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編者按：8月9—10日，“第二屆全國發(fā)電側(cè)儲能技術(shù)與應(yīng)用高層研討會”在陜西西安舉行，中國電力科學研究電力系統(tǒng)研究所規(guī)劃技術(shù)研究室副主任、教授級高工秦曉輝先生首要出席本次研討會，會上，他就“儲能在電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定中的應(yīng)用場景”做了主題報告。

8月9—10日，由中國化學與物理電源行業(yè)協(xié)會儲能應(yīng)用分會聯(lián)合中國電力工程顧問集團西北電力設(shè)計院有限公司、西安北大科技園、中國科學院電工研究所儲能技術(shù)組、深圳市科陸電子科技股份有限公司等單位聯(lián)合主辦“第二屆全國發(fā)電側(cè)儲能技術(shù)與應(yīng)用高層研討會”在陜西西安金磐酒店舉行。來自政府主管部門、能源監(jiān)管部門、行業(yè)專家、設(shè)計院、新能源發(fā)電業(yè)主單位、電力公司、系統(tǒng)集成商、項目承包商、投融資機構(gòu)等單位的260余位嘉賓出席了本次研討會。

主辦方邀請到中國電力科學研究電力系統(tǒng)研究所規(guī)劃技術(shù)研究室副主任、教授級高工秦曉輝就“儲能在電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定中的應(yīng)用場景”做主題報告，以下為其報告主要內(nèi)容。

尊敬的各位來賓今天很榮幸跟大家一起分享一下儲能在大電網(wǎng)安全穩(wěn)定中的應(yīng)用場景和一些心得。

我們總體上雖然說是重點講安全穩(wěn)定，但是因為儲能現(xiàn)在目前的主戰(zhàn)場還不是在安全穩(wěn)定上，我們還是立足從整個電力系統(tǒng)的應(yīng)用角度對儲能的應(yīng)用場景做一些切入和分類，其中重點講講在電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定中應(yīng)用的問題。所以我們看一下第一部分。

隨著現(xiàn)在儲能的技術(shù)發(fā)展，已經(jīng)廣泛的應(yīng)用在電力系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)，具體來說我們從源側(cè)開始，比如說平抑波動、削峰填谷，抑制振蕩、電壓支撐和一些備用電源的作用，從負荷側(cè)有助于分布式新能源的接入以及給用戶增加一些用電可靠性。

儲能在電網(wǎng)功率平衡和頻率調(diào)節(jié)中的作用，大家都知道電力系統(tǒng)主要面臨的問題是功率的瞬時平衡，它是對瞬時平衡性要求比較高的系統(tǒng)，所以說它具有調(diào)頻的問題。這些專業(yè)的問題，我感覺大家可能還不是很清楚，所以我有必要把調(diào)峰和調(diào)頻的概念跟大家說清楚一點。大家從資料上看有講調(diào)峰和調(diào)頻的，借此機會我把這些個概念跟大家澄清一下。

所謂的調(diào)峰，是要根據(jù)調(diào)度預先計劃安排的，是做一個較長時間尺度上的供需平衡，我們可以稱之為能量平衡，因為時間比較長，所以產(chǎn)生的能量累積非常可觀。它的特點就是一定要根據(jù)調(diào)度計劃，差不多是小時級以上的，在指定的時間執(zhí)行周期性的計劃來削峰填谷。

而調(diào)頻是相對時間要短一點，不是長時間使用大功率的平衡問題。一次調(diào)頻，如果電網(wǎng)中的各個單元，包括發(fā)電機，包括我們的儲能單元它可以響應(yīng)電網(wǎng)頻率的偏差信號，同步電網(wǎng)有一個好處是全網(wǎng)基本上是同一個頻率，所以在因功率缺失或負荷增加而引起的系統(tǒng)頻率動態(tài)波動的過程中，不需要人為或統(tǒng)一控制的干預，只需要本地的自動裝置檢測局部的頻率偏差就可以完成相應(yīng)的出力增減，實際上就是我們搞控制的人所常能理解的“下垂控制”，這就是一次調(diào)頻。

二次調(diào)頻也是一種自動控制，它是從全網(wǎng)的角度來自動調(diào)控具有二次調(diào)頻容量的電廠或者發(fā)電單元，接受發(fā)電自動控制系統(tǒng)（AGC）的指令和控制，從而來跟蹤頻率的信號，最終的目的是要把整個系統(tǒng)在擾動過程中的功率缺口補起來，把頻率完全調(diào)回去，它是做積分控制的。所以我們回顧一下，一次調(diào)頻是做比例偏差控制，下垂控制；二次調(diào)頻是做積分控制，最終把頻率調(diào)回去；而電網(wǎng)調(diào)峰是事前的日前的計劃安排，使我們的發(fā)電根據(jù)第二天預測的負荷曲線去走，是一個計劃安排層面的事情，是提前的，日前的。

儲能除了在全網(wǎng)的功率平衡扮演著角色之外，它還可以用來緩解局部電網(wǎng)的投資和建設(shè)。比如說有一個地方高峰負荷很重，需要有一些新增線路或變壓器來供電，但給它上了儲能以后就可以把高峰負荷解決掉，這樣避免了投資建設(shè)。還有一些需要擴建線路和變壓器的項目，但是在負荷中心的變電站沒有場地，也沒有線路走廊，所以只能在變電站附近找一個相對合適的地方部署儲能，來避免擴建。

第二個場景是儲能跟新能源的互動。從最開始來講新能源發(fā)電有很大的間歇性，發(fā)電功率曲線上有很多的毛刺，大家自然想可以用儲能來平抑這個事，把毛刺變得平滑一點。但是后來研究發(fā)現(xiàn)，多場站有自平滑效應(yīng)，多個場站一平滑，雖然單個場站的毛刺很多，但多個新能源場站的發(fā)電曲線就沒有那么多毛刺，所以這個應(yīng)用場景慢慢的就開始變?nèi)趿恕．斎贿€有一種特殊的場景，為了增加新能源發(fā)電的可調(diào)度性，新能源我們都知道是看天吃飯的，搞MPPT最大發(fā)電功率追蹤的，它是不可調(diào)度的，沒有風光的時候就是沒有，有風光的時候才有，所以對調(diào)度來說不友好，不可按照預設(shè)計劃調(diào)度，本質(zhì)上是不可調(diào)度的。所以在發(fā)電功率高的時候，在國內(nèi)外的一些地方會鼓勵投資上一點儲能，增加新能源的可調(diào)度性，我想調(diào)你，沒有風光的時候，你利用儲能發(fā)出來。你多的時候，超出你的計劃，你再儲起來。這樣可能對具有可調(diào)度性增強的新能源場站給一些優(yōu)惠電價，但是這個場景目前也不是太多見。目前主要的場景現(xiàn)在已經(jīng)演變成調(diào)峰的場景，即從系統(tǒng)全局的電力電量平衡角度出發(fā)，利用儲能，把新能源過剩用不了的時候儲起來，到供電不足需要用的時候再放出來。調(diào)峰這個場景是日前計劃安排的事情，更多的是能量，因為它是小時級的，所以說它的能量吞吐的需求非常巨大。這樣對于我們儲能的倍率也是需要有綜合的計算的，因為它是能量型的，而且由于新能源的間歇性，尖峰充放功率可能還較大，所以整體對投資的要求還是很大。

根據(jù)國外的研究機構(gòu)研究結(jié)論，目前的儲能技術(shù)和容量只能夠滿足小時和天的數(shù)量級調(diào)峰容量需求。如果是一個星期的，再往后我們給它充滿了，你的風再大，我們也輸不進去。所幸的是，新能源的波動主要成分中，日內(nèi)波動的成分也比較大，所以如果我們能把日內(nèi)的小時級新能源的波動能夠削峰填谷做好，也是做出了很大的貢獻。

說到安全穩(wěn)定性，剛才講到的是兩個宏觀的安全性，主要講的是供電的安全性、可靠性或者叫充裕性，包括一些頻率安全性。但電力系統(tǒng)這個系統(tǒng)最主要的特點是穩(wěn)定性問題，它的專業(yè)性比較強。大體的意思是，比如說有這么一個點對網(wǎng)的輸電系統(tǒng)，發(fā)電機通過升壓變壓器和輸電線路向大系統(tǒng)來供電。那么它遭受到短路以及其他擾動的情況下，發(fā)電機的轉(zhuǎn)子會搖擺起來，會發(fā)生振蕩。如果說故障很嚴重的話，這個系統(tǒng)就會失去穩(wěn)定。這個是最主要的特性和制約，它導致了我們輸電的功率不能太大，我們稱之為輸電能力，這個輸電能力主要是受它的穩(wěn)定性的約束。以前的控制方面都是離散控制方法，真的要發(fā)生了嚴重的故障，即將失去穩(wěn)定了，我們只能將發(fā)電機切除或者是投制動電阻將多余的功率消耗掉，因為線路短路的時候，發(fā)電機端的電壓太低，它的功率沒有辦法發(fā)出去。那么儲能在其中就可以扮演一個重要的角色，這個角色在國外據(jù)說有示范工程，但是我在國內(nèi)目前沒有看到。就是當功率過剩的時候，把它存儲起來，但這個對時間的要求特別高，在幾百毫秒之內(nèi)就要把幾百萬千瓦的對外輸送不了的電磁功率存進去，這樣對于發(fā)電機轉(zhuǎn)子來說，它感受到的電磁功率基本上還是不變的，它的擾動大大降低，這樣它的穩(wěn)定性就大大提高了?，F(xiàn)代儲能是本體加換流器的這么一個裝置，所以說它不光能發(fā)有功還能發(fā)無功，它的無功比例可以起到不同的影響。我們經(jīng)過研究，發(fā)現(xiàn)它的有功成分還是占主要的，可以起到很大的幫助。

總之，儲能提高穩(wěn)定性的基礎(chǔ)，就是用來改善發(fā)電機局部的有功不平衡，從而改善系統(tǒng)的穩(wěn)定性。同理，我們還有一種叫動暫穩(wěn)定性的現(xiàn)象，它與暫態(tài)穩(wěn)定性相似，但總是振來振去，總是平息不下來。所以這個時候我們控制儲能裝置，使它能夠根據(jù)系統(tǒng)振蕩的頻率做周期性的輸出和反向調(diào)節(jié)，當然它有功也能支撐，無功也能支撐，都是跟隨系統(tǒng)振蕩的頻率進行反向調(diào)節(jié)可以起到很好的動態(tài)穩(wěn)定性阻尼作用。上面一個場景重點是要求它快充，而這個對于快充的要求性相對不是太高，重點是要控制好做周期性的充放。

還有一種場景是咱們國家比較獨特的一個場景，咱們國家因為地域很大，全國范圍內(nèi)的跨大區(qū)，比如說從送端區(qū)域C送到受端區(qū)域B的大直流比較多，一旦大直流發(fā)生閉鎖或者功率受阻等故障，那么會在交流互連的區(qū)域A和B之間產(chǎn)生很大的一個潮流轉(zhuǎn)移，這樣的話A和B之間可能就會失去穩(wěn)定，從而造成較大事故。

目前怎么做呢？如果說區(qū)域C到B的大直流閉鎖的話，為了不讓區(qū)域A、B之間發(fā)生大規(guī)模的潮流轉(zhuǎn)移和功率交換，只能把區(qū)域B內(nèi)的負荷切除一部分。所以我們可以反過來想這個問題，如果把區(qū)域B里面來配大規(guī)模置儲能，那么儲能的快速放電作用就相當于非但不用切負荷，我還能頂你一下。所以這個時候它可以顯著地減少區(qū)域B內(nèi)的配置的切負荷的安全措施的量，從而給用戶帶來好的供電可靠性體驗，也給系統(tǒng)帶來高的安全性和可控性。這種場景的主要技術(shù)要求是大規(guī)模儲能快速的功率反轉(zhuǎn)，即滿充到滿放。經(jīng)過初步調(diào)查研究，現(xiàn)在儲能實際上可以實現(xiàn)快速的功率反轉(zhuǎn)，如果我們直接把功率指令捅到PSC換流器的話，它在100~200毫秒就差不多就可以能完成由滿充到滿放的功率反轉(zhuǎn)。

儲能還可以扮演很多角色，比如說模擬慣量支撐。當外界有一個功率缺額導致系統(tǒng)頻率快速下降的時候，它可以根據(jù)頻率的微分做一些調(diào)節(jié)，使得發(fā)出一種脈沖功率的作用，這種功能我們把它稱之為慣量支撐。這樣的話再回顧前面的話，一次調(diào)頻是下垂的比例偏差控制。二次調(diào)頻是積分控制，慣量控制就是微分控制；所以說儲能可以靈活的設(shè)置它的控制策略，滿足不同的場景需求，使得儲能本身可以模擬很多外部的系統(tǒng)需求，可以扮演不同的角色，非常的靈活。

這是另外一種場景，這個是電壓調(diào)控。大家很奇怪儲能主要是有功的，但是不要忘記了，有功的調(diào)節(jié)會對系統(tǒng)的電壓產(chǎn)生一個很好的作用。因為電壓和無功需求的問題本質(zhì)說還是因為有功傳輸引起的，比如說這個場景里面是一個長線路末端帶來大的沖擊性負荷，那么這個負荷一旦增加的時候，比如說軋鋼廠，它的供電電壓會有大的波動。這種情況下一般會配一個無功補償在負荷附近，用來補償這個負荷波動帶來的無功。但是它本質(zhì)還是因為有功的突增引起的，所以說我們?nèi)绻苯釉谒浇湟粋€儲能，把它的有功沖擊給對沖掉的話，那么對系統(tǒng)變壓調(diào)控起到了事半功倍的作用。

我這里想花一點點時間把儲能在電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定分析與控制中的特點講講，儲能的作用在我們電力系統(tǒng)來看是有著非常劃時代的革命意義，因為以前電力系統(tǒng)是非常缺乏可以快速調(diào)節(jié)有功的元件和裝置的。在變流器出現(xiàn)以后，比如STATCOM，它使得這個系統(tǒng)的無功可以快速雙向調(diào)節(jié)；那么有了儲能以后，它使得有功也可以快速地雙向調(diào)節(jié)，這個是革命性的，可以解決系統(tǒng)局部的功率平衡和有功調(diào)控。再解釋一下所謂的四象限自由可調(diào)的問題，以前大部分的發(fā)電機元件都是待在第一象限，用來發(fā)有功、發(fā)無功。有了STATCOM之后，它拓展到了第四象限，使得無功可以正負雙向快速調(diào)節(jié)。儲能出現(xiàn)之后，有功可以快速雙向調(diào)節(jié)，所以拓展到第二象限和第三象限。電力系統(tǒng)所有的元件都可以把它成看成一個注入電流源，特別希望注入電流源能夠在四象限里面可以快速調(diào)整，儲能出現(xiàn)以后就可以把這四個象限補平了，這是革命性的變化。

也就是說，基于儲能的安全穩(wěn)定控制技術(shù)，它相當于電力系統(tǒng)增加了一個靈活、快速、連續(xù)的有功調(diào)節(jié)手段，使得有功調(diào)控的快速性和靈活性大大的增強了。從它的能量應(yīng)用角度來說，重點是能量吞吐和持續(xù)轉(zhuǎn)移，就是我剛才講的那些，從而提高電力系統(tǒng)和時序電力平衡能力和新能源消納能力。

我們現(xiàn)在碰到了哪些問題呢？如果推動電力系統(tǒng)不同場景的應(yīng)用中。

1.仿真建模，我們怎么把它特定模擬的準一點，你要干這個事就要具備什么樣的技術(shù)要求和控制策略，并且制定一些相關(guān)的標準。

2.技術(shù)要求和控制策略。通過仿真分析，進一步蒙卻儲能的系統(tǒng)接入條件和影響因素，據(jù)此提出明確的技術(shù)要求，進行合理的參數(shù)配置，止跌高效的控制策略。

3.標準規(guī)范。研究制定儲能應(yīng)用于電力系統(tǒng)各種場景時系統(tǒng)對出凝的技術(shù)要求和技術(shù)規(guī)范。

比如說我們有一個例子，如果我們要減輕大直流閉鎖對于暫態(tài)穩(wěn)定沖擊的話，我們需要做很多的工作。比如說研究儲能的配置、容量，因為一個儲能現(xiàn)在也就十萬，一個儲能廠，不會搞的太大，十萬已經(jīng)很大了，100兆。所以它一定是多個場站協(xié)同起來控制來滿足的要求。這樣的話對儲能的配置、地點、容量、發(fā)電速率、功率都有一個比較高的要求。另外就是怎么樣設(shè)計控制架構(gòu)，怎么樣對儲能的接入標準和高電壓時提出的相關(guān)要求，這都是需要在我們目前儲能接入電力系統(tǒng)的國標的系統(tǒng)上做進一步的深化和細化。總體來說電力系統(tǒng)要在大功率、短時間使這個系統(tǒng)安全穩(wěn)定中發(fā)揮作用，這相當于是一個難度很大的高級應(yīng)用，需要對儲能的特性和接入標準做更高的要求。

有什么問題我們會后可以再探討，我的演講就到這里，謝謝各位。

原標題：秦曉輝：儲能在電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定中的應(yīng)用場景