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图1储能系统的全功率响应特性图
3.2联合应用目标下储能提升新能源外送消纳能力的容量需求分析
新能源富集地区新能源发电受送端电网调峰及受端电网坚强等因素制约而弃风弃光现象严重,在受端电网建设储能装置,切实促进高比例弃风弃光电网新能源消纳,其设计思想如图2所示,主要目标为:
(1)在特高压直流闭锁等故障后为受端电网提供快速功率支撑以提升通道的稳态运行输送能力;
(2)为送端电网提供跨区备用以降低送端电网因调峰需求而增加的火电机组开机,提升新能源发电空间与在外送电源中的比例。
图2储能提升交直流新能源消纳能力的设计思想
受端电网允许特高压交直流最大的受电能力与系统在保证频率最低点不越限的情况下可接受的最大缺电额线性相关,在维持原系统稳定及负荷水平一定的情况下,配置储能可进一步提升的交直流受电能力与故障后系统不越限的最低频率点的特性关系如式(1)所示。
跨区备用必须在送端电网内自身手段用尽后方可调用,调用时间原则上不得超过2个小时,受端电网跨区备用可提供的服务电量为受电网第(为跨区备用总条数)条直流跨区备用容量与提供备用时长的积,因此电网级储能系统基本满足该应用中的功率与容量需求。跨区备用储能系统后,在一天中可在送端提升的新能源发电电量空间如式(2)所示,依据跨区备用原则,储能系统的利用时长为2小时。
依据大功率事故支撑与跨区调峰备用联合应用容量配置原则,两类应用出现时序与应用优先级别等,其配置与协调策略流程如图3所示。
图3基于多应用功能联合的储能容量配置
3.3算例分析
在PSASP仿真平台中搭建河南电网算例,模拟天中直流在输送800万千瓦功率时发生最恶劣的双极闭锁故障时,探索储能在系统稳定过程中的效果及所需储能容量的大小;同时,以天中直流输送通道为载体,分析在受端河南电网布局一定容量的储能系统作为送端新疆电网的跨区备用容量源,对新能源发电占比提升的促进程度。得出投入670万千瓦/15min储能系统,可提高长南线与天中直流770万千瓦的稳定送功率,提升385亿千瓦时的外送电量,设定一年内的通道利用小时数约为5000h,计算结果如表1所示,项目的投资回收期约2.27年。
表1静态投资与收益估算
结论
针对特高压交直流的弱受端电网频率稳定与送端新能源发电的低占比限制着新能源发电区域这些制约外送消纳等问题,探索了储能两种功能联合协调消弭。主要结论为:
(1)储能系统布局在受端电网实现提升特高压输送通道稳态输送功率的同时,作为跨区备用源减少送端火电机组开机以增加新能源发电空间,这两种功能的协调应用可切实促进新能源外送消纳。
(2)仿真得出,在受端河南电网配置670万千瓦/15min的储能系统,可提升长南线与天中直流的稳态输送功率770万千瓦,投资回收期约2.27年。该储能系统可同时以83.75万千瓦/2小时的调峰源为送端新疆电网提供跨区备用,可新增风电发电量29.3亿千瓦时/年,占提升的通道外送电量的7.6%,减排235.5万吨。
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