1MW/1MWH鋰電池儲能系統(tǒng)加裝到直流母線上，通過現(xiàn)場的平滑動力出力測試，以及充放電的效果，加裝超級電池以后，在分鐘級/甚至秒級的有功變化大幅度降低，并且能夠有效的控制風(fēng)電的出力，在我們研究后發(fā)現(xiàn)，實際上后期風(fēng)電場也直接把這套儲能裝置用于棄風(fēng)情況下的儲電，到不棄風(fēng)時候的放電，一年也能夠獲取近百萬的收益。

——甘肅省電力公司風(fēng)電技術(shù)研究中心主任汪寧渤

2019年9月25日-26日第二屆中國儲能西部論壇在青海舉辦。本次會議由中國能源研究會儲能專委會，青海大學(xué)，黃河上游水電開發(fā)有限責(zé)任公司，國網(wǎng)青海省電力公司，青海能高新能源有限公司，華能清潔能源技術(shù)研究院，中關(guān)村產(chǎn)業(yè)技術(shù)聯(lián)盟聯(lián)合會，中關(guān)村海東科技園等聯(lián)合主辦，青海省清潔能源高效利用重點實驗室、中關(guān)村儲能產(chǎn)業(yè)技術(shù)聯(lián)盟承辦。北極星儲能網(wǎng)對論壇進(jìn)行全程直播。

甘肅省電力公司風(fēng)電技術(shù)研究中心汪寧渤主任在分論壇“儲能參與輔助服務(wù)的路徑與方式探討”中，做了題目為“儲能改善風(fēng)電長并網(wǎng)技術(shù)性能研究”的演講。

甘肅省電力公司風(fēng)電技術(shù)研究中心主任汪寧渤：

很高興在這兒跟大家再次交流儲能和新能源發(fā)展的關(guān)系。我今天跟大家交流的是儲能改善風(fēng)電場并網(wǎng)性能研究。

首先，結(jié)合甘肅的一些新能源發(fā)展情況，談一下儲能的需求，首先在甘肅目前是在酒泉，其中敦煌變電所是國內(nèi)外并網(wǎng)規(guī)模最大的新能源基地，在這樣一個集中并網(wǎng)1500多萬風(fēng)光電的地區(qū)，又是距離蘭州負(fù)荷中心1千公里，所以是集中并網(wǎng)規(guī)模最大，送出距離最遠(yuǎn)的新能源基地。在這樣一個長條形的鏈條當(dāng)中，形成了兩頭大，中間薄弱的點，在這樣一個1000公里的雙回輸電線路過程中，由于源端的風(fēng)電大幅度的有功的波動，會導(dǎo)致整個系統(tǒng)，包括有功和無功大幅度的波動，會使得整個運行控制非常的困難。

前幾年，酒泉到湖南湘潭的特高壓直流輸電線路2400多公里的一條正負(fù)800輸電線路投運，直到目前為止完全沒有火電配套電源，完全由風(fēng)電、光伏組成的送端電網(wǎng)的情況下，使得這條直流輸電通道控制也是存在諸多問題、困難和挑戰(zhàn)。

首先介紹一下大規(guī)模新能源基地的特點，除了剛才講的情況以外，在整個中國新能源的發(fā)展?fàn)顩r，也是與歐美國家顯著不同，資源與市場逆向分布，大規(guī)模集中開發(fā)，遠(yuǎn)距離送出的特點，包括甘肅、青海、新疆等等都是這樣的一些特點。高比例、遠(yuǎn)距離外送的特點比較突出，像甘肅、新疆、青海、寧夏西北這幾個省份的新能源的裝機(jī)均超過30%，其中青海和甘肅已經(jīng)都超過40%，甘肅的41.4%與國際上的小的國家相比，包括丹麥和德國相比，已經(jīng)超過了他們的裝機(jī)比例的水平。

在這樣一個情況下，甘肅由于處在特殊的地理位置，所以在開發(fā)新能源方面，有一些特殊的優(yōu)勢，當(dāng)然在青海也同樣跟甘肅有很多地方比較類似的優(yōu)勢。

酒泉發(fā)展風(fēng)電的優(yōu)勢，主要是風(fēng)資源相對于其他地方比較穩(wěn)定，場地平整，主要集中在開闊寬廣的戈壁灘，而且交通條件比較好，國道、鐵路都從風(fēng)電場中心穿過，又是站在輸電走廊的集中的位置，使得它具有比較好的大規(guī)模集中開發(fā)的新能源的特點和優(yōu)勢。

甘肅在新能源發(fā)展的過程中，大家可能聽到有很多正面也有很多負(fù)面，但是從主要指標(biāo)來看，年發(fā)電量占全省總發(fā)電量的23.7%，接近1/4，占全省用電量的32.9%，接近1/3，最大的月發(fā)電量已經(jīng)到30%，裝機(jī)容量占到41.5%，最大出力占全省最大用電負(fù)荷的80%以上，而且最大日發(fā)電量占全天日日發(fā)電量的55%，這些指標(biāo)拿到世界范圍內(nèi)都是處在領(lǐng)先水平的，而且整個風(fēng)電的發(fā)展過程中，也在積極探索高比例可再生能源發(fā)展的一些極限，到底在什么地方。

近幾年，新能源的超常規(guī)發(fā)展，10年增長了200多倍，光伏6年增長了300多倍，同時新能源的總裝機(jī)容量已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過全省最大用電負(fù)荷，如果按照穿透率的概念來講是141%，市場消納能力嚴(yán)重不足的矛盾十分突出。同時，在前面講的甘肅90%的風(fēng)電集中在河西走廊，其中絕大部分集中在酒泉地區(qū)。需要通過750千伏電網(wǎng)輸送到1000公里以外的蘭州，是全世界并網(wǎng)最大規(guī)模的新能源基地。

導(dǎo)致這樣一些問題，實際上帶來的棄風(fēng)棄光問題比較嚴(yán)重，整個國家的棄風(fēng)2018年400多億，相當(dāng)于8個劉家峽電場的發(fā)電量，同時酒泉地區(qū)2011年也發(fā)生了100多次拖網(wǎng)事故，整個脫網(wǎng)事故頻發(fā)，這些問題比較突出。

新能源的發(fā)展是一個機(jī)會與挑戰(zhàn)并存的，從大的趨勢來看，新能源發(fā)展的趨勢又不是不可逆轉(zhuǎn)的，如何來研究新能源的問題，我們首先從出力特性來研究，這是我們統(tǒng)計酒泉地區(qū)一個風(fēng)電基地，風(fēng)電整個平均利用小時數(shù)占到全年利用小時數(shù)的1/4-1/3，大概是30%左右，同時最高出力的的點是個別時段，整體呈現(xiàn)了大幅度波動的態(tài)勢。

我們再看一下典型風(fēng)電場的出力特性，也是有這樣的特性，它的出力波動的幅度比較大，旁邊是光伏的，大家知道光伏應(yīng)該比較平滑，為什么不斷的出現(xiàn)毛刺呢，實際這是一個多云的天氣，云一遮，太陽立刻就降下來了，云一走，立刻就上來了，所以形成大幅度的波動比較突出，而且跟風(fēng)電自我互補(bǔ)性不一樣，光伏是一片云遮太陽，一片光伏的整體出力都呈現(xiàn)這樣的特性。

同時整個風(fēng)電又存在群體效應(yīng)，也就是整個風(fēng)電在整體的時間里，單臺機(jī)組和單個風(fēng)電場的浮動變化率更快一些，到整個大的風(fēng)電基地總的風(fēng)率呈現(xiàn)自我平滑效應(yīng)。

這是整個出力平均的時間，99%以上的時間，整個酒泉風(fēng)電基地的出力不超過60%，也就是它的平均出力水平比較低，只有不到1/4，25%左右，但是最大出力實現(xiàn)的時段非常少。

這個是整個發(fā)生事故情況，一個是電壓跌落的電流變化和模擬功率的有功功率的曲線，在這樣的過程中，會導(dǎo)致整個單個風(fēng)電場發(fā)生事故，甚至有可能引起連鎖故障，在整個酒泉2011年的時候，先后發(fā)生過100多次事故，風(fēng)電最大的脫網(wǎng)3次嚴(yán)重的事故，最大的脫網(wǎng)達(dá)到了153萬，相當(dāng)于同時甩掉了5臺30萬的機(jī)組。實際上，對整個系統(tǒng)的電壓和頻率，電能質(zhì)量，以及系統(tǒng)安全穩(wěn)定都造成了很大的影響。為什么會對系統(tǒng)安全穩(wěn)定影響呢？主要是是在運力負(fù)荷中心1千多公里的地方，當(dāng)?shù)貨]有常規(guī)電源支撐，突然甩掉150多萬的負(fù)荷，必然會導(dǎo)致功率缺額難以彌補(bǔ)，對系統(tǒng)造成很大的沖擊。

整個新能源出力的整體在極端情況下，新能源占比非常高，這是理論出力還原以后，最大的一天風(fēng)光電的出力，包括全省用電負(fù)荷70%，實際上沒有發(fā)生過這種情況，主要是發(fā)不出來這么多，已經(jīng)棄掉了一部分，如果真發(fā)生這種情況，高比例新能源的發(fā)展會有一個比較大的越級。

這是風(fēng)電的典型波動的情況，單臺風(fēng)電機(jī)組，風(fēng)電場群，和整個酒泉，以及全省的風(fēng)電變化幅度，大家可以看到，單場和單機(jī)波動幅度非常大，但是就全網(wǎng)或者酒泉地區(qū)有自我平滑效應(yīng)，這個特點在風(fēng)電當(dāng)中普遍存在，也就是風(fēng)電具有時空互補(bǔ)特性，這種互補(bǔ)特性是使得風(fēng)電的整體的個性既不像我們想象的那么好，也不像我們想象的那么差，典型技術(shù)研究，我們主要是探索了一個風(fēng)型儲能提高風(fēng)電儲能的技術(shù)研究，通過鋰電池和風(fēng)電機(jī)組，風(fēng)電機(jī)組+超級電容兩種方式，兩種方式都按照功率型儲能的方式來運行，主要是改善風(fēng)電并網(wǎng)的出力波動，電壓支撐，可調(diào)性能和展態(tài)能力的支撐方面做了一些探索性的研究。

選擇的是在酒泉基地西段的一個魯能風(fēng)電場，是3兆瓦的風(fēng)電機(jī)組，在一端母線按照1MW/1MWh的箱式鋰離子電池儲能系統(tǒng)，實行平抑風(fēng)電功率分鐘級波動，跟蹤計劃出力。

這是我們接的鋰電池儲能系統(tǒng)內(nèi)部的一個結(jié)構(gòu)圖，就是1MW/1MWH接到35千伏母線上。

這個儲能的工作策略，通過研究，主要是進(jìn)行平滑出力，并且通過充放電來應(yīng)對一些緊急的緩解風(fēng)電的出力波動，同時，可以探索削峰填谷，工藝增益和差值控制等等研究方法，這是風(fēng)電機(jī)組加裝超級電容的一個示意圖，由于3MW用兩個1.5MW的變頻器并上的，相當(dāng)于在兩個變頻器之間的直流母線上加了一個超級電容，只要在這個地方加裝一個類似于儲能的元件，同時能提供有功和無功支撐，對整個風(fēng)電機(jī)組的性能改善肯定有比較大的幫助

這個是風(fēng)儲聯(lián)合運行的模擬圖，也就是說，在運行過程中，通過儲能的工作，平抑毛刺浮動，但是變化的幅度整體不大，因為儲能整體的容量比較小，只能起到這樣的作用。

這是在風(fēng)電機(jī)組上加裝超級電容，并且在里面加裝電力控制界面，在兩個變流器之間的直流母線上分別加裝兩個150千瓦的超級電容，通過超級電容的激裝，超級電容由于是瞬間的快速充放電，既能夠吸收一定的有功，也能夠釋放出無功，在這個過程中，在電壓跌落的過程中，我們選擇的不同的測試，在接近額定功率70%左右的電壓跌落情況下，能夠保證5秒鐘充電機(jī)組繼續(xù)發(fā)出有功，這個是很好的電壓耐受和展開支撐能力，整個通過超級點肉的作用，大幅度提升了風(fēng)電機(jī)組的并網(wǎng)特性。這個是出口電壓和無功變化，持續(xù)的時間是5.1秒，跌落有功整體的結(jié)束的時候，有功功率和無功的變化都完整的記錄下來，證明在電壓跌落到70%左右額定電壓的情況下，具備能夠繼續(xù)平穩(wěn)的輸出有功的功能。

這個是整個記錄波形圖，并且在過程中，超級電容吸收了這么多有功，降低了母線電壓的升高幅度，從而大幅度提高了機(jī)組的電壓耐受能力和展開支撐能力，風(fēng)電機(jī)組在這種情況下，可以有效的以繼續(xù)輸出有功，提升整個發(fā)電的特性。

1MW/1MWH鋰電池儲能系統(tǒng)加裝到直流母線上，通過現(xiàn)場的平滑動力出力測試，以及充放電的效果，加裝超級電池以后，在分鐘級/甚至秒級的有功變化大幅度降低，并且能夠有效的控制風(fēng)電的出力，在我們研究后發(fā)現(xiàn)，實際上后期風(fēng)電場也直接把這套儲能裝置用于棄風(fēng)情況下的儲電，到不棄風(fēng)時候的放電，一年也能夠獲取近百萬的收益。風(fēng)電盡管在大風(fēng)的時候，普遍棄風(fēng)，但是大量的時間，不來風(fēng)的時候，整個又是不限電的，大風(fēng)的時候充滿，沒風(fēng)的時候再放出去，較好的發(fā)揮了作用，從技術(shù)角度沒什么可言的，但是從經(jīng)濟(jì)上，一年的運行效果還是不錯的。

這個策略是我們在絕對功率控制下，風(fēng)電整體按照這樣的控制策略來進(jìn)行執(zhí)行，使得儲能降低棄風(fēng)率，并且能夠動態(tài)調(diào)整它的運行狀態(tài)，通過控制平臺，來實現(xiàn)充放電的有序的控制。當(dāng)然這套控制系統(tǒng)也可以進(jìn)行人工控制，比如棄風(fēng)條件下的充放電，后期我們風(fēng)電場自己改變的。

通過這樣一些探索，功率型儲能，通過鋰電池和超級電容的組合，可以大幅度的改善現(xiàn)有風(fēng)電場的一些技術(shù)性能，尤其是在展臺支撐能力和電壓耐受能力，以及抗干擾能力方面，具有明顯的效果，使得風(fēng)電場和風(fēng)電機(jī)組預(yù)備某些常規(guī)電源的特色。在高比例新能源發(fā)展過程中，對于改善風(fēng)電并網(wǎng)特性或者是風(fēng)電光伏的適應(yīng)能力，逐步的提出了更多的需求，我們這個研究正是從這些方面進(jìn)行有益的探索。

我的匯報到此結(jié)束，謝謝大家！