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電力百科｜什么是“儲(chǔ)-光-火”聯(lián)合黑啟動(dòng)？
假如有一天，整個(gè)城市突然陷入黑暗。誰(shuí)能最快為我們點(diǎn)亮燈火？這聽(tīng)起來(lái)像是科幻電影的開(kāi)場(chǎng)，但這確實(shí)是電力工作者們，持續(xù)攻堅(jiān)的現(xiàn)實(shí)課題。
近日，在山東煙臺(tái)全國(guó)首次“構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能-光伏-火電”聯(lián)合黑啟動(dòng)試驗(yàn)獲得成功，為大電網(wǎng)安全可靠恢復(fù)，提供了全新方案。
什么是黑啟動(dòng)？
假如把電力系統(tǒng)比作人體，那么突發(fā)停電就像“休克”。黑啟動(dòng)是電力系統(tǒng)大面積停電后，在無(wú)外接電源支持的情況下，通過(guò)具備自啟動(dòng)能力的發(fā)電機(jī)組恢復(fù)負(fù)荷供電的過(guò)程，就像人體恢復(fù)“心跳”，實(shí)現(xiàn)自我復(fù)蘇的一套急救方案。
通俗地說(shuō)，黑啟動(dòng)就是在“漆黑中找火種點(diǎn)燈”。當(dāng)沒(méi)有供電時(shí)，我們需要先靠某些能自啟動(dòng)的電廠、電站點(diǎn)亮第一盞燈，再一步步恢復(fù)整個(gè)電力系統(tǒng)。
黑啟動(dòng)有多重要？
現(xiàn)代電網(wǎng)是一個(gè)龐大且復(fù)雜的電力系統(tǒng)，靠成千上萬(wàn)臺(tái)發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)運(yùn)行，并保持電壓、頻率等穩(wěn)定。一旦系統(tǒng)遭遇極端擾動(dòng)導(dǎo)致故障，無(wú)法依靠常規(guī)方式恢復(fù)運(yùn)行，黑啟動(dòng)就成為整個(gè)系統(tǒng)重啟的唯一手段。
今年4月，以光伏、風(fēng)電為主的西班牙、葡萄牙電網(wǎng)，因系統(tǒng)電壓控制不當(dāng)觸發(fā)鏈?zhǔn)奖Ｗo(hù)動(dòng)作，新能源大規(guī)模脫網(wǎng)，導(dǎo)致電網(wǎng)崩潰和大面積停電。西班牙、葡萄牙電網(wǎng)由于缺乏高效靈活的黑啟動(dòng)電源和通道，多個(gè)城市長(zhǎng)時(shí)間陷入無(wú)電狀態(tài)，大量交通、通信、醫(yī)療等重要系統(tǒng)用電受到影響。這次事故也給我們敲響了警鐘。
截至8月底，我國(guó)風(fēng)電、光伏發(fā)電裝機(jī)容量已達(dá)17億千瓦。用能越來(lái)越清潔的同時(shí)，電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行也面臨新的挑戰(zhàn)。如何提升新能源高占比地區(qū)電網(wǎng)的應(yīng)急恢復(fù)能力，是我國(guó)新型電力系統(tǒng)建設(shè)的研究重點(diǎn)。
此外，大風(fēng)、寒潮、高溫等極端天氣頻發(fā)也對(duì)電網(wǎng)安全運(yùn)行產(chǎn)生威脅。今年迎峰度夏期間，全國(guó)用電負(fù)荷4次刷新紀(jì)錄，在國(guó)家電網(wǎng)經(jīng)營(yíng)區(qū)，6個(gè)區(qū)域電網(wǎng)負(fù)荷同步創(chuàng)新高。我國(guó)能源保障既要通過(guò)“頂住峰、兜住底”的日常考驗(yàn)，也要為極端情況做好萬(wàn)全準(zhǔn)備。確保極端情況下電網(wǎng)具備快速黑啟動(dòng)的能力，是構(gòu)建新型能源體系的關(guān)鍵一環(huán)。
電網(wǎng)黑啟動(dòng)需要具備哪些條件？
事實(shí)上，實(shí)現(xiàn)黑啟動(dòng)是有條件的。電網(wǎng)“起死回生”的第一粒“火種”至少需要具備這些關(guān)鍵條件：
具備電源自啟能力
首先啟動(dòng)的是那些能夠獨(dú)立運(yùn)行并且無(wú)需從電網(wǎng)獲取電力的發(fā)電設(shè)備，通常被稱為“黑啟動(dòng)電源”，可以在電網(wǎng)停電的情況下獨(dú)立運(yùn)行，并且可以為電網(wǎng)提供初級(jí)的電力輸出，以使其他設(shè)備也能開(kāi)始運(yùn)行。
常見(jiàn)的黑啟動(dòng)電源有水電站、抽水蓄能電站、配備黑啟動(dòng)柴油機(jī)的火電機(jī)組、具備儲(chǔ)能系統(tǒng)的小型燃?xì)怆姀S、具備控制能力的儲(chǔ)能系統(tǒng)等。
能提供電壓和頻率支撐
電壓和頻率之于電網(wǎng)，就像血壓和脈搏之于人體，是電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)。黑啟動(dòng)電源不僅要有自啟能力，還要具備穩(wěn)定輸出電壓和頻率的能力，為后續(xù)機(jī)組同步運(yùn)行提供基礎(chǔ)條件。這就像給人體做“心肺復(fù)蘇”，在各個(gè)器官恢復(fù)功能的過(guò)程中穩(wěn)住“血壓”和“脈搏”。
具備“孤島”運(yùn)行能力
黑啟動(dòng)電源如同“星星之火”，自啟動(dòng)并成功帶動(dòng)第一批負(fù)荷后，就形成了一個(gè)局部的獨(dú)立電網(wǎng)（孤網(wǎng)）。在主電網(wǎng)恢復(fù)前，確保這個(gè)獨(dú)立電網(wǎng)能安全穩(wěn)定運(yùn)行，就是我們常說(shuō)的“孤島模式”。
可快速“燎原”并帶動(dòng)其他機(jī)組
當(dāng)?shù)谝槐K燈被點(diǎn)亮、第一處電源黑啟動(dòng)之后，這寶貴的“星星之火”需要承擔(dān)起“星火燎原”的使命。以這個(gè)初始“孤島”為基點(diǎn)，逐步啟動(dòng)周邊的電廠，并將它們一個(gè)個(gè)精準(zhǔn)地接入正在恢復(fù)的電網(wǎng)中，不斷擴(kuò)大光明區(qū)域，直至主網(wǎng)全面恢復(fù)。
四
“儲(chǔ)-光-火”聯(lián)合黑啟動(dòng)有何特別？
9月10日，山東完成全國(guó)首次“儲(chǔ)-光-火”聯(lián)合黑啟動(dòng)試驗(yàn)，首次以構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能為電網(wǎng)“起搏器”，同時(shí)激活光伏、火電等多種電源，實(shí)現(xiàn)了電網(wǎng)從“休克”到“復(fù)蘇”。
這次黑啟動(dòng)試驗(yàn)有兩大看點(diǎn)：
電網(wǎng)“起搏器”完成升級(jí)改造
以往黑啟動(dòng)試驗(yàn)多以抽水蓄能電站為黑啟動(dòng)電源，這類電站建設(shè)周期長(zhǎng)，還得選擇有山有水有高度差的地方，存在選址要求高、站點(diǎn)數(shù)量較少等問(wèn)題。構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能則具備靈活部署、快速響應(yīng)等優(yōu)勢(shì)，成為黑啟動(dòng)電源里的“黑馬”。祿山龍?jiān)?20千伏儲(chǔ)能電站，作為山東省首座構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能電站，成為了本次黑啟動(dòng)試驗(yàn)的“火種”。
什么是構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能？
傳統(tǒng)儲(chǔ)能均為跟網(wǎng)型控制，顧名思義需要“跟著電網(wǎng)”才能運(yùn)轉(zhuǎn)。它本質(zhì)上是一個(gè)電流源，需要“跟隨”外部電網(wǎng)提供的穩(wěn)定電壓和頻率信號(hào)才能運(yùn)行。當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，跟網(wǎng)型儲(chǔ)能就會(huì)因參考信號(hào)不穩(wěn)而變得“迷茫”，因此不能作為黑啟動(dòng)電源。
構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能，在電網(wǎng)中扮演“領(lǐng)導(dǎo)者”的角色。它通過(guò)構(gòu)網(wǎng)型控制技術(shù)模擬出與同步發(fā)電機(jī)類似的外部特性，能夠自主建立和維持電網(wǎng)的電壓和頻率。它不僅能夠自己?jiǎn)?dòng)，還能“拉動(dòng)”光伏、火電等不同種類電源。
光伏、火電等多種電源共同參與
隨著新型電力系統(tǒng)建設(shè)不斷推進(jìn)，新能源目前已成為網(wǎng)內(nèi)裝機(jī)規(guī)模占比最大的電源類型。新能源作為電網(wǎng)黑啟動(dòng)與系統(tǒng)恢復(fù)中的關(guān)鍵力量，是未來(lái)電網(wǎng)發(fā)展的必然趨勢(shì)。
在本次山東黑啟動(dòng)試驗(yàn)中，阜山龍?jiān)垂夥娬境晒?shí)現(xiàn)了功率支撐與部分負(fù)荷恢復(fù)。該結(jié)果有力驗(yàn)證了光伏電站在黑啟動(dòng)過(guò)程中的可行性，為未來(lái)利用新能源加速電網(wǎng)恢復(fù)提供了關(guān)鍵的實(shí)踐依據(jù)。
這場(chǎng)跨越70余千米的試驗(yàn)，覆蓋了1座500千伏變電站、3座220千伏場(chǎng)站和4條220千伏線路。從構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能自啟動(dòng)，到光伏電站成功啟動(dòng)并發(fā)電，再到火電機(jī)組汽輪機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)升壓，全程平穩(wěn)有序。
本次“儲(chǔ)-光-火”聯(lián)合黑啟動(dòng)試驗(yàn)的成功，全面驗(yàn)證了構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能作為黑啟動(dòng)電源，遠(yuǎn)距離“牽”起多類型電源的穩(wěn)定性和可靠性，不僅豐富了黑啟動(dòng)電源類型，也為構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能深度參與電網(wǎng)運(yùn)行提供了示范樣板。
未來(lái)，構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能還可以和抽水蓄能“組隊(duì)”，持續(xù)優(yōu)化多電源黑啟動(dòng)方案，讓電網(wǎng)適應(yīng)性更好、恢復(fù)能力更強(qiáng)，從容應(yīng)對(duì)各種極端情況。
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