【新疆大学（陈俊儒）】2024年构网型储能多层级选址

新疆大学构网型储能多层级选址分析总结

核心内容

本研究聚焦于2024年第八届IEEE能源互联网与能源系统集成国际会议，探讨了构网型储能技术在新型电力系统中的多层级选址问题。重点分析了新疆地区，特别是南疆长链式末端电网和哈密直流近区电网等典型场景，评估构网型储能对电压、频率、阻尼等支撑能力的需求，并提出相应的选址策略。

主要观点

1. 新型电力系统面临的问题

• 新能源发电具有低抗扰、弱阻尼和弱惯量支撑性。
• 新能源占比提高导致电网同步支撑能力减弱，转动惯量降低，系统安全稳定问题凸显。
• 系统动态特征发生变化，电磁暂态过程频繁，动作时间常数小，波动性和随机性强。
• 新型电力系统面临功角稳定、电压稳定、频率稳定、变流器驱动稳定和谐振稳定等多方面挑战。

2. 构网型与跟网型控制技术对比

3. 构网型储能发展趋势

• 政府政策推动构网型技术发展，如《关于印发加快电力装备绿色低碳创新发展行动计划的通知》、《能源碳达峰碳中和标准化提升行动计划》等。
• 新疆多地原则上构网型储能比例不低于年度新型储能的20%，支持构网型储能技术研发与工程示范。
• 新型储能电站示范项目优先考虑提供物理转动惯量的技术路线，推动风光储一体化发展。

4. 新型电力系统对支撑能力的需求分析

(1) 长链式末端电网

• 南疆电网为典型长链式末端电网，潮流重载情况下，有功和无功紧密耦合，故障后暂态低电压问题突出。
• 增加无功补偿后，电压恢复时间缩短，但恢复过程较长，约20秒。
• 需要约370Mvar的无功功率补偿以改善低电压问题。

(2) 直流近区电网

• 哈密电网为典型直流近区电网，新能源装机占比67.31%。
• 新能源并网导致系统惯量降低，频率稳定性问题显著。
• 构网型储能可提供惯量支撑，改善频率和电压稳定性。

(3) 富能源弱电网

• 哈密某星型富能源弱电网区域，100%新能源发电并网。
• 构网型储能可提供频率支撑和电压恢复能力，改善震荡问题。
• 当储能容量达到70MW时，系统震荡现象消失。

5. 构网型支撑能力评估体系

• 构网型储能设备在频率和电压支撑方面表现优异。
• GFM-ESS在频率支撑方面具有更高的功率变化率和等效惯量因子。
• GFM-ESS在电压支撑方面表现出更好的暂态电压恢复能力和电压稳定性。

6. 构网型储能选址方案

(1) 第一层级：系统静态稳定性需求

• 以系统电压稳定裕度提升效果最大化、静态电压调节灵敏度最大化、支路损耗最小为目标。
• 识别出220kV层级的选址节点，如Site6、Site9和Site17。

(2) 第二层级：场站弱网适应性需求

• 通过计算CSCR（临界短路比）确定电网弱网适应性。
• 在南疆长链式末端区域电网中，Site6、Site9和Site17满足小信号稳定条件。

(3) 第三层级：设备动态响应特性

• 以频率最低点偏差和准稳态频率偏差最大、惯量支撑灵敏度和频率支撑灵敏度最高、暂态电压峰值最大等为评估指标。
• 采用GRA-VIKOR评估模型确定最优选址，Site17为最优选址，Site9为次优选址。

关键信息

• 新能源装机情况：2024年底，全疆风电4287万千瓦、光伏4371万千瓦，新能源装机占比达44.16%。
• 南疆电网特点：5个区域通过750kV线路连接，阿克苏为长链式首端，和田为末端。
• 哈密电网特点：750kV主干网，新能源装机占比67.31%，为直流近区电网典型代表。
• 构网型储能需求：在不同场景下，构网型储能需提供不同容量和参数的支撑能力，如惯性时间常数需达到55秒，阻尼系数和一次调频系数需达到200。
• 选址结果：Site17为最优选址，Site9为次优选址，均满足小信号稳定性和动态响应需求。

结论与展望

• 构网型储能技术在新疆地区的应用和实践有助于提升新能源并网水平和电网运行稳定性。
• 通过多层级选址策略，可有效提升系统的静态和动态性能，促进新型电力系统建设。
• 未来构网型储能技术有望实现规模化发展，成为新型电力系统的重要支撑手段。