中国储能网讯：7月9-10日，由中国化学与物理电源行业协会储能应用分会联合江苏省电机工程学会、国网江苏省电力公司电力科学研究院、国网四川综合能源服务有限公司、国网浙江综合能源服务有限公司、中国能源建设集团江苏省电力设计院有限公司、中国科学院电工研究所储能技术组等单位共同主办的“第五届全国电网侧暨用户侧储能技术应用高层研讨会”在江苏南通文峰酒店召开。
在本次会议上，国网湖南省电力公司储能专项办副主任周冠东分享了主题报告《大规模储能提升湖南电网安全稳定运行的应对措施探讨》。现在，小编经过授权，将演讲内容整理如下：
周冠东：感谢主办方给我这么一个学习的机会，也很高兴来到美丽的南通，跟大家一起学习交流。今天我主要是介绍一下湖南电网在“双碳”背景下，针对电网的安全，我们储能团队所做做的探索和思考，主要是四个方面。
一、湖南新能源发展情况的简单介绍。
“双碳”背景是我们未来十年，乃至二十年新能源发展的一个巨大的机遇，我想这一点大家都有共识。湖南电网有个特点，我们的地形是一个“马丁型”的结构，我们往北是向长江敞开的，西南、西北都是山地式的丘陵环绕，电源也是在西南端，负荷中心在长沙、株洲、湘潭，占了大概40%以上。这种特殊的结构使湖南电网在新型电力系统下，面临着许多安全稳定的突出问题。
二、高比例新能源电网面临的挑战。
新能源发展在“十三五”有了一定规模以后，“十四五”也会有一个迅速的增长。“十四五”，我们预期湖南的新能源装机占比会超过30%，是“十三五”的2.4倍，湖南将正式迈入真正由新能源主导的新型电力系统。高比例新能源接入以后，电网会带来哪些挑战？这也是这几年一直在探索和思考的问题。
目前来说，新能源的消纳能力有限，因为它本身是反调峰特性，用电和电源之间存在一个严重的不协调。另外，湖南的水电不像四川，不像西南是大型水电，我们是小水电占比很多，大部分不具有调峰能力。所以我们在水电不具备调峰能力，而火电受限的情况下，湖南电网的调峰压力很大，而且我们的峰谷差在全国排在前列，我们最高的峰谷差大概有800万，我们总的最高负荷是3300万，最低负荷是800万。
湖南特殊的电网结构和特殊的负荷特点，还有地缘结构使我们调峰压力很大。电力电子化双高电网的形成使得我们的电网带来新型稳定问题，电压频率，以及对电网的安稳带来一系列问题，在新型电力系统下，电网未来面临的运行压力非常大。我们传统电网在稳态和准稳态数学模型的基础上，难以适应新型电力系统，包括新能源、储能系统、配电网直流等等，相应直流系统的接入分析和仿真，这是我们在电网的规划方面，面临很多不确定性的问题。因为参数太多，建模受限，存在很多需要迫切解决的问题。
另外，大量新能源并入电网以后，它带来暂态过电压的问题，以及宽频带振荡的问题，这都是新型电力系统下，我们必须要考虑的。这一系列问题，我们怎么样来解决？这就是我们大规模储能需要切实认真思考和认真探索的一个问题。湖南电力在开展大规模储能的这几年，一直在进行专题研究，也提供了初步的研究成果。
三、我们所做的一些探索。
这是针对新能源电厂配储能，我们提出的一个典型的“拓扑结构”。风力发电站和储能站，以及升压站，我们提出了一个新型的“三站合一”的智能控制系统。对三站的资源如何高效协同控制，这是一个新型的课题。实际上，我们了解到风力发电机的无功资源目前还没有很好的利用起来，风电配了储能以后，储能对风力发电站的电压支撑，以及如何支撑新能源友好、安全、高效并网，怎么样协同控制？这也给我们带来了很多的思考。
我们提出了升压站、储能站和风电站，“三站合一”的协同控制。我们期望这三个站的有功和无功资源的统一协调，达到一个最优。这套系统可以带来三个好处，第一个是更安全，可以有效的防风机脱机脱网，并网更安全。第二个是更经济，可以节省一次调频，以及风电配的SVG的投入。第三个是更高效，可以保证满功率发电。
按照国家出台的两个细则要求储能站和风电站都应当具备一次调频。如果配一次调频，风电站配一次调频，风力发电机的功率就要预留10%的容量。也就是说，满功率发电的时候，送出来只有90%的电量。用这个系统，既满足一次调频的要求，又能保证风功率的满发，这个对风电厂投资方来说，是一个很经济的方案。
我们这套平台通过仿真测试，较好的实现了一次调频、AGC，以及AVC和高低穿等相应的功能。我们准备在太和仙风电站示范，预计8月份可以安装调试完毕。这是我们做的仿真试验，我们对一次调频，二次调频，以及虚拟同步机功能做的相应测试。
针对目前各种新型电力电子设备并网以后，我们传统仿真技术手段存在不足的难题，我们提出了PSModel全电磁暂态仿真系统。这个系统目前来说是国内最先进的，我们解决了四个方面的问题：
1、仿真精度的问题。
2、建模初始化的问题。
3、仿真速度的问题。
4、如何完善。
这四个方面的问题，我们和中国电科院一起，应该说是开展了很长时间的研究。目前来说，我们这个仿真系统已经基本上搭建完毕。整体建设的规模可以实现超过10000个三相节点、4000台旋转电机、11回直流/24个换流站、500个新能源接入点。这是技术规模，这个规模基本上可以解决以省、市为单位的区域电力系统的技术仿真问题。这对湖南在新能源情况下，电网的安稳问题，特别是今后储能站的规划、建设，以及储能站如何支撑电网的安全稳定这个方面，我们有了一个可行的仿真工具。
在仿真速度方面，利用我们提出的并行技术，我们的机器是10个核心以上。这里有一个案例，华东电网2020年的传统仿真1秒需要3-5分钟，现在用我们的仿真，时间缩短到50秒以内，这个速度大大提高。配了新能源机组以后，我们的时间也可以缩短到一分钟以内，传统至少需要10分钟。这对未来我们怎么样高效准确的实施仿真，全电磁仿真平台提供了很好的技术支撑。
这个里面提出了几个核心的算法，第一个就是考虑任意重要事件发生的变步长的电磁暂态仿真算法。通过这个变步长的仿真算法，可以很好的解决电力电子元件在大规模接入以后，我们计算不稳定的问题，以及快速的问题。
另外，我们开发了两电平，三电平换流器模型封装模块。用这个模型，我们的仿真结果与MATLAB进行了比对，我们的速度提高了一倍。右边是用MATLAB这套系统和我们的PSModel模型计算的示意图，用PSModel时间大概是152秒，用MATLAB是253秒，时间是提高了一倍多。
另外，开发了多类型多厂家新能源电磁暂态模型。这个包括目前我们实验的双馈和直驱两种风机，以及国内的主流风机厂相应的风机模型，以及光伏、SVG的模型，这都是我们建立的全电磁仿真模型。
这是我们在三相振荡35%跌落状态下，我们的一个仿真结果。从这个仿真结果来看，应该是我们目前开发的电磁仿真平台，它是能够比较好的解决这种双高电网所带来技术仿真的准确性问题。通过不同技术路线厂家储能电磁暂态模型的构建，一个是白盒模型，另外一个是黑盒模型。白盒模型主要是电池本体，以及PCS电路、倍乘器及升压变。控制算法就作为黑盒模型来考虑。这样结合，我们进行一个仿真，0.5秒储能电站能力切换，由充电到换电状态，这是我们一个仿真结果，这个结果我们是比较满意的。
我们提出了基于计算机技术的并行仿真，以及C++11标准提供的线程库，基于大电网网络分割的全电磁暂态异步并行的方法，实现了多台计算机的分布式并行仿真计算。
我们对祁韶800千伏直流系统进行的仿真和实际运行的情况是非常吻合的。电压可以稳定在正负800千伏，直流稳定在5000安，这是在慢功率运行情况下。目前来说，我们这个模型完成的规模是2409个双向节点，483个旋转电机，1条常规直流。明年我们这套全电磁仿真的平台应该是可以搭建一万个节点。
面临的另外一个问题是宽频域电压振荡。我们提出了基于电压前馈的新能源并网逆变器振荡抑制技术，通过研究发现，我们这个是减少弱电网因素，可以有效的改善并网逆变器的稳定性，更好的实现新能源并网的安全和高效。这是我们做的一个仿真。
通过刚才的介绍，我们在创新这块应该说是取得了一点点的成绩：
第一个就是我们开发了“三站合一”的智能控制系统。现在有两个站，一个站是太和仙风电站，那里配的储能是5兆瓦/10兆瓦时。第二个是三峡，配的是10兆瓦/20兆瓦时，都是用的我们这套系统。通过这套系统，我们想验证怎么样使新能源配了储能以后，站在投资方的角度，更好的发挥经济效益，更好的发挥风电厂电网的本身安全性，以及解决风机脱网的一系列问题。
第二个是仿真平台。目前在算法上和计算规模上，以及建模速度和建模精度上，初步实现了预期目标。
我的汇报就到这里，谢谢！
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