国家能源局数据显示，2024年一季度，全国可再生能源新增装机6367万千瓦，同比增长34%，占新增装机的92%。截至3月底，全国可再生能源装机达到15.85亿千瓦，约占我国总装机的52.9%，其中，风电和光伏发电之和突破11亿千瓦。
然而，风电和光伏发电具有间歇性、随机性和波动性，会在一定程度上影响电网安全稳定运行。
随着新型电力系统建设及“源网荷储”一体化运行的推进，储能电站如何发挥自身优势、护航电网安全尤为重要。近日，湖北荆门新港储能电站成功实施国内首个百兆瓦时构网型储能电站黑启动试验，电网应对极端突发情况再添“防护盾”。
30秒恢复供电
黑启动是指电力系统由于故障停运后，依靠系统内具有自启动能力的机组或系统外电源，使整个电力系统恢复正常运行。这是保证极端条件下城市电网安全运行的重要手段。
新港储能电站是国家能源局新型储能试点示范项目，站内有16个集装箱大小的储能单元，内装磷酸铁锂电池。去年底，电站二期工程并网成功，总容量50兆瓦/100兆瓦时，可满足1.6万余户家庭1天的用电需求；还可以消纳附近的新能源，帮助电网削峰填谷。
在黑启动试验中，新港储能电站相邻的高桥变电站模拟突发停电，无法向外送电。新港储能电站运维人员接到指令，迅速将本站电能送往变电站帮助其启动，整个过程仅耗时30秒。“黑启动过程中，24台储能变流器电压百分之百同步，系统频率、电压均可稳定控制。”国网湖北电科院熊亮雳博士说。
此次黑启动不仅恢复供电速度快，供电功率大、时间长，且转换效率超过85%，优于其他黑启动方式。若遭遇电网全停且故障恢复困难等情况，新港储能电站存储的电能可带动所在供区重要用电负荷24小时稳定运行，并可为新能源场站提供站用电源，助其恢复并网发电。
当前，湖北正处梅雨季节，雷电活动增多，具备黑启动功能及孤网运行能力的储能电站，可以在极端情况下提供更加稳定的供电。国网湖北电力公司相关负责人说，本次试验为抗灾保供及储能建设发展提供了新思路，同时证明极端情况下构网型储能电站拥有较好的黑启动功能及离网运行能力。
荆门供电公司发展策划部副主任夏晓荣说，下一步，荆门计划建设4座规模为新港储能电站两倍的构网型储能电站，为当地乃至湖北储备一批具有黑启动功能的抗灾保障电源。
攻克多个技术难题
为主动适应新能源快速增长态势，实现系统消纳能力更强、整体运行更优，破解储能电站黑启动技术难点尤为关键。
“传统储能电站多采用跟网型控制技术，需要跟踪电网的实时电压和频率才能运行。一旦电网发生波动，跟网型储能电站失去电网的实时电压和频率数据指引，无法工作。”国网湖北电科院高级工程师游力说，构网型储能电站自身就能建立实时电压和频率，既能撑起一个小型电力系统，也能直连电网，具有较强的“独立自理”能力。
这一特性也让构网型储能电站具备担当黑启动火种的潜力。
此前，抽水蓄能及燃机电站常作为黑启动载体。传统黑启动机组容量普遍较大，控制对象少，操作相对简便。
近年来，新型储能电站加快建设，清洁高效的电池储能替代传统同步发电机，成为黑启动新载体。然而，电池储能系统控制对象数量通常在几十台乃至百台，存在电压控制同步困难、多储能变流器环流抑制等问题。
去年1月，国网湖北电科院组织专业技术人员成立攻关团队，与南京南瑞继保电气有限公司联合研发构网型储能技术，通过开展硬件在环仿真、机组测试以及整站实证，成功攻克构网型储能黑启动中的多机并联控制以及构网限流策略难题。
“难点在于保证各机组同时、同频、同相位黑启动升压。”游力介绍，黑启动多机并联控制主要攻克了协调控制系统毫秒级的快速通信技术，以及黑启动过程中的相位修正技术。构网限流策略优化可实现有源阻尼算法重构，防止因启动线路、变压器、电动机等设备使储能变流器短时过载，抑制储能变流器谐振。这一系列创新提升了新型储能作为黑启动电源的可靠性。