区间内均匀分布。储能平滑效果分布图40风光出力风光储出力35300.125200.0515105000.10.20.30.40.50.60.70.80.916.86.977.17.2时间/点7.37.47.57.6平滑效果x10储能平滑风光出力波动曲线平滑出力后平滑系数分布有功功率/Mw概率1、国家风光储输示范电站——运行性能平滑波动运行数据分析放电26.35MWh。4月18日风/光/储分别出力储能平滑前后输出功率对比1、国家风光储输示范电站——运行性能平滑波动运行数据分析放电26.35MWh。4月18日风/光/储分别出力储能平滑前后输出功率对比1、国家风光储输示范电站——运行性能储能设备运行性能监测要项目进行检测，对比研究各类电池衰退趋势及技术性能，为其他项目作参考。1、国家风光储输示范电站——运行性能储能设备运行性能监测要项目进行检测，对比研究各类电池衰退趋势及技术性能，为其他项目作参考。1、国家风光储输示范电站——运行性能电池模组/单体运维对劣化电池单体或模组进行定位，有针对性的进行运维。电压极值位置统计电池运行电压标准差/标准差系数1、国家风光储输示范电站——运行性能电池模组/单体运维对劣化电池单体或模组进行定位，有针对性的进行运维。电压极值位置统计电池运行电压标准差/标准差系数2动力电池梯次利用研究工作2动力电池梯次利用研究工作2、动力电池梯次利用冀北电科院从2015电网重点实验室；③各层级科技项目，不间断地对梯次利用动力电池进行研究。完成梯次利用电池单体、模组1500次（0.3C）实验室循环性能测试；搭建了储能2、动力电池梯次利用冀北电科院从2015电网重点实验室；③各层级科技项目，不间断地对梯次利用动力电池进行研究。完成梯次利用电池单体、模组1500次（0.3C）实验室循环性能测试；搭建了储能变流器多机并联半实物仿真平台，对储能控制技术进行深入研究；开展储能在新能源电站、高压输电网、配电网等不同应用场景下容量优化配置。储能电池检测与半实物仿真平台梯次利用储能系统2、动力电池梯次利用——三项能力衰退特性和寿命预测技术深入研究了退役动力电池与模组性能衰退规律，基于抽样电池进行1500次储能工况循环试验明确了电池内阻、电压等关键参数剩余容量关系，为筛选配组集成提供了技术支撑。填补了梯次利用电池2、动力电池梯次利用——三项能力衰退特性和寿命预测技术深入研究了退役动力电池与模组性能衰退规律，基于抽样电池进行1500次储能工况循环试验明确了电池内阻、电压等关键参数剩余容量关系，为筛选配组集成提供了技术支撑。填补了梯次利用电池寿命预测的研究空白。单体电池各循环阶段性能差异对比单体电池内阻与容量的变化曲线寿命预测模型2、动力电池梯次利用——三项成果工程化运维关键技术确定方法著缩短维护时间。研制出适用于梯次利用电池储能系统的2、动力电池梯次利用——三项成果工程化运维关键技术确定方法著缩短维护时间。研制出适用于梯次利用电池储能系统的现场诊断装置，并在风光储进行试验。现场诊断装置电池模块状态评估指标体系储能容量检测与缺陷诊断系统2、动力电池梯次利用——三项成果技术经济性分析能平准化模型。算了梯次利用储能度电成本水平。OCMCEoutNNNFCD0 IC p n n(1i)nn n n1(1i)n (1LCOEn2、动力电池梯次利用——三项成果技术经济性分析能平准化模型。算了梯次利用储能度电成本水平。OCMCEoutNNNFCD0 IC p n n(1i)nn n n1(1i)n (1LCOEn1n1EoutNnn1(1Q(1)(t1)OCMCN365nlNFCDn1ICp n n(1i)nm n0n1(1i)n (1t365l(n1)1 Q(1)(t1)365nlt365l(n1)1m(13储能在新能源主动支撑方面的应用3储能在新能源主动支撑方面的应用3、储能在新能源主动支撑方面的应用随着国家能源转型推进，高比例新能源成为新一代电力系统重要特征。3、储能在新能源主动支撑方面的应用随着国家能源转型推进，高比例新能源成为新一代电力系统重要特征。组故障穿越能力改造等手段，低抗扰性问题已得到部分解决，弱支撑性问题依然突出。193、储能在新能源主动支撑方面的应用主动调频能力不足9.19锦苏直流闭锁主动调压能力不足5.14冀北沽源风电脱网&新疆哈密山北地区次同步振荡锦苏直流闭锁，3.55%功率缺额3、储能在新能源主动支撑方面的应用主动调频能力不足9.19锦苏直流闭锁主动调压能力不足5.14冀北沽源风电脱网&新疆哈密山北地区次同步振荡锦苏直流闭锁，3.55%功率缺额义缘站3#主变220kV侧各相电压变化情况沽源谐振过程伴随大量风机脱网203、储能在新能源主动支撑方面的应用程，使新能源机组具备惯量、一次调频、阻尼和主动调压等主动支撑电网的能力，使新能源由“被动调节”转为“主动支撑”。虚拟同步发电机技术原理示意图模拟213、储能在新能源主动支撑方面的应用程，使新能源机组具备惯量、一次调频、阻尼和主动调压等主动支撑电网的能力，使新能源由“被动调节”转为“主动支撑”。虚拟同步发电机技术原理示意图模拟213、储能在新能源主动支撑方面的应用2016电站启动新能源虚拟同步机示范工程建设。3、储能在新能源主动支撑方面的应用2016电站启动新能源虚拟同步机示范工程建设。方案进行深入对比研究。223、储能在新能源主动支撑方面的应用风电虚拟同步发电机成功研制2MW单元式光伏虚拟同步发电机；233、储能在新能源主动支撑方面的应用风电虚拟同步发电机成功研制2MW单元式光伏虚拟同步发电机；233、储能在新能源主动支撑方面的应用基于桨距角控制：当的调频特性；经济性较差，更适用于在常年限电地区。转子惯量支撑：阶段，会给电网频率带来二次跌落的问题。转子动能释放方式实测曲线3、储能在新能源主动支撑方面的应用基于桨距角控制：当的调频特性；经济性较差，更适用于在常年限电地区。转子惯量支撑：阶段，会给电网频率带来二次跌落的问题。转子动能释放方式实测曲线预留备用方式实测曲线243、储能在新能源主动支撑方面的应用光伏虚拟同步发电机单元式光伏虚拟同步发电机。光伏虚拟同步发电机拓扑结构253、储能在新能源主动支撑方面的应用光伏虚拟同步发电机单元式光伏虚拟同步发电机。光伏虚拟同步发电机拓扑结构253、储能在新能源主动支撑方面的应用光储协调：获效率和储能支撑裕度难以兼顾的难题。电池特性兼容：3、储能在新能源主动支撑方面的应用光储协调：获效率和储能支撑裕度难以兼顾的难题。电池特性兼容：等光储协调控制方案。锂电池优先储能充放电，若储能吸收功率最超级电容储能仅增发功率，光伏仅降低功率。263、储能在新能源主动支撑方面的应用集中式储能虚拟同步发电机项目建设了2台单机容量5MW*20min承担100MW风电机组一次调频任务；现场照片（电池系统+变流器）电站VSG拓扑结构3、储能在新能源主动支撑方面的应用集中式储能虚拟同步发电机项目建设了2台单机容量5MW*20min承担100MW风电机组一次调频任务；现场照片（电池系统+变流器）电站VSG拓扑结构273、储能在新能源主动支撑方面的应用/阻尼和调压调频能力；提出了主控-模块分层控制结构，突破电力电子功率器件物理耐压约束，同时防止了功率单元并联引起环流、振荡3、储能在新能源主动支撑方面的应用/阻尼和调压调频能力；提出了主控-模块分层控制结构，突破电力电子功率器件物理耐压约束，同时防止了功率单元并联引起环流、振荡。电压源性控制框图分层控制拓扑结构283、储能在新能源主动支撑方面的应用提出了电池组低压双级拓扑结构，使得系统中电池单体可运行于宽电压范围，对电池不一致性容忍度增高；解决了高压穿越工况下单体电池电压过高影响电池运行寿命的问题；提出了基于储能电池SOC主动均衡和容量保持控制策略，对系统中劣化的SOC3、储能在新能源主动支撑方面的应用提出了电池组低压双级拓扑结构，使得系统中电池单体可运行于宽电压范围，对电池不一致性容忍度增高；解决了高压穿越工况下单体电池电压过高影响电池运行寿命的问题；提出了基于储能电池SOC主动均衡和容量保持控制策略，对系统中劣化的SOC异常的功率单元进行主动均衡，并动态保持SOC于适宜状态，使得电池系统能长期保持较高的功率与容单体量备用。电池组低压双级拓扑结构基于SOC主动均衡和容量保持控制策略293、储能在新能源主动支撑方面的应用调压性能优异，惯量响应时间50ms，一次调频响应时间100ms，功率精度0.5%；3、储能在新能源主动支撑方面的应用调压性能优异，惯量响应时间50ms，一次调频响应时间100ms，功率精度0.5%；以5MW电站式VSG为启动电源，构建了风光储站内孤网运行环境，首次实现了全电力电子系统黑启动实验；实现50km外500kV变电站的零起升压。集中式储能调频/调压实测曲线零起升压电压电压曲线303、储能在新能源主动支撑方面的应用储能类型对比锂电池VS超级电容仅储能支撑VS仅风机转子动能VS风储协同风电调频方案对比31储能建设方案对比 分布式储能3、储能在新能源主动支撑方面的应用储能类型对比锂电池VS超级电容仅储能支撑VS仅风机转子动能VS风储协同风电调频方案对比31储能建设方案对比 分布式储能集中式储能3、储能在新能源主动支撑方面的应用储能类型对比：锂电池的调频效果更优（2）速度主要取决于变流器，超级电容响应速度并未占优。经济性：相同投资成本下，锂电池容量为50kW*30min，超级电容为50kW*15s（1）锂电池了持续调频（2）超级电容1h内需充电20min3、储能在新能源主动支撑方面的应用储能类型对比：锂电池的调频效果更优（2）速度主要取决于变流器，超级电容响应速度并未占优。经济性：相同投资成本下，锂电池容量为50kW*30min，超级电容为50kW*15s（1）锂电池了持续调频（2）超级电容1h内需充电20min两种电池参数对比323、储能在新能源主动支撑方面的应用光伏+分布式储能控制方式：直流母线并联10%Pn*30min储能锂电池电站式VSG预留备用控制方式：通过光伏逆变器预留10%Pn备用容量，支撑系统一次调频。控制方式：基于集中式储能系统的调频能力，支撑系统单元，以响应电网一次调频。调频。333、储能在新能源主动支撑方面的应用光伏+分布式储能控制方式：直流母线并联10%Pn*30min储能锂电池电站式VSG预留备用控制方式：通过光伏逆变器预留10%Pn备用容量，支撑系统一次调频。控制方式：基于集中式储能系统的调频能力，支撑系统单元，以响应电网一次调频。调频。333、储能在新能源主动支撑方面的应用储能建设方案对比：集中式储能更具经济性当，由于其功率响应速度快，调频效果均优于火电机组；经济方面：以冀北地区100MW光伏电站为例，对比分析三种调频方案的经济性，电站式经6%-10撑能力测算）34应用模式技术性3、储能在新能源主动支撑方面的应用储能建设方案对比：集中式储能更具经济性当，由于其功率响应速度快，调频效果均优于火电机组；经济方面：以冀北地区100MW光伏电站为例，对比分析三种调频方案的经济性，电站式经6%-10撑能力测算）34应用模式技术性经济性（100MW风电场）预留10%Pn备用容量优于火电机组年经济损失约1982万元配置10%调频储能单元年均投资300-400万元电站式虚拟同步发电机年均投资100-200万元3、储能在新能源主动支撑方面的应用——风电调频加装储能预留备用转子惯量控制方式：通过主控系统提前变桨，使风电机组在原有功率特性曲线下方运行。控制方式：调节电磁转矩，降低或升高发电机转速来达到有功功率支撑。控制方式：基于集中式储能系统的调频能力，支撑系统调频。3、储能在新能源主动支撑方面的应用——风电调频加装储能预留备用转子惯量控制方式：通过主控系统提前变桨，使风电机组在原有功率特性曲线下方运行。控制方式：调节电磁转矩，降低或升高发电机转速来达到有功功率支撑。控制方式：基于集中式储能系统的调频能力，支撑系统调频。353、储能在新能源主动支撑方面的应用——风电调频参与系统一次调频应用模式——预留备用 技术方面：调频特性与火电机组相当。基于现场实测的风机VSG模型进行仿真，风机采用留备用方式参与系统调频时，调频特性与火电机组相当。经济方面：以容量为100MW的风电场为例，每年经济损失最高可达2500万元。风机采用预留备用模式参与系统一次调频曲线注：依据冀北某风电场实际出力数据测算36备用容量风场限电损失电量/发电量%年损失（万元）10%不限电18.57%250050%出力以上限电3、储能在新能源主动支撑方面的应用——风电调频参与系统一次调频应用模式——预留备用 技术方面：调频特性与火电机组相当。基于现场实测的风机VSG模型进行仿真，风机采用留备用方式参与系统调频时，调频特性与火电机组相当。经济方面：以容量为100MW的风电场为例，每年经济损失最高可达2500万元。风机采用预留备用模式参与系统一次调频曲线注：依据冀北某风电场实际出力数据测算36备用容量风场限电损失电量/发电量%年损失（万元）10%不限电18.57%250050%出力以上限电11.76%16003、储能在新能源主动支撑方面的应用——风电调频参与系统一次调频应用模式——基于转子动能 技术方面：频率二次跌落问题严重，即使最好情况下频率二次跌落的深度也和一次跌落相同；风机退出调频时会对系统造成严重扰动，恶化系统频率动态。经济方面：仅需风机软件升级，改造难度小、实施容易，成本低。最好情况风机采用基于转子动能参与系统一次调频曲线3、储能在新能源主动支撑方面的应用——风电调频参与系统一次调频应用模式——基于转子动能 技术方面：频率二次跌落问题严重，即使最好情况下频率二次跌落的深度也和一次跌落相同；风机退出调频时会对系统造成严重扰动，恶化系统频率动态。经济方面：仅需风机软件升级，改造难度小、实施容易，成本低。最好情况风机采用基于转子动能参与系统一次调频曲线373、储能在新能源主动支撑方面的应用——风电调频参与系统一次调频应用