編者按:一份澳大利亞電網(wǎng)事故分析報(bào)告表明,在傳統(tǒng)發(fā)電、風(fēng)電、光伏、儲能等多種電力系統(tǒng)構(gòu)成中,儲能系統(tǒng)發(fā)揮了功不可沒的作用。
澳洲電網(wǎng)事故還原
當(dāng)?shù)貢r(shí)間2018年8月25日13:11:39,澳大利亞昆士蘭-新南威爾士州330千伏輸電線路的兩條線路輸電塔結(jié)構(gòu)遭受了一次雷擊,并觸發(fā)了一系列反應(yīng),導(dǎo)致新南威爾士州兩條輸電線路都產(chǎn)生了故障。當(dāng)時(shí)有870MW電力正從昆士蘭州正向新南威爾士州輸送,事故導(dǎo)致昆士蘭州立即出現(xiàn)電力供應(yīng)過剩、頻率上升到50.9Hz,兩秒鐘后13:11:41,昆士蘭州地區(qū)全面停電。
事故發(fā)生流程報(bào)告顯示:昆士蘭和新南威爾士地區(qū)之間的AC交流轉(zhuǎn)換器失效,隨后南澳大利亞(SA)和維多利亞(VIC)之間的AC交流轉(zhuǎn)換器也失效。這兩起事件導(dǎo)致維多利亞、新南威爾士和塔斯馬尼亞的工業(yè)供電中斷,以及新南威爾士的一些居民和商業(yè)用戶供電中斷。
基于詳細(xì)的停電事故的起因以及電力系統(tǒng)的后續(xù)恢復(fù)性能數(shù)據(jù)分析結(jié)果,澳大利亞能源市場部認(rèn)為危害電力系統(tǒng)的主要風(fēng)險(xiǎn)來自于頻率恢復(fù)能力。與歷史水平和世界其他電力系統(tǒng)相比,新南威爾士州的發(fā)電一次調(diào)頻響應(yīng)不足。
什么是調(diào)頻
頻率是衡量供給與需求匹配程度的指標(biāo)。和我國類似地,新南威爾士州發(fā)電中的頻率必須保持非常接近50Hz,以支持電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。而且當(dāng)?shù)仡l率操作標(biāo)準(zhǔn)允許在不同級別上對可能發(fā)生的各種事件(包括意外事件和孤島)存在細(xì)微偏差。
在世界各地的傳統(tǒng)電力系統(tǒng)中,頻率控制有三個(gè)不同的組成部分:
a)瞬時(shí)響應(yīng);
b)一次頻率響應(yīng)(10秒-30秒內(nèi))
c)二次頻率響應(yīng)(30秒-30分鐘以內(nèi))
根據(jù)對頻率干擾(如大型發(fā)電機(jī)停運(yùn))的潛在響應(yīng)時(shí)間,這些反應(yīng)和控制的示例如下圖所示:
一次調(diào)頻一般只能主動維持一小段時(shí)間,但足以待二次調(diào)頻響應(yīng)。二次調(diào)頻通過集中和本地控制系統(tǒng)的協(xié)調(diào)將頻率恢復(fù)到正常工作水平。在世界上大多數(shù)電網(wǎng)中,二次調(diào)頻主要由集中自動發(fā)電控制系統(tǒng)(AGC)提供,該系統(tǒng)需要幾十秒到幾分鐘的時(shí)間來恢復(fù)頻率。
發(fā)電機(jī)組出力分析
儲能最給力
事故調(diào)查報(bào)告評估了所有注冊發(fā)電系統(tǒng)對2018年8月25日發(fā)生頻率響應(yīng)的變化。事發(fā)時(shí)發(fā)電機(jī)組情況如下:
而事故發(fā)生后發(fā)電響應(yīng)實(shí)際出力效果分析如下:
同步發(fā)電
在事故發(fā)生時(shí),同步發(fā)電占新南威爾士州總發(fā)電量的96%。
在此事件期間,從同步發(fā)電中觀察到的響應(yīng)結(jié)果表明,除非啟用調(diào)頻輔助服務(wù)市場,否則許多發(fā)電機(jī)不再根據(jù)頻率的本地變化自動調(diào)整輸出,或僅在頻率為在比歷史上設(shè)置的更寬的波段(死區(qū))之外。在這一事件中,缺乏響應(yīng)成為導(dǎo)致控制電力系統(tǒng)頻率失控的重大技術(shù)挑戰(zhàn),延遲了昆士蘭與新南威爾士州的電力同步。
風(fēng)力發(fā)電
在事件發(fā)生時(shí),所有新南威爾士州地區(qū)的風(fēng)力發(fā)電量較低,僅占總發(fā)電量的1.4%,限制了風(fēng)力發(fā)電機(jī)組能力發(fā)揮。而且即使在當(dāng)時(shí)運(yùn)行的風(fēng)力發(fā)電機(jī)中,也沒有觀察到有助于糾正頻率偏差的情況。由于保護(hù)設(shè)置錯誤,南澳大利亞州的四個(gè)風(fēng)電場的輸出降至零。
大型光伏電站
大規(guī)模光伏發(fā)電量也較低,占全國總發(fā)電量的2.7%。它通常有助于降低南澳大利亞和昆士蘭的電網(wǎng)頻率,但不能幫助一次調(diào)頻。
分布式光伏
事件發(fā)生時(shí),南澳大利亞州用戶側(cè)分布式光伏總裝機(jī)容量6278MW,其中有大約3096MW在事故發(fā)生時(shí)仍在運(yùn)行。與大型光伏電站類似,分布式光伏組通常也是通過減少輸出來協(xié)助調(diào)頻管理,而由于此次事件中這些地區(qū)需要增加供應(yīng),所以分布式光伏也無法出力。對逆變器樣品組件性能的詳細(xì)分析表明:
–在2016年10月之前安裝的采樣系統(tǒng)中,約有15%在事故期間斷電。
–在2016年10月之后安裝的采樣系統(tǒng)中,昆士蘭州約15%、南澳大利亞州約30%的系統(tǒng)沒有提供所需降低頻率的服務(wù)。
電池儲能
在事故發(fā)生的情況下,南澳大利亞州的大規(guī)模電池儲能提供了多種服務(wù),其價(jià)值得到體現(xiàn),包括最初的一次調(diào)頻,然后迅速從輸出發(fā)電狀態(tài)轉(zhuǎn)換為負(fù)載,以阻止南澳大利亞州與維多利亞斷網(wǎng)后的頻率升高情況發(fā)生。
南澳大利亞州SA有兩個(gè)輸配電網(wǎng)絡(luò)連接的電池儲能系統(tǒng),分別位于Dallymple和Hornsdale(特斯拉提供)。在事件發(fā)生時(shí)只有位于Hornsdale的容量為+100 MW/-80MW的電池儲能系統(tǒng)在運(yùn)行,并在事故發(fā)生時(shí)立即以-38 MW充電。
該電池的頻率響應(yīng)是一個(gè)簡單的比例響應(yīng),當(dāng)頻率從50赫茲下降到49赫茲時(shí),就需要將電池的輸出增加至100MW。Hornsdale電池儲能系統(tǒng)在此事件期間的頻率響應(yīng)如下圖所示。
此次響應(yīng)的結(jié)果與設(shè)計(jì)一致,既有助于阻止一次頻率的下降,又有助于迅速將輸出從發(fā)電切換回負(fù)荷,從而阻止在與維多利亞斷網(wǎng)后南澳大利亞州電網(wǎng)頻率升高的情況。
事實(shí)證明Hornsdale電池儲能系統(tǒng)頻率響應(yīng)傳遞速度非???,并確保響了頻率調(diào)節(jié),充分展示了其在電網(wǎng)側(cè)的價(jià)值。
上圖可看出當(dāng)南澳大利亞州在與維多利亞 500kV電網(wǎng)斷開時(shí),南澳大利亞州電網(wǎng)立即逆轉(zhuǎn)了頻率下降趨勢,并開始逐步增加。
下圖顯示了Hornsdale電池儲能系統(tǒng)在此事件期間的長時(shí)間響應(yīng)。當(dāng)頻率保持在其頻率響應(yīng)“死區(qū)”內(nèi)時(shí),電池遵循AGC設(shè)定點(diǎn)的變化。這些設(shè)定值是基于能源市場調(diào)度和調(diào)頻輔助服務(wù)市場規(guī)則。當(dāng)南澳大利亞州的中的頻率超出其頻率響應(yīng)死區(qū)時(shí),Hornsdale電池儲能系統(tǒng)開始基于比例衰減提供AGC輔助調(diào)頻服務(wù)。
下圖受此次事故影響的三個(gè)地區(qū)對比可知,藍(lán)色線配置儲能系統(tǒng)的南澳大利亞州7秒內(nèi)頻率開始恢復(fù)、遭受事故影響較輕,報(bào)告分析結(jié)果也從側(cè)面反映了儲能系統(tǒng)在電網(wǎng)事故中強(qiáng)大的瞬時(shí)響應(yīng)和輔助調(diào)頻能力。
原標(biāo)題:電池儲能系統(tǒng)在電網(wǎng)事故中的瞬時(shí)響應(yīng)、輔助調(diào)頻價(jià)值體現(xiàn)