淺談儲能系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

　　1.儲能系統(tǒng)介紹

　　儲能系統(tǒng)（EnergyStorageSystem，簡稱ESS）是一個可完成存儲電能和供電的系統(tǒng)，具有平滑過渡、削峰填谷、調(diào)頻調(diào)壓等功能?？梢允固柲堋L(fēng)能發(fā)電平滑輸出，減少其隨機(jī)性、間歇性、波動性給電網(wǎng)和用戶帶來的沖擊；通過谷價時段充電，峰價時段放電可以減少用戶的電費(fèi)支出；在大電網(wǎng)斷電時，能夠孤島運(yùn)行，確保對用戶不間斷供電。

圖1-1微電網(wǎng)系統(tǒng)架構(gòu)

　　圖1-1是微電網(wǎng)系統(tǒng)架構(gòu)，包含儲能、光伏、風(fēng)機(jī)等，儲能系統(tǒng)是微網(wǎng)的核心組成，常配合光伏、風(fēng)電等一起使用。由于電池儲能具有技術(shù)相對成熟、容量大、安全可靠、噪聲低、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、便于安裝等優(yōu)點(diǎn)，所以儲能系統(tǒng)常用電池來儲存電能，目前儲能系統(tǒng)主要由儲能單元和監(jiān)控與調(diào)度管理單元組成，儲能單元包含儲能電池組（BA）、電池管理系統(tǒng)（BMS）、儲能變流器（PCS）等；監(jiān)控與調(diào)度管理單元包括中央控制系統(tǒng)（MGCC）、能量管理系統(tǒng)（EMS）等。

　　2.儲能系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)

　　儲能系統(tǒng)的技術(shù)主要包含對儲能變流器的控制、對儲能電池的管理，以及監(jiān)控與調(diào)度管理單元對系統(tǒng)能量合理調(diào)度。

　　2.1變流器控制策略

　　儲能變流器又叫功率變換系統(tǒng)（PCS），是儲能單元中功率調(diào)節(jié)的執(zhí)行設(shè)備，在監(jiān)控與調(diào)度系統(tǒng)的調(diào)配下，實施有效和安全的儲電和放電管理。目前常用的變流器控制策略有PQ控制、VF控制、下垂控制、虛擬同步機(jī)控制四種方式。

　　（1）PQ控制

　　PQ控制是指恒定有功無功控制，控制儲能變流器輸出的有功功率和無功功率等于其參考功率。PQ控制是新能源并網(wǎng)最常用的控制方式，只有在儲能系統(tǒng)并網(wǎng)模式下才可能運(yùn)用，其控制原理圖如圖2-1所示。

圖2-1PQ控制示意圖

　　圖2-1表明，在頻率、電壓變化范圍（fmin<f<fmax，Umin<U<Umax）PQ控制可以穩(wěn)定有功、無功輸出。

　?。?）VF控制

　　VF控制是指儲能變流器維持輸出電壓和頻率不變；而輸出的有功功率和無功功率由負(fù)荷決定，其控制原理如圖2-1所示。不論輸出的有功功率和無功功率如何變化，VF控制的儲能變流器自動調(diào)整運(yùn)行曲線，滿足負(fù)荷隨機(jī)變化，保持電壓頻率恒定，因此，其外特性為電壓源。

(a)恒定頻率控制                                                                 (b)恒定電壓控制

　　VF控制常用于微網(wǎng)的孤島模式，支持電網(wǎng)的電壓和頻率，相當(dāng)于電力系統(tǒng)的平衡節(jié)

　?。?）下垂控制

　　下垂控制是一種無互聯(lián)線逆變器并聯(lián)均流的控制方法,下垂控制變流器模型可以簡化為如圖所示交流電源：

　　當(dāng)PCS輸出阻抗主要呈現(xiàn)感性時，其輸出有功P近似于相角差成正比，無功功率近似于電壓的幅值差成正比，因此可以通過調(diào)節(jié)變流器輸出電壓的相位和幅值來調(diào)節(jié)逆變器輸出的有功功率和無功功率。

(a)恒定頻率控制               (b)恒定電壓控制

　　下垂控制既可以工作在獨(dú)立帶載的情況，也可以工作在多機(jī)并聯(lián)的情況下。在組建微電網(wǎng)時候，可以使用下垂控制模式建立微電網(wǎng)的電壓頻率，在無上層控制的情況下，逆變器可以根據(jù)本地設(shè)置參數(shù)分配系統(tǒng)的負(fù)荷；在有上層控制的情況下，逆變器按照上層控制器設(shè)置的參數(shù)運(yùn)行,同時還可以根據(jù)自身情況選擇是否進(jìn)行二次調(diào)頻。

　　（3）VSG控制

　　虛擬同步機(jī)（VSG）控制是一種基于同步發(fā)電機(jī)暫態(tài)模型的新型微電網(wǎng)逆變電源控制方法,借鑒同步發(fā)電控制中調(diào)速器和勵磁調(diào)節(jié)器的控制方法來設(shè)計變流器的控制器，使微源的輸出特性類似一個同步發(fā)電機(jī)系統(tǒng)，對電力系統(tǒng)具有更加友好的并網(wǎng)特性，便于使用電力系統(tǒng)中成熟的方法對微源進(jìn)行管理調(diào)度，同時外特性接近同步機(jī)，有利于電力系統(tǒng)的建模分析，避免了現(xiàn)在并網(wǎng)變流器模型多樣給電力系統(tǒng)分析帶來的困難。

圖2-4VSG控制示意圖

　　2.2電池管理系統(tǒng)

　　電池管理系統(tǒng)（BMS）安裝于儲能電池組內(nèi)，負(fù)責(zé)對儲能電池組進(jìn)行電壓、溫度、電流、容量等信息的采集，實時狀態(tài)監(jiān)測和故障分析，同時通過CAN總線與PCS、監(jiān)控與調(diào)度系統(tǒng)聯(lián)機(jī)通信，實現(xiàn)對電池進(jìn)行優(yōu)化的充放電管理控制。系統(tǒng)每簇電池組各自配一套電池管理系統(tǒng)，能達(dá)到有效和高效地使用每簇儲能電池及整體合理調(diào)配的目的。

　　BMS應(yīng)具有電池電壓均衡、電池組保護(hù)、熱管理、電池性能的分析診斷等功能。BMS要求能夠?qū)崟r測量蓄電池模塊電壓、充放電電流、溫度和單體電池端電壓、并計算得到的電池內(nèi)阻等參數(shù)，通過分析診斷模型，得出單體電池當(dāng)前容量或剩余容量（SOC）的診斷，單體電池健康狀態(tài)（SOH）的診斷、電池組狀態(tài)評估，以及在放電時當(dāng)前狀態(tài)下可持續(xù)放電時間的估算。

　　2.3監(jiān)控與調(diào)度管理系統(tǒng)

　　監(jiān)控與調(diào)度管理系統(tǒng)是儲能單元的能量調(diào)度、管理中心，包含中央控制系統(tǒng)（MGCC）和能量管理系統(tǒng)（EMS），負(fù)責(zé)收集全部電池管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)、儲能變流器數(shù)據(jù)及配電柜數(shù)據(jù)，向各個部分發(fā)出控制指令，控制整個儲能系統(tǒng)的運(yùn)行，合理安排儲能變流器工作；系統(tǒng)既可以按照預(yù)設(shè)的充放電時間、功率和運(yùn)行模式自動運(yùn)行，也可以接受操作員的即時指令運(yùn)行。

　　其中，能量管理系統(tǒng)是儲能系統(tǒng)的大腦，主要實現(xiàn)能量的合理調(diào)度，根據(jù)電網(wǎng)峰谷平特點(diǎn)，實現(xiàn)微網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，具有運(yùn)行優(yōu)化、負(fù)荷預(yù)測、發(fā)電預(yù)測、微源調(diào)度、潮流控制等功能。

　　3.儲能關(guān)鍵技術(shù)在儲能電站項目運(yùn)用案例

　　圖3-1為易事特4.4MWh集裝箱儲能電站項目，該儲能電站系統(tǒng)采用戶外集裝箱安裝方式，具有高防護(hù)、安裝簡單容易施工的特點(diǎn)。系統(tǒng)主要由儲能電池組、BMS系統(tǒng)、250KW并離網(wǎng)型儲能變流器、能量管理系統(tǒng)、智能交流配電柜、集裝箱、環(huán)境控制系統(tǒng)和安防系統(tǒng)等組成。

　　3-1易事特4.4MW集裝箱儲能電站項目

　　其中，250KW儲能變流器具有雙向逆變特點(diǎn)，既能向負(fù)荷供電，作為系統(tǒng)的調(diào)節(jié)和支撐單元，又能作為負(fù)荷吸收能量，并具備應(yīng)急電源（UPS）功能。該儲能變流器既支持并網(wǎng)運(yùn)行模式，也可以脫離大電網(wǎng)在孤島模式下運(yùn)行。并網(wǎng)運(yùn)行時，用戶可以將變流器設(shè)置成上述所說的PQ控制、下垂控制或VSG控制模式，此時變流器可以向負(fù)荷供電，也可以給電池進(jìn)行充電。當(dāng)檢測到電網(wǎng)停電，系統(tǒng)會自動切換離網(wǎng)孤島模式，離網(wǎng)時的變流器可運(yùn)行在VF控制、下垂控制或VSG模式，此時儲能系統(tǒng)作為主電壓源為集裝箱所在本地負(fù)荷提供穩(wěn)定的電壓和頻率支撐，確保負(fù)荷系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

　　4.結(jié)語

　　儲能系統(tǒng)是未來2年到5年電源行業(yè)發(fā)展的趨勢，國內(nèi)外市場規(guī)模數(shù)萬億，目前國內(nèi)外儲能電站建設(shè)如火如荼，易事特在進(jìn)軍儲能市場方面已經(jīng)走在了行業(yè)的前列，并憑借在電源行業(yè)27年來的深耕細(xì)作，相信會在儲能市場占領(lǐng)一席之地。

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