大功率接受區(qū)外來電的受端電網(wǎng)，發(fā)生直流單極或雙極閉鎖而損失高比例功率時的全網(wǎng)性頻率安全問題成為制約特高壓通道穩(wěn)態(tài)輸送與新能源跨區(qū)消納能力提升的主要因素之一；能源基地相對集中，電網(wǎng)調(diào)峰需求大，新能源發(fā)電能力難以充分發(fā)揮，因而區(qū)域外送新能源電量占比較低是影響其跨區(qū)消納的另一因素。當(dāng)前研究提出的措施和方法均僅可在一定程度上緩解弱受端電網(wǎng)在出現(xiàn)大功率缺額時引發(fā)的頻率問題，而不能從根本上解決甚至提升特高壓通道的穩(wěn)態(tài)輸送功率極限。因此，本文提出多應(yīng)用功能目標(biāo)下的容量配置思路以及促進(jìn)新能源發(fā)電空間提升后的經(jīng)濟(jì)性分析方法，為新能源跨區(qū)消納水平的切實(shí)提升提供一種新方案。

創(chuàng)新點(diǎn)及解決的問題

本文探索了儲能提升特高壓輸電線輸送容量與輸送電量中新能源發(fā)電占比的兩種功能聯(lián)合應(yīng)用對儲能容量的需求與經(jīng)濟(jì)可行性，在提升電網(wǎng)緊缺靈活調(diào)節(jié)源利用率的同時將新能源發(fā)電的消納能力提升到最大。兩種功能聯(lián)合應(yīng)用中合理的容量需求決定應(yīng)用的可靠性實(shí)現(xiàn)及收益程度，影響著投資決策分析，針對這方面的研究也尚屬空白。因此，本文在探索單應(yīng)用功能中儲能容量需求與可提升新能源消納能力間特性關(guān)系的數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)上，結(jié)合兩種應(yīng)用功能的出現(xiàn)時序與緊急程度，提出多應(yīng)用功能目標(biāo)下的容量配置思路。

重點(diǎn)內(nèi)容導(dǎo)讀

3.1 電網(wǎng)級儲能系統(tǒng)應(yīng)用適用性分析

儲能技術(shù)作為能源互聯(lián)網(wǎng)的重要技術(shù)支撐，逐漸成為能源科技創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)支持的焦點(diǎn)。鉛酸、鈉硫、液流和鋰離子電池等電化學(xué)儲能系統(tǒng)的全功率響應(yīng)速度均在500ms以內(nèi)，其全功率充/放電爬坡響應(yīng)特性如圖1所示，在熱備用狀態(tài)下，自收到控制信號起，各類型儲能電池在500ms內(nèi)基本可實(shí)現(xiàn)正/負(fù)全功率輸出，在電網(wǎng)大功率快速支撐應(yīng)用中，是功率爬坡率為分鐘級的火電機(jī)組的另一良好補(bǔ)充手段。


3.2聯(lián)合應(yīng)用目標(biāo)下儲能提升新能源外送消納能力的容量需求分析

新能源富集地區(qū)新能源發(fā)電受送端電網(wǎng)調(diào)峰及受端電網(wǎng)堅強(qiáng)等因素制約而棄風(fēng)棄光現(xiàn)象嚴(yán)重，在受端電網(wǎng)建設(shè)儲能裝置，切實(shí)促進(jìn)高比例棄風(fēng)棄光電網(wǎng)新能源消納，其設(shè)計思想如圖2所示，主要目標(biāo)為：

（1）在特高壓直流閉鎖等故障后為受端電網(wǎng)提供快速功率支撐以提升通道的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行輸送能力；

（2）為送端電網(wǎng)提供跨區(qū)備用以降低送端電網(wǎng)因調(diào)峰需求而增加的火電機(jī)組開機(jī)，提升新能源發(fā)電空間與在外送電源中的比例。


圖2儲能提升交直流新能源消納能力的設(shè)計思想

受端電網(wǎng)允許特高壓交直流最大的受電能力與系統(tǒng)在保證頻率最低點(diǎn)不越限的情況下可接受的最大缺電額線性相關(guān)，在維持原系統(tǒng)穩(wěn)定及負(fù)荷水平一定的情況下，配置儲能可進(jìn)一步提升的交直流受電能力與故障后系統(tǒng)不越限的最低頻率點(diǎn)的特性關(guān)系如式(1)所示


跨區(qū)備用必須在送端電網(wǎng)內(nèi)自身手段用盡后方可調(diào)用，調(diào)用時間原則上不得超過2個小時，受端電網(wǎng)跨區(qū)備用可提供的服務(wù)電量為受電網(wǎng)第（為跨區(qū)備用總條數(shù)）條直流跨區(qū)備用容量與提供備用時長的積，因此電網(wǎng)級儲能系統(tǒng)基本滿足該應(yīng)用中的功率與容量需求。跨區(qū)備用儲能系統(tǒng)后，在一天中可在送端提升的新能源發(fā)電電量空間如式(2)所示，依據(jù)跨區(qū)備用原則，儲能系統(tǒng)的利用時長為2小時。


依據(jù)大功率事故支撐與跨區(qū)調(diào)峰備用聯(lián)合應(yīng)用容量配置原則，兩類應(yīng)用出現(xiàn)時序與應(yīng)用優(yōu)先級別等，其配置與協(xié)調(diào)策略流程如圖3所示。


3.3算例分析

在PSASP仿真平臺中搭建河南電網(wǎng)算例，模擬天中直流在輸送800萬千瓦功率時發(fā)生最惡劣的雙極閉鎖故障時，探索儲能在系統(tǒng)穩(wěn)定過程中的效果及所需儲能容量的大小；同時，以天中直流輸送通道為載體，分析在受端河南電網(wǎng)布局一定容量的儲能系統(tǒng)作為送端新疆電網(wǎng)的跨區(qū)備用容量源，對新能源發(fā)電占比提升的促進(jìn)程度。得出投入670萬千瓦/15min儲能系統(tǒng)，可提高長南線與天中直流770萬千瓦的穩(wěn)定送功率，提升385億千瓦時的外送電量，設(shè)定一年內(nèi)的通道利用小時數(shù)約為5000h，計算結(jié)果如表1所示，項(xiàng)目的投資回收期約2.27年。

表1靜態(tài)投資與收益估算


結(jié)論

針對特高壓交直流的弱受端電網(wǎng)頻率穩(wěn)定與送端新能源發(fā)電的低占比限制著新能源發(fā)電區(qū)域這些制約外送消納等問題，探索了儲能兩種功能聯(lián)合協(xié)調(diào)消弭。主要結(jié)論為：

（1）儲能系統(tǒng)布局在受端電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)提升特高壓輸送通道穩(wěn)態(tài)輸送功率的同時，作為跨區(qū)備用源減少送端火電機(jī)組開機(jī)以增加新能源發(fā)電空間，這兩種功能的協(xié)調(diào)應(yīng)用可切實(shí)促進(jìn)新能源外送消納。

（2）仿真得出，在受端河南電網(wǎng)配置670萬千瓦/15min的儲能系統(tǒng)，可提升長南線與天中直流的穩(wěn)態(tài)輸送功率770萬千瓦，投資回收期約2.27年。該儲能系統(tǒng)可同時以83.75萬千瓦/2小時的調(diào)峰源為送端新疆電網(wǎng)提供跨區(qū)備用，可新增風(fēng)電發(fā)電量29.3億千瓦時/年，占提升的通道外送電量的7.6%，減排235.5萬噸。