大功率接受區外來電的受端電網，發生直流單極或雙極閉鎖而損失高比例功率時的全網性頻率安全問題成為制約特高壓通道穩態輸送與新能源跨區消納能力提升的主要因素之一；能源基地相對集中，電網調峰需求大，新能源發電能力難以充分發揮，因而區域外送新能源電量占比較低是影響其跨區消納的另一因素。當前研究提出的措施和方法均僅可在一定程度上緩解弱受端電網在出現大功率缺額時引發的頻率問題，而不能從根本上解決甚至提升特高壓通道的穩態輸送功率極限。因此，本文提出多應用功能目標下的容量配置思路以及促進新能源發電空間提升后的經濟性分析方法，為新能源跨區消納水平的切實提升提供一種新方案。

創新點及解決的問題

本文探索了儲能提升特高壓輸電線輸送容量與輸送電量中新能源發電占比的兩種功能聯合應用對儲能容量的需求與經濟可行性，在提升電網緊缺靈活調節源利用率的同時將新能源發電的消納能力提升到最大。兩種功能聯合應用中合理的容量需求決定應用的可靠性實現及收益程度，影響著投資決策分析，針對這方面的研究也尚屬空白。因此，本文在探索單應用功能中儲能容量需求與可提升新能源消納能力間特性關系的數學模型基礎上，結合兩種應用功能的出現時序與緊急程度，提出多應用功能目標下的容量配置思路。

重點內容導讀

3.1 電網級儲能系統應用適用性分析

儲能技術作為能源互聯網的重要技術支撐，逐漸成為能源科技創新和產業支持的焦點。鉛酸、鈉硫、液流和鋰離子電池等電化學儲能系統的全功率響應速度均在500ms以內，其全功率充/放電爬坡響應特性如圖1所示，在熱備用狀態下，自收到控制信號起，各類型儲能電池在500ms內基本可實現正/負全功率輸出，在電網大功率快速支撐應用中，是功率爬坡率為分鐘級的火電機組的另一良好補充手段。


3.2聯合應用目標下儲能提升新能源外送消納能力的容量需求分析

新能源富集地區新能源發電受送端電網調峰及受端電網堅強等因素制約而棄風棄光現象嚴重，在受端電網建設儲能裝置，切實促進高比例棄風棄光電網新能源消納，其設計思想如圖2所示，主要目標為：

（1）在特高壓直流閉鎖等故障后為受端電網提供快速功率支撐以提升通道的穩態運行輸送能力；

（2）為送端電網提供跨區備用以降低送端電網因調峰需求而增加的火電機組開機，提升新能源發電空間與在外送電源中的比例。


圖2儲能提升交直流新能源消納能力的設計思想

受端電網允許特高壓交直流最大的受電能力與系統在保證頻率最低點不越限的情況下可接受的最大缺電額線性相關，在維持原系統穩定及負荷水平一定的情況下，配置儲能可進一步提升的交直流受電能力與故障后系統不越限的最低頻率點的特性關系如式(1)所示


跨區備用必須在送端電網內自身手段用盡后方可調用，調用時間原則上不得超過2個小時，受端電網跨區備用可提供的服務電量為受電網第（為跨區備用總條數）條直流跨區備用容量與提供備用時長的積，因此電網級儲能系統基本滿足該應用中的功率與容量需求。跨區備用儲能系統后，在一天中可在送端提升的新能源發電電量空間如式(2)所示，依據跨區備用原則，儲能系統的利用時長為2小時。


依據大功率事故支撐與跨區調峰備用聯合應用容量配置原則，兩類應用出現時序與應用優先級別等，其配置與協調策略流程如圖3所示。


3.3算例分析

在PSASP仿真平臺中搭建河南電網算例，模擬天中直流在輸送800萬千瓦功率時發生最惡劣的雙極閉鎖故障時，探索儲能在系統穩定過程中的效果及所需儲能容量的大小；同時，以天中直流輸送通道為載體，分析在受端河南電網布局一定容量的儲能系統作為送端新疆電網的跨區備用容量源，對新能源發電占比提升的促進程度。得出投入670萬千瓦/15min儲能系統，可提高長南線與天中直流770萬千瓦的穩定送功率，提升385億千瓦時的外送電量，設定一年內的通道利用小時數約為5000h，計算結果如表1所示，項目的投資回收期約2.27年。

表1靜態投資與收益估算


結論

針對特高壓交直流的弱受端電網頻率穩定與送端新能源發電的低占比限制著新能源發電區域這些制約外送消納等問題，探索了儲能兩種功能聯合協調消弭。主要結論為：

（1）儲能系統布局在受端電網實現提升特高壓輸送通道穩態輸送功率的同時，作為跨區備用源減少送端火電機組開機以增加新能源發電空間，這兩種功能的協調應用可切實促進新能源外送消納。

（2）仿真得出，在受端河南電網配置670萬千瓦/15min的儲能系統，可提升長南線與天中直流的穩態輸送功率770萬千瓦，投資回收期約2.27年。該儲能系統可同時以83.75萬千瓦/2小時的調峰源為送端新疆電網提供跨區備用，可新增風電發電量29.3億千瓦時/年，占提升的通道外送電量的7.6%，減排235.5萬噸。