中车株洲庞家猛:风储耦合控制技术

能见App 2021年10月19日 4691

2021年10月17日-20日,2021北京国际风能大会暨展览会(CWP 2021)在北京新国展隆重召开。作为全球风电行业年度最大的盛会之一,这场由百余名演讲嘉宾和数千名国内外参会代表共同参与的风能盛会,再次登陆北京。

本届大会以“碳中和——风电发展的新机遇”为主题,历时四天,包括开幕式、主旨发言、高峰对话、创新剧场以及关于“国际成熟风电市场发展动态及投资机会”“国际新兴风电市场发展动态及投资机会”“风电设备智能运维论坛”“碳达峰碳中和加速能源转型”等不同主题的15个分论坛。能见App全程直播本次大会。

在储能与新能源融合发展论坛上,中车株洲所风电事业部风电事业部庞家猛发表了题为《风储耦合控制技术》的主题演讲。

以下为演讲实录:

庞家猛:各位专家、各位同仁,大家上午好。我是来自中车株洲风电的庞家猛,很高兴和大家分享株所在风储控制技术方面的研究。

我的报告分为三个方面,前面两位专家已经介绍了在整个宏观背景下,比如说国家主席在2030年承诺一次能源消费比例达到25%,站在这个角度来讲,风光储总装机12千瓦以上,站在这个背景下我们思考风机和储能怎么融合,面临两个主要问题。第一,新能源友好并网,怎样来提升新能源场站自身并网适应性,形成网原友好协调互动。怎样使储能系统和新能源融合,提高新能源场站的消纳和储存能力。

第二,随着风电占比越来越提高,以前风电作为辅助电源到主力电源转变,需要我们系统调节任务,面临很多问题,比如说风电机组是超同步振荡、故障电压穿越等等这些问题怎么解决。

从政策上来讲,分析了两点,从标准来讲,2018年提出了《风力发电机组网适性测试规范》和《电力系统安全定导则》对于我们提出了要求,新能源电源应该具有一次调频、快速调压、调峰能力。第二,原则上要同步发电机组的电压和频率耐受能力一致。第三,新能源场站必须要提供惯量与短路容量支撑。

由于风电机组并网特性,比如说弱惯量和弱频率支撑,会导致整个电力系统安全稳定性持续下降,可以通过两个图看,上面是过去电网,大部分100%占比以火电技术为主,当前电网随着风电提高,到2030年风电新能源并网超过25%,这时候发现,大规模风电会导致整个稳定性下降。

目前新能源发展状况,风的间歇性,包括风电机参与系统调节的动力不可控。第一就是减载备用调频降低了风能的利用率。第二,惯量调频会导致系统频率的二次跌落等。第三,有效转动惯量不段减小。第三,导致机端电压不均衡和影响稳定性。

下面介绍中车株洲所的研究,从两个方面进行研究,第一个就是一机一储,2021年在3.3兆瓦技术上开展了一机一储磷酸铁锂,包括超级电容进行了研制,我们进行了数字仿真,试验研制,包括实验室测试,并且在今年10月份在中车河北风电场完成了测试。主要研究对象储能加上风机耦合控制系统,实现储能+桨具角的调频,风机的离网启动运行和一些评估。通过前期做仿真实验,我们采用的直流侧接入,双馈风电变流器直流侧配置储能显著提升。

第二,在机组直流侧配置10%额定功率,10分钟储能,直流侧电压波动最多能减小100V,实现输出电流平衡时,电网长期不平衡能提升50%以上。

第三,储能今年10月份完成了储能系统加入风电系统一次调频,前面提到了整个风电机组如果单纯靠风电机组惯量调频会有跌落,这是在云南某风电场测试的,下面红色曲线就是风机的惯量曲线,在调节做惯量支撑之后10秒左右会有一个二次跌落问题,怎样通过单纯的风电机组存在二次跌落怎么解决,通过储能模拟整个风电机组一个惯量调频,通过储能系统加入可以减少风机惯量,参与调频,减少对我们风机整个性能的损失,这里我们根据整个电网频率波动,还有SOC,对整个储能进行充放电测试计算。

第三张图,就是储能+桨距角进行线攻,在额定功率3兆瓦技术,满发时候,我们这里不能深攻,把这个容量顶上去,按照我们现在一次调频标准,整个折算到调频标准上储能系统出力达到整个风机10%的额定功率。三张图分别就是高负荷下70%到90%,和低负荷下的测试曲线。

下面看风光储场站级能量管理系统研究,这是基于数字共享理念采用统一通讯和实时数据平台,协同优化和子系统实现整个场站精细化控制,提升涉网能力。架构主要是分层架构,集群控制器+能管平台,条度控制和采集数据网分立模式,基础的数据会产生在新型列式储存系统,条度、控制由于的数据通过调度、控制网存出到关系型数据库,左边是整个系统框架,这套系统大概可以达到400GW风电,150兆瓦的储能能量。

整个平台分成三级架构,第一级是进行风光场站、储能SVG之间的优化调度。第二,二级实现风光场站各风光发电间的集群精细化控制。第三,设备侧控制,实现桨距角+关联+储能设备测控制,逐步进行细化。

针对这套系统目前我们今年年底有一部分能够上线,这套系统前面提到整个当前状态,风电场无功控制算法,现在用数据驱动形式来调节,以全场风机最小无功功率为目标,满足要求为约束,建立现行的数学模型,求解到各个风机最小的调节量。

第二,就是实测仿真,基于中车中卫某风电场的拓扑结构和运行数据,仿真分析结果。通过算法做了之后,右边按照我们目标最小值一个线性规划,可以达到看离散点样对比较少,从这里得出一些结论,按照我们现在的计算方式,可以将所有的一些规定控制在所允许范围之内。第二,可以实现最小无功输出,将所有的越限节点回调,进行风电场无功控制,因为中间线路阻挠,但是我们实时都是按照等比例,每个风机占5%的无功输出,会产生浪费,通过现在来做通过数据分析计算,我们每个机组无功处理会有差异的,整个下一步工作,因为前期拿到整场运站一年数据10万风场进行分析,下一步要结合风电场AGC和ABC的控制数据测算进行风电场的实施运行测试,场站这一部分内容今年年底会完成整个并网调试运行。谢谢各位。

 

(根据速记整理,未经本人审核)