國家能源局數據顯示，2024年一季度，全國可再生能源新增裝機6367萬千瓦，同比增長34%，占新增裝機的92%。截至3月底，全國可再生能源裝機達到15.85億千瓦，約占我國總裝機的52.9%，其中，風電和光伏發電之和突破11億千瓦。
然而，風電和光伏發電具有間歇性、隨機性和波動性，會在一定程度上影響電網安全穩定運行。
隨著新型電力系統建設及“源網荷儲”一體化運行的推進，儲能電站如何發揮自身優勢、護航電網安全尤為重要。近日，湖北荊門新港儲能電站成功實施國內首個百兆瓦時構網型儲能電站黑啟動試驗，電網應對極端突發情況再添“防護盾”。
30秒恢復供電
黑啟動是指電力系統由于故障停運后，依靠系統內具有自啟動能力的機組或系統外電源，使整個電力系統恢復正常運行。這是保證極端條件下城市電網安全運行的重要手段。
新港儲能電站是國家能源局新型儲能試點示范項目，站內有16個集裝箱大小的儲能單元，內裝磷酸鐵鋰電池。去年底，電站二期工程并網成功，總容量50兆瓦/100兆瓦時，可滿足1.6萬余戶家庭1天的用電需求;還可以消納附近的新能源，幫助電網削峰填谷。
在黑啟動試驗中，新港儲能電站相鄰的高橋變電站模擬突發停電，無法向外送電。新港儲能電站運維人員接到指令，迅速將本站電能送往變電站幫助其啟動，整個過程僅耗時30秒。“黑啟動過程中，24臺儲能變流器電壓百分之百同步，系統頻率、電壓均可穩定控制。”國網湖北電科院熊亮靂博士說。
此次黑啟動不僅恢復供電速度快，供電功率大、時間長，且轉換效率超過85%，優于其他黑啟動方式。若遭遇電網全停且故障恢復困難等情況，新港儲能電站存儲的電能可帶動所在供區重要用電負荷24小時穩定運行，并可為新能源場站提供站用電源，助其恢復并網發電。
當前，湖北正處梅雨季節，雷電活動增多，具備黑啟動功能及孤網運行能力的儲能電站，可以在極端情況下提供更加穩定的供電。國網湖北電力公司相關負責人說，本次試驗為抗災保供及儲能建設發展提供了新思路，同時證明極端情況下構網型儲能電站擁有較好的黑啟動功能及離網運行能力。
荊門供電公司發展策劃部副主任夏曉榮說，下一步，荊門計劃建設4座規模為新港儲能電站兩倍的構網型儲能電站，為當地乃至湖北儲備一批具有黑啟動功能的抗災保障電源。
攻克多個技術難題
為主動適應新能源快速增長態勢，實現系統消納能力更強、整體運行更優，破解儲能電站黑啟動技術難點尤為關鍵。
“傳統儲能電站多采用跟網型控制技術，需要跟蹤電網的實時電壓和頻率才能運行。一旦電網發生波動，跟網型儲能電站失去電網的實時電壓和頻率數據指引，無法工作。”國網湖北電科院高級工程師游力說，構網型儲能電站自身就能建立實時電壓和頻率，既能撐起一個小型電力系統，也能直連電網，具有較強的“獨立自理”能力。
這一特性也讓構網型儲能電站具備擔當黑啟動火種的潛力。
此前，抽水蓄能及燃機電站常作為黑啟動載體。傳統黑啟動機組容量普遍較大，控制對象少，操作相對簡便。
近年來，新型儲能電站加快建設，清潔高效的電池儲能替代傳統同步發電機，成為黑啟動新載體。然而，電池儲能系統控制對象數量通常在幾十臺乃至百臺，存在電壓控制同步困難、多儲能變流器環流抑制等問題。
去年1月，國網湖北電科院組織專業技術人員成立攻關團隊，與南京南瑞繼保電氣有限公司聯合研發構網型儲能技術，通過開展硬件在環仿真、機組測試以及整站實證，成功攻克構網型儲能黑啟動中的多機并聯控制以及構網限流策略難題。
“難點在于保證各機組同時、同頻、同相位黑啟動升壓。”游力介紹，黑啟動多機并聯控制主要攻克了協調控制系統毫秒級的快速通信技術，以及黑啟動過程中的相位修正技術。構網限流策略優化可實現有源阻尼算法重構，防止因啟動線路、變壓器、電動機等設備使儲能變流器短時過載，抑制儲能變流器諧振。這一系列創新提升了新型儲能作為黑啟動電源的可靠性。
來源：科技日報 記者 吳純新 通訊員 甘依依 何伶凌
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