火电厂储能调频系统并网性能测试

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 86%Un 、 103%Un 、 109%Un三个电压测试点 。 放 电模式下，功率 500kW，设定电压 86%Un ，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 110%Un＜ U＜ 120%Un、 120%Un＜ U＜ 130%Un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 113%Un、 122%Un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、 20%Un≤U≤25%Un、 25%Un＜ U≤50%Un、 50%Un＜ U≤75%Un、 75%Un＜ U≤90%Un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