儲(chǔ)能系統(tǒng)（EnergyStorageSystem，簡(jiǎn)稱ESS）是一個(gè)可完成存儲(chǔ)電能和供電的系統(tǒng)，具有平滑過(guò)渡、削峰填谷、調(diào)頻調(diào)壓等功能。可以使太陽(yáng)能、風(fēng)能發(fā)電平滑輸出，減少其隨機(jī)性、間歇性、波動(dòng)性給電網(wǎng)和用戶帶來(lái)的沖擊；通過(guò)谷價(jià)時(shí)段充電，峰價(jià)時(shí)段放電可以減少用戶的電費(fèi)支出；在大電網(wǎng)斷電時(shí)，能夠孤島運(yùn)行，確保對(duì)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(chǔ)能、光伏、風(fēng)機(jī)等，儲(chǔ)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(chǔ)能具有技術(shù)相對(duì)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(chǔ)能系統(tǒng)常用電池來(lái)儲(chǔ)存電能，目前儲(chǔ)能系統(tǒng)主要由儲(chǔ)能單元和監(jiān)控與調(diào)度管理單元組成，儲(chǔ)能單元包含儲(chǔ)能電池組（BA）、電池管理系統(tǒng)（BMS）、儲(chǔ)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(chǔ)能系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)

 

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

 

2.1變流器控制策略

 

儲(chǔ)能變流器又叫功率變換系統(tǒng)（PCS），是儲(chǔ)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(shí)施有效和安全的儲(chǔ)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(wú)功控制，控制儲(chǔ)能變流器輸出的有功功率和無(wú)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(chǔ)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

 

(a)恒定有功控制    (b)恒定無(wú)功控制

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(wú)功輸出。

 

（2）VF控制

 

VF控制是指儲(chǔ)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(wú)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(wú)功功率如何變化，VF控制的儲(chǔ)能變流器自動(dòng)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。

 

圖2-2VF控制示意圖

(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)

 

（3）下垂控制

 

下垂控制是一種無(wú)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(jiǎn)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(shí)，其輸出有功P近似于相角差成正比，無(wú)功功率近似于電壓的幅值差成正比，因此可以通過(guò)調(diào)節(jié)變流器輸出電壓的相位和幅值來(lái)調(diào)節(jié)逆變器輸出的有功功率和無(wú)功功率。

 

圖2-3下垂控制示意圖

(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(shí)候，可以使用下垂控制模式建立微電網(wǎng)的電壓頻率，在無(wú)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(shí)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(lì)磁調(diào)節(jié)器的控制方法來(lái)設(shè)計(jì)變流器的控制器，使微源的輸出特性類(lèi)似一個(gè)同步發(fā)電機(jī)系統(tǒng)，對(duì)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(duì)微源進(jìn)行管理調(diào)度，同時(shí)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(lái)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(chǔ)能電池組內(nèi)，負(fù)責(zé)對(duì)儲(chǔ)能電池組進(jìn)行電壓、溫度、電流、容量等信息的采集，實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障分析，同時(shí)通過(guò)CAN總線與PCS、監(jiān)控與調(diào)度系統(tǒng)聯(lián)機(jī)通信，實(shí)現(xiàn)對(duì)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(chǔ)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(shí)測(cè)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(jì)算得到的電池內(nèi)阻等參數(shù)，通過(guò)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(píng)估，以及在放電時(shí)當(dāng)前狀態(tài)下可持續(xù)放電時(shí)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(chǔ)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(chǔ)能變流器數(shù)據(jù)及配電柜數(shù)據(jù)，向各個(gè)部分發(fā)出控制指令，控制整個(gè)儲(chǔ)能系統(tǒng)的運(yùn)行，合理安排儲(chǔ)能變流器工作；系統(tǒng)既可以按照預(yù)設(shè)的充放電時(shí)間、功率和運(yùn)行模式自動(dòng)運(yùn)行，也可以接受操作員的即時(shí)指令運(yùn)行。

 

其中，能量管理系統(tǒng)是儲(chǔ)能系統(tǒng)的大腦，主要實(shí)現(xiàn)能量的合理調(diào)度，根據(jù)電網(wǎng)峰谷平特點(diǎn)，實(shí)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(cè)、發(fā)電預(yù)測(cè)、微源調(diào)度、潮流控制等功能。

 

3.儲(chǔ)能關(guān)鍵技術(shù)在儲(chǔ)能電站項(xiàng)目運(yùn)用案例

 

圖3-1為易事特4.4MWh集裝箱儲(chǔ)能電站項(xiàng)目，該儲(chǔ)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(jiǎn)單容易施工的特點(diǎn)。系統(tǒng)主要由儲(chǔ)能電池組、BMS系統(tǒng)、250KW并離網(wǎng)型儲(chǔ)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(chǔ)能電站項(xiàng)目

 

其中，250KW儲(chǔ)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(chǔ)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(shí)，用戶可以將變流器設(shè)置成上述所說(shuō)的PQ控制、下垂控制或VSG控制模式，此時(shí)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(cè)到電網(wǎng)停電，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)切換離網(wǎng)孤島模式，離網(wǎng)時(shí)的變流器可運(yùn)行在VF控制、下垂控制或VSG模式，此時(shí)儲(chǔ)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(yǔ)

 

儲(chǔ)能系統(tǒng)是未來(lái)2年到5年電源行業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)，國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)規(guī)模數(shù)萬(wàn)億，目前國(guó)內(nèi)外儲(chǔ)能電站建設(shè)如火如荼，易事特在進(jìn)軍儲(chǔ)能市場(chǎng)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(lái)的深耕細(xì)作，相信會(huì)在儲(chǔ)能市場(chǎng)占領(lǐng)一席之地。

 

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