新型储能是建设新型电力系统和新型能源体系的关键支撑技术。6月17日14时至6月18日0时50分，国网辽宁省电力有限公司组织大连恒流储能电站、华能大连电厂、大连供电公司成功开展全球首次新型储能黑启动城市电网大容量火电机组试验。
黑启动是指在电力系统全停的情况下，利用系统内具有自启动能力的机组或系统外电源，逐步恢复系统正常运行的过程。国网辽宁电力通过理论研究与现场试验，首次验证了新型储能经主网架启动大容量火电机组的可行性，可以有效提升极端情况下城市电网的安全韧性，完善电网的故障防御体系，有助于探索新型储能支撑新型电力系统建设的安全性能。
储能“充电宝”经验证成为黑启动电源
为什么开展黑启动试验？为什么选择在大连？为什么选择储能电站作为黑启动电源？对于这些疑问，国网辽宁电力调度控制中心系统运行处处长韩子娇给出了答案。
受地理环境限制，大连主城区电网通过狭长通道与辽宁主网相连，在极端天气下存在供电安全风险。2007年，强暴风雪曾导致大连主城区电网孤网运行。“当时，华能大连电厂是保障地区供电仅存的主力火电厂，不仅要艰难维持孤网系统运行，还要保证部分重要负荷持续供电。最终，大连主城区电网与辽宁主网并列并逐步恢复主城区正常供电。”韩子娇转述了当年亲历者的话。随着寒潮、台风等灾害性天气多发，大连主城区电网的安全稳定运行受到更多关注。
位于大连主城区的大连恒流储能电站一期2019年开工建设，2022年10月全容量并网投运。它是国家能源局确定的首个大型化学储能国家示范项目，采用安全性相对高的全钒液流储能技术，具备参与电力系统调峰、调频的功能。
“储能电站就像一个大型充电宝。建设期间，我们就思考探索新型储能更多的应用场景。”韩子娇介绍，结合大连电网实际，国网辽宁电力决心推动储能电站成为大连南部地区重要负荷供电电源和黑启动电源，助力提高地区供电可靠性和安全性。
2022年年初，国网辽宁电力调度控制中心牵头组建辽宁电网新型储能黑启动试验团队，团队成员来自辽宁电力科学研究院、大连供电公司、大连恒流储能电站、华能大连电厂、南京南瑞继保电气有限公司、大连融科储能技术发展有限公司。试验团队从储能电站运行特性入手，掌握了大量一手资料，深入挖掘新型储能在健全电网故障防御体系等方面的作用。
2022年5月起，国网辽宁电力研究黑启动电源、路径、启动方式和全部试验流程，测试储能电站作为大连区域电网“全黑”后的黑启动电源，经主网架启动华能大连电厂1号机组的可行性。黑启动路径选为储能电站经220千伏储湾线、220千伏海湾变电站、220千伏和湾线，至大连电厂母线。针对试验过程中各种紧急情况，各试验单位按照“保负荷、保机组、保电池”原则，共同编制应急预案，确保各项安全技术措施有效落实。
“三维互证体系”夯实试验基础
这是一次以电力电子控制技术为支撑的新型储能黑启动城市电网大容量火电机组试验，在全国乃至全球范围内尚属首次。“当时，国内外都没有可借鉴参考的成熟论证方法和现场实证经验。我们完全是摸着石头过河。”如韩子娇所说，试验历经了首次试验中止、一次预试验完成、最终试验成功的艰辛历程。
国网辽宁电力组织改造了源侧、网侧、储侧符合黑启动试验的硬件设备，完成28项厂站内部基础试验与模拟试验，形成黑启动研究、试验、调度三大方案，以及保障电站、电厂、主网安全的应急预案。
在2023年5月18日第一次试验中，储能电站自启动正常，实现了截至目前国内最大规模的144台储能变流器同时并联启动，试验系统零启升压至大连电厂1号启动备用变压器稳定。在投入2000千伏安低压厂用变压器时，却发生了34赫兹振荡。“我们紧急研究论证，但查不出原因，试验只能被迫中止。”当时的一幕幕，仍让韩子娇历历在目。
“这次试验充分体现了电力电子化新型电力系统的复杂特性，我们对它的认知还不够充分。但是，国调中心和上级领导仍然支持我们查明原因并继续试验。”韩子娇说。接下来，中国电力科学研究院、清华大学、大连理工大学也加入试验团队，团队成员增至10家单位。历时两个月，试验团队从机理研究、仿真分析、模拟试验三个角度，复现了第一次试验现象，终于发现引发系统振荡的复杂机理，创建了适用于新型储能黑启动大容量火电机组的“三维互证体系”，实现了“理论-仿真-试验”的全过程技术突破。
清华大学电机系研究员陈磊说：“我们从深层次机理研究着手，掌握了储能电站控制参数对黑启动试验系统小扰动稳定性的影响，明确了关键影响因素与控制参数整定原则。”辽宁电科院基于描述函数法，通过非线性稳定性分析方法，确定了黑启动试验系统参数的优化方向和稳定边界。
辽宁电科院开展高精度、全过程、全环节的仿真建模分析。试验人员验证了黑启动系统全流程频率/电压稳定性、变压器励磁涌流影响、辅机启动暂态冲击等多项重点技术指标，进而确定了储能变流器的试验参数及4套备用参数。今年5月6日，预试验顺利开展。
6月18日0时50分，在10家试验单位170名试验人员的见证下，试验历经储能电站自启动，电厂6台变压器合闸冲击、40台辅机启动带负荷等重要过程，大连电厂火电机组点火并网。“辽宁电网新型储能黑启动试验项目已全部完成，被启动火电机组设备正常，系统运行稳定。”韩子娇激动地向试验总指挥汇报。
产出科研成果打造原创技术策源地
此次黑启动试验的场景可谓新型储能应用领域最复杂、最严苛的。两年时间里，国网辽宁电力聚焦试验过程中存在的储能多机并联环流、空载励磁涌流、长线路无功进相等难题，联合南瑞继保、恒流储能电站等单位开展技术攻关。攻关团队重新梳理各储能单元功能定位，创造性将储能电站分为两个相互独立的35千伏系统，实现了储能电站多次快速自启动功能，又进一步科学设置储能变流器离网模式关键参数，确定采取零启升压和逐级并列相结合的启动方式，保障了黑启动试验全过程系统频率、电压稳定。
随着黑启动试验的深入推进，国网辽宁电力围绕重点课题，与产学研等单位开展联合攻关。
2023年11月，国网辽宁电力申报了2024年国家电网有限公司科技项目——大容量电化学储能电站城市应急保供能力提升技术研究。其中，包括与中国电科院等单位联合开发储能电站黑启动辅助决策系统、储能电站黑启动全过程实时仿真分析系统等。
今年6月17日19时，大连电厂启动2000千瓦电泵。辽宁电科院试验人员贾祺通过储能电站黑启动辅助决策系统，实时监测储能电站220千伏电压、电流、有功等电气量的瞬时变化趋势，观测运行曲线在受扰后逐渐恢复至稳定状态，判定该电泵启动成功。
储能电站黑启动辅助决策系统是全国产化设计，支持国产操作系统及国产数据库。中国电科院储能与电工新技术研究所储能规划室主任李相俊介绍，该系统具有实时数据监视、数据处理与存储、数据分析、黑启动数据模型管理等功能。试验人员还可以依托系统形成试验过程振荡监测与应急处理方案，确保试验顺利开展。（张爱萍 那广宇 谢冰）
