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(chǔ)能等多種電力系統(tǒng)構(gòu)成中，儲(chǔ)能發(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(chǎng)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(guó)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(jí)別上對(duì)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(duì)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(dòng)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(dòng)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(chǔ)能最給力

事故調(diào)查報(bào)告評(píng)估了所有注冊(cè)發(fā)電系統(tǒng)對(duì)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(chǎng)，否則許多發(fā)電機(jī)不再根據(jù)頻率的本地變化自動(dòng)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(cuò)誤，南澳大利亞州的四個(gè)風(fēng)電場(chǎng)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(guó)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(duì)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(chǔ)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(chǔ)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?gòu)妮敵霭l(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(chǔ)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(chǔ)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(jiǎn)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(chǔ)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(chǔ)能系統(tǒng)頻率響應(yīng)傳遞速度非?？欤⒋_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(shì)，并開始逐步增加。

下圖顯示了Hornsdale電池儲(chǔ)能系統(tǒng)在此事件期間的長(zhǎng)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(chǎng)調(diào)度和調(diào)頻輔助服務(wù)市場(chǎng)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(chǔ)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(duì)比可知，藍(lán)色線配置儲(chǔ)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(chǔ)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。