高压级联式储能系统在火储联合调频中的应用及实践.docxVIP

摘要“双碳”目标下，新能源的大量接入给电网的稳定运行带来冲击。火储联合调频项目作为优质调频资源近年来获得了广泛的研究与应用。根据广东地区火储联合调频项目投产现状，本工作对目前主要运用于火储联合调频项目的低压并联和高压级联储能系统两种拓扑结构进行分析，结合调频辅助服务市场政策，通过对不同拓扑结构下的功率控制精度、能量转换效率及响应时间等项目开展并网试验研究，对比分析了两者的性能差异。结果表明采用高压级联拓扑结构的储能系统具有更优异的功率控制能力、更迅速的响应时间、更高的响应精度及更低的能量损耗，有助于提高火储联合调频项目的综合调频性能，提升在调频市场的竞争力。基于高压级联储能系统的优点，国能粤电台山发电有限公司根据自身机组容量及调频需求将其运用在机组灵活性改造中，设计了目前国内最大的火储联合调频项目，为后续火储联合调频中高压级联式储能系统控制策略的研究提供支持，也为其他火储联合调频项目的建设提供借鉴。

关键词储能；高压级联；低压并联；火储联合调频；并网检测

“双碳”目标下，由于能源的生产、消费和利用呈现新的发展趋势，在此趋势下电力系统的电源结构、负荷特性、电网形态、技术基础及运行特性将发生深刻变化，构建新型电力系统将面临电力电量平衡、系统安全稳定、新能源高效利用等挑战。由于新能源发电具有波动性及不确定性，会影响电网运行的稳定性，为了保障电网安全稳定运行，电力系统需要更多的灵活调频资源来提升自身调节能力。火电机组作为我国重要的发电载体承担着主要的调频工作。火电机组的自动发电控制(automaticgenerationcontrol，AGC)响应时间长、功率爬坡速度慢、稳态精度低，无法满足当前的调频需求。电化学储能系统具有调节速率快、响应时间短、调节精度高等优点，属于优质的调频资源，能够有效弥补火电机组调频性能的不足。图1为某火电厂增加电池储能系统前后AGC跟踪曲线，增加储能系统后，火电机组能有效提高发电单元的调节速率、缩短响应时间、提高调节精度，提升综合调频性能，配合电力调度机构改善电网的频率波动，缓解电网调频资源特别是优质调频资源不足的问题。为了进一步加强电化学储能电站安全管理，国家能源局发布了《关于加强电化学储能电站安全管理的通知》，由于电化学储能系统并网后，其功率调节响应、充放电的规律和保护功能等都会对机组和厂用电设备的可靠运行产生影响。此外许多储能项目还存在简单的堆砌现象，导致许多储能辅助调频项目存在能量效率不高、综合调频性能提升不明显等问题。因此，为了保障储能系统、机组及厂用电负荷的安全运行，降低生产运行风险，电化学储能调频系统在并网前开展规范全面的并网检测具有重要意义。

图1火电机组搭配储能前后AGC跟踪曲线图

随着电力市场化改革进一步深入，一系列宏观政策鼓励储能参与辅助服务市场，以提升电力系统的灵活性和调节能力。广东作为能源消费大省，其能源自给率较低，为满足社会经济发展和民生需要，加快能源绿色低碳转型，大批量的海上风电接入，西电东送占比逐年增大，使得广东电网的规模和负荷日益复杂。因此，广东电网对优质调频资源存在迫切需求，并于2018年9月启动了广东调频辅助服务市场。截至2021年年底，广东地区已有28个储能调频项目投入运行或试运行，为保障广东地区电网稳定性提供了有力支持。其中有23个项目使用了低压并联集成方式，5个项目使用了高压级联集成方式。两种集成方式的主要区别在于其储能变流器(powerconversionsystem，PCS)不同引起的拓扑结构差异。随着电池行业与电力电子技术的不断发展，对储能变流器的研究也不断深入。但截至目前，对实际投运中两种技术路线的储能项目性能差异研究较少。文献对PCS的拓扑结构进行了研究，对比拓扑结构对PCS性能的影响，根据优缺点对拓扑结构进行优化并通过仿真进一步证实，但缺少实际运行数据的支撑。因此，通过并网性能测试这种实证化的分析手段来研究实际投运中不同拓扑结构的储能系统性能具有非常重要的实用价值。

本工作结合广东区域内火储联合调频项目的开展情况，选取几个分别采用高压级联式储能系统和低压并联式储能系统的火储联合调频项目，借助实证化的测试手段，研究了两种拓扑结构的储能项目性能差异，为后续火储联合调频项目的研究提供了实证化的研究方法。结合研究结果，在目前国内规模最大的火储联合调频项目采用了高压级联拓扑结构，项目总规模60MW/60MWh，用于提高国能粤电台山发电有限公司综合调频性能指标，提升区域电网调频资源的灵活性，为后续建设安全性高、性能优异的火储联合调频项目提供借鉴。

1火储联合调频系统拓扑结构

目前，广东地区火储联合调频的低压并联储能系统采用的都是单级式的PCS拓扑结构，具体拓扑结构如图2所示。储能电池直接连接到DC/AC变换器的直流侧，再通过升压变压器转成