火电厂储能调频系统并网性能测试-solarbe文库

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火电厂储能调频系统并网性能测试 Test of grid-connected performance of BESS for frequency regulation in power plant 2019-05-18 Version 0.1 1 广东电科院能源技术有限责任公司风电储能事业部苏伟目录 03 04 02 并网性能测试的意义 01 项目背景 06 建议 05 项目推广测试内容存在问题 Background 项目背景广东电力市场体系基本建成 2017年 12月国家能源局南方监管局编写了广东调频辅助服务市场交易规则（征求意见稿），开展辅助服务市场的模拟运行。 2018年 1月，南方监管局发布南方区域电化学储能电站并网运行管理及辅助服务管理实施细则试行，鼓励储能电站为电力系统提供调频辅助服务。 2018年 8月 18日南方监管局印发了广东调频辅助服务市场交易规则（试行），南方（以广东起步）电力现货市场成为全国首个电力交易现货市场。图片，表格最小展示区域 1 火电厂储能调频系统并网性能测试广东火电厂储能调频项目发展迅速电池储能系统响应速度快，短时功率吞吐能力强，调节灵活，可实现秒级满功率输出。电池储能系统与常规调频电源相结合，可有效提升电力系统调频能力，弥补大量可再生能源接入电网带来的频率偏差问题，提升电网电能质量和系统稳定性，降低有害气体排放。广东云浮、海丰、河源、南沙、五沙、大旺、恒运、恒益、汕尾等多个火电厂正在建设储能调频项目，未来将有更多储能调频项目投入运行。 2 火电厂储能调频系统并网性能测试 Background 项目背景 Significance 并网性能测试的意义  储能系统通过电厂的 6kV/10kV母线接入电网，对电厂原有的电气系统将带来了一系列的影响，需要对储能系统带来的影响进行评估与校核，必要时需改造现有电气设备，以适应储能系统接入的要求  储能系统本身的安全性目前还有待进一步验证，国内外已经发生了多起储能电站（电动汽车）爆炸、起火等事故，尤其是储能系统建在火电厂内，其火灾隐患严重威胁火电机组的安全稳定运行 3 火电厂储能调频系统并网性能测试大规模的储能调频项目接入电网，为电网的安全运行带来了挑战，其挑战主要有因此，有必要针对储能系统接入电网进行全面的安全和性能评估，为入网储能系统严格把关，最大程度地将风险降低。 Test Content 测试内容 4 火电厂储能调频系统并网性能测试 ① 涉网计算（机组短路电流及保护适应性校核） ② 储能系统对 PSS影响测试 ③ 机组储能联合 AGC试验 ④ 储能系统对 AVC影响试验 ⑤ 储能系统对机组一次调频影响试验涉网安全评估及试验储能系统并网测试 ① 电网适应性测试 ② 功率控制测试 ③ 过载能力测试 ④ 低电压穿越测试 ⑤ 高电压穿越测试 ⑥ 电能质量测试 ⑦ 保护功能测试 ⑧ 充放电响应时间测试 ⑨ 充放电调节时间测试 ⑩ 充放电转换时间测试 11 额定能量测试 12 额定功率能量转换效率测试 13 通信测试依据 GB/T-36548-2018电化学储能系统接入电网测试规范依据火电厂建设工程启动试运及验收规程及调度协议 Test Content 测试内容火电厂储能调频系统并网性能测试 3.1 储能系统并网测试试验目的验证储能电站的各项指标参数是否满足并网要求。评价依据 GB/T-36547-2018 电化学储能系统接入电网技术规定，该标准规定了电化学储能系统接入电网的测试条件、测试设备、测试项目及测试方法。图片，表格最小展示区域 5 测试方法 GB/T-36548-2018 电化学储能系统接入电网测试规范规定了电化学储能系统接入电网的电能质量、功率控制、电网适应性、保护与安全自动装置、通信与自动化、电能计量、接地与安全标识、接入电网测试等技术要求。图片，表格最小展示区域 6 火电厂储能调频系统并网性能测试 3.1 储能系统并网测试 Test Content 测试内容试验方法根据试验项目与试验现场情况，选取不同的测试对象，包括单个 PCS、储能系统 A/B段、储能系统整体。 7 火电厂储能调频系统并网性能测试 3.1 储能系统并网测试 Test Content 测试内容每段抽取单个 PCS 进行测试电网适应性测试低电压穿越测试高电压穿越测试 A段 B段试验方法根据试验项目与试验现场情况，选取不同的测试对象，包括单个 PCS、储能系统 A/B段、储能系统整体。 8 火电厂储能调频系统并网性能测试 3.1 储能系统并网测试 Test Content 测试内容 A、 B段分别进行整体测试功率控制测试电能质量测试充放电转换时间测试充放电调节时间测试充放电响应时间测试保护功能测试 A段 B段试验方法根据试验项目与试验现场情况，选取不同的测试对象，包括单个 PCS、储能系统 A/B段、储能系统整体。 9 火电厂储能调频系统并网性能测试 3.1 储能系统并网测试 Test Content 测试内容储能系统整体测试通信测试过载能力测试额定能量测试额定功率能量转换效率测试 A段 B段 3.1.1电压适应性测试主要目的检测储能系统在电网电压波动干扰时的稳定性 10 火电厂储能调频系统并网性能测试 Test Content 测试内容  调节模拟电网装置输出电压至拟接入电网标称电压的 86～ 109范围内，在该范围内合理选择若干个点（至少 3 个点且临界点必测），分别连续运行 1 分钟，应无跳闸现象，否则停止测试。  试验时选择 86Un 、 103Un 、 109Un三个电压测试点。放电模式下，功率 500kW，设定电压 86Un ，高压侧电压及功率波形 3.1 储能系统并网测试 3.1.2高电压穿越测试 11 火电厂储能调频系统并网性能测试 Test Content 测试内容  电压穿越测试应至少选取 2个点，并在 110Un＜ U＜ 120Un、 120Un＜ U＜ 130Un两个区间内均有分布，并按照图中高电压穿越曲线要求选取抬升时间。  试验时选择 113Un、 122Un两个电压测试点。高电压穿越曲线 0.9 1.4 -1 0 时间 s 要求储能系统不脱网连续运行储能系统可以与电网断开连接并网点电压 p u 0. 5 10 .0 1.0 1.3 1.1 1.2 3.1 储能系统并网测试 3.1.3低电压穿越测试  充放电、轻重载、三相、单相跌落分别测试 12 火电厂储能调频系统并网性能测试 Test Content 测试内容  检测应至少选取 5 个跌落点，并在 0 U n ≤ U ≤ 5 Un、 20Un≤U≤25Un、 25Un＜ U≤50Un、 50Un＜ U≤75Un、 75Un＜ U≤90Un五个区间内均有分布，并按照图中选取跌落时间。低压穿越曲线 0 1.0 - 1 0 时间 s 要求储能系统不脱网连续运行储能系统可以与电网断开连接并网点电压 p u 0 .150 0 .625 2 .0 0.2 0.85 3.1 储能系统并网测试  试验时选择 0、 20、 40、 60、 80五个电压跌落点。 Test Content 测试内容 13 火电厂储能调频系统并网性能测试接入厂用高压母线高厂变容量校核储能系统放电相当于电源对电气系统短路电流的影响及保护适应性分析变流器的谐波问题对电网、厂内负荷以及发电机的电能质量影响评估储能 PCS控制系统策略可能会影响到有功功率的波动对 PSS可能产生的影响评估响应速度快，充放电切换时间短可能引起接入点电压波动，需评估对 AVC影响针对火电厂接入储能系统的具体情况进行研究，结合储能系统的检测报告、电能质量实测参数及设计资料，分析储能系统的短路电流及保护适应性、储能调频系统对继电保护影响，评估储能系统接入后对电网、厂内负荷以及发电机的电能质量影响及其他影响系统安全稳定的风险，以确保项目的安全性和可靠性。 3.2 涉网安全评估接入厂用高压母线高厂变容量校核储能系统放电相当于电源对电气系统短路电流的影响及保护适应性分析储能 PCS控制系统策略可能会影响到有功功率波动对 PSS可能产生的影响评估 3.3.1 储能系统对 PSS影响测试  储能系统控制策略并未考虑与电力系统稳定器的配合，在机组发生功率波动时，储能系统可能加剧机组功率的波动，本项目通过现场试验评估储能系统投入后 PSS抑制低频振荡的效果。  试验结果储能系统投入后 PSS抑制低频振荡的效果基本无影响。 14 火电厂储能调频系统并网性能测试 Test Content 测试内容 3.3 涉网试验储能系统对 PSS影响测试内容机组无补偿频率响应特性测量（满负荷）机组有补偿频率特性（计算）机组 60负荷时储能系统投入 PSS的抗扰动性能试验机组满载时储能系统投入 PSS的抗扰动性能试验 3.3.2机组储能联合 AGC试验  试验目的验证储能机组联合 AGC 性能的提高与安全性。 15 火电厂储能调频系统并网性能测试 Test Content 测试内容  试验效果机组储能的 AGC性能有了大幅提高，能够迅速响应调度机构的调频指令，实现秒级的响应速率。  试验结果云浮电厂综合调频指标 K值从 0.5提升至 1.7左右。低压穿越曲线机组储能联合 AGC试验曲线 3.3 涉网试验 3.3.3储能系统对 AVC影响试验  储能系统不参与 AVC调节。储能系统正常运行的功率因数为 1，充放电过程中对 6kV电压、发电机机端基本无影响，本测试项目对储能系统出力持续变化和阶跃变化过程中的厂用电母线电压、机端电压进行了测试。 16 火电厂储能调频系统并网性能测试 Test Content 测试内容储能系统对 AVC影响试验曲线  测试结果表明储能系统投退对厂用 6kV母线电压、发电机机端电压基本无影响。 3.3 涉网试验 3.3.4储能系统对机组一次调频影响试验  储能系统只参与 AGC调频，不参与一次调频。 EMS设计过程中需考虑一次调频与储能出力不发生相互的影响。应通过一次调频影响试验验证在机组一次调频实际动作时，储能系统对一次调频动作的负荷没有拉回的反向调节。  储能出力变化方向与一次调频补偿方向一致时，储能系统可以沿原有的方向继续改变出力。否则，储能系统保持出力不变。 17 火电厂储能调频系统并网性能测试 Test Content 测试内容不影响调频性能且兼顾系统频率波动的逻辑设计一次调频动作 Y N T G P FA ∆ A G C 目标机组有功储能系统出力指令 - /L H/ F 一次调频补偿指令 H/ /L or 3.3 涉网试验 4.1 储能 EMS存在的问题 18 火电厂储能调频系统并网性能测试 Problems 存在问题 01 02 03 04 EMS人机界面不够友好，控制策略和保护机制不清晰，出现问题不便于排查解决。系统控制策略不开放，出现异常后无法共同分析问题，仅能由厂家给出解释和处理。状态刷新慢，部分开关状态延迟达 5秒以上，操作习惯与电厂原有的运行操作站相差较大，不便于现场运行。监控信号采用通讯方式与 DCS连接，网络延迟与不确定性突出。测试出的储能响应时间、转换时间等数据离散度较大。 4.2 其他问题 19 火电厂储能调频系统并网性能测试 Problems 存在问题 01 02 03 国家标准中的要求与电厂侧储能调频项目的实际需求侧重点有所不同，个别测试项目储能系统不具备相关功能，如过载测试、无功功率调节测试。储能系统在测试前未经过系统调试，发现问题后如 PCS保护与控制参数修改、增加无功调节功能等，设备厂家再来解决，个别问题需远程解决，沟通成本高，解决问题的效率低。测试过程中出现 “ 储能出力短暂反向调节 ” ， “ 功率曲线波动 ” ， “ 部分指令不跟随出力 ” 等问题。说明设备厂家对于储能系统自身特性及其与火电机组的配合策略未明确，前期工作不够深入。 04 05 储能系统额定能量测试达不到标称值要求，储能系统的额定能量应该是调度机构能直接调用的电量。目前调度机构要求储能系统具备直调功能，要求上送储能系统状态、接入系统状态、储能系统 PCS交直流侧电压电流、直调模式投退状态等信息。 Project Promotion 项目推广  已完成和即将开展 9个电厂的储能系统并网测试，形成发电侧储能调频测试技术体系  完成国内首次火电厂储能调频系统并网性能测试粤电云浮电厂 9MW/4.5MWh，正在开展国内最大火电厂储能调频系统并网性能测试华润海丰电厂 30MW/15MWh 20 火电厂储能调频系统并网性能测试序号项目名称建设方项目规模签订时间 1 云浮电厂储能调频项目浙江万里扬 9MW/4.5MWh 2018年 10月 2 华润海丰储能调频项目科陆电子 30MW/15MWh 2019年 3月 3 深能源河源电厂科陆电子 18MW/9MWh 2019年 3月 4 顺德五沙电厂智光电气 10MW/5MWh 2019年 3月 5 华润南沙电厂北京智中新能源 9MW/4.5MWh 2019年 3月 6 珠海横琴热电厂华泰慧能 /广东电科院能源技术公司 20MW/20MWh 预计 2019年 5月 7 肇庆大旺电厂浙江万克 9MW/4.5MWh 预计 2019年 5月 8 广州恒运电厂浙江万里扬 9MW/4.5MWh 预计 2019年 5月 9 湖南鲤鱼江 A厂华润智慧能源 9MW/4.5MWh 预计 2019年 5月 Advices 建议 21 火电厂储能调频系统并网性能测试 ① 电厂侧储能系统应更侧重关注调频自身的需求及其相关的技术指标 ② 电厂侧储能系统应更注重与发电机组之前的配合和协调 ③ 电厂侧储能系统应构建与发电机组相同的控制平台或成熟的监控平台 ④ 电厂侧储能系统应搭建与机组相同的操作界面和操作习惯 ⑤ 增加储能调试业务例如信号通道校验、逻辑验证、分系统与系统调试等环节 6.1 编写针对电厂储能调频系统并网标准和技术规范 Advices 建议 22 火电厂储能调频系统并网性能测试 ① 有效改进现有 EMS操作界面和视觉画面，使之更为友好，满足电厂操作习惯 ② 增强现场 EMS的可维护性，使其控制逻辑、分配策略更加清晰明了，使得方便问题的排查与修改。 ③ 增加现场运行数据库，使储能监控系统达到“事件有记录，历史可追溯，故障可追溯”。 ④ 采用先进负荷分配策略实现与机组的最优配合，最大程度发挥储能系统的功能 6.2 开发基于高级语言的 EMS和负荷分配策略（装置）谢谢 Thanks for Your Time