2023電化學(xué)儲能電站關(guān)鍵技術(shù)

電化學(xué)儲能電站關(guān)鍵問題解析1/302/301.背景及意義2.多PCS并網(wǎng)運(yùn)行并聯(lián)諧振問題目錄3.多PCS離網(wǎng)環(huán)流及穩(wěn)定性問題4.電池管理系統(tǒng)5.監(jiān)控系統(tǒng)6.儲能電站有功功率調(diào)控問題1.背景及意義張北風(fēng)光儲基地20MW儲能電站遼寧臥牛石風(fēng)電場5MW儲能系統(tǒng)甘肅風(fēng)電場1MW儲能電站張北風(fēng)光儲實(shí)驗(yàn)基地1.5MW儲能電站國家能源局動(dòng)議中以及十三五中明確提出攻克百M(fèi)W級儲能電站關(guān)鍵技術(shù)3/301.背景及意義4/301.背景及意義百M(fèi)W儲能電站需關(guān)注的關(guān)鍵技術(shù)：多PCS并聯(lián)穩(wěn)定運(yùn)行技術(shù)大容量電池管理系統(tǒng)技術(shù)大規(guī)模儲能系統(tǒng)監(jiān)控技術(shù)儲能電站有功功率調(diào)控技術(shù)5/301.背景及意義2.多PCS并網(wǎng)運(yùn)行并聯(lián)諧振問題目錄3.多PCS離網(wǎng)環(huán)流及穩(wěn)定性問題4.電池管理系統(tǒng)5.監(jiān)控系統(tǒng)6.儲能電站有功功率調(diào)控問題6/301、單機(jī)諧振問題分析2.多PCS并網(wǎng)運(yùn)行并聯(lián)諧振問題小結(jié)：1、單臺PCS由于LCL濾波器的存在，會存在固有諧振尖峰，同時(shí)隨著電網(wǎng)側(cè)線路等效阻抗的增加諧振尖峰會向低頻側(cè)移動(dòng)。2、諧振尖峰只有一個(gè)，通過阻尼控制策略可以很容易將該尖峰抑制，保證單臺PCS的穩(wěn)定運(yùn)行。7/302、多機(jī)并聯(lián)諧振問題2.多PCS并網(wǎng)運(yùn)行并聯(lián)諧振問題小結(jié)1、多臺PCS并聯(lián)之后，各臺PCS與電網(wǎng)之間構(gòu)成了負(fù)載的阻抗網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)諧振尖峰也由一個(gè)變?yōu)閮蓚€(gè)。2、多臺PCS并聯(lián)之后，系統(tǒng)阻抗奈奎斯特曲線更靠近禁止域，系統(tǒng)穩(wěn)定裕度減小8/302.多PCS并網(wǎng)運(yùn)行并聯(lián)諧振問題3、并聯(lián)臺數(shù)的限制問題小結(jié)：1、隨PCS并聯(lián)臺數(shù)的增加，一個(gè)諧振尖峰會固定不動(dòng)，另一個(gè)諧振尖峰會向低頻側(cè)移動(dòng)，造成低頻次電流諧波增大，最終導(dǎo)致系統(tǒng)失穩(wěn)。2、并聯(lián)耦合強(qiáng)度隨并聯(lián)臺數(shù)的增加逐漸減弱，按照250kW儲能PCS算例分析，并聯(lián)至8臺后，移動(dòng)的諧振尖峰基本為零。因此，并聯(lián)臺數(shù)>8臺和8臺的效果一樣。9/304、諧振抑制策略2.多PCS并網(wǎng)運(yùn)行并聯(lián)諧振問題阻尼控制策略投入之前阻尼控制策略投入后10/301.背景及意義2.多PCS并網(wǎng)運(yùn)行并聯(lián)諧振問題目錄3.多PCS離網(wǎng)環(huán)流及穩(wěn)定性問題4.電池管理系統(tǒng)5.監(jiān)控系統(tǒng)6.儲能電站有功功率調(diào)控問題11/30環(huán)流危害：①大幅降低了系統(tǒng)輸出功率，功率分配失衡；②使逆變器輸出電流增加，系統(tǒng)損耗增大，嚴(yán)重時(shí)燒毀功率器件；③諧波環(huán)流使逆變器輸出電流畸變嚴(yán)重，電能質(zhì)量下降PCS并聯(lián)環(huán)流（交流共母線）3.多PCS離網(wǎng)環(huán)流及穩(wěn)定性問題1、環(huán)流產(chǎn)生機(jī)理逆變器控制方式（PI靜差）輸出濾波參數(shù)差異逆變器死區(qū)、控制延時(shí)器件非線性等效輸出阻抗不同連接線與公共接點(diǎn)的距離連接線布線結(jié)構(gòu)

電壓幅值相角偏差連接阻抗不同12/30下垂多環(huán)控制策略魯棒下垂控制使得下垂輸出參考電壓相同，減少輸出阻抗差異影響虛擬阻抗反饋使等效輸出阻抗相同，并減少連接阻抗差異影響3.多PCS離網(wǎng)環(huán)流及穩(wěn)定性問題2、虛擬阻抗技術(shù)傳統(tǒng)控制策略引入虛擬阻抗技術(shù)控制策略13/30傳統(tǒng)控制策略虛擬阻抗技術(shù)引入后3.多PCS離網(wǎng)環(huán)流及穩(wěn)定性問題14/301.背景及意義2.多PCS并網(wǎng)運(yùn)行并聯(lián)諧振問題目錄3.多PCS離網(wǎng)環(huán)流及穩(wěn)定性問題4.電池管理系統(tǒng)5.監(jiān)控系統(tǒng)6.儲能電站有功功率調(diào)控問題15/304.電池管理系統(tǒng)1.儲能BMS系統(tǒng)架構(gòu)要求……單臺PCS儲能BMS單臺PCS儲能BMS單臺PCS儲能BMS大規(guī)模儲能系統(tǒng)的BMS需要多層結(jié)構(gòu)，不同層、不同簇及不同子站間的電池管理存在諸多協(xié)調(diào)控制難題。16/302、BMS系統(tǒng)對外通信接口通信規(guī)約4.電池管理系統(tǒng)17/30電池本體結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化問題及大規(guī)模儲能BMS系統(tǒng)對外通信接口及通信規(guī)約一致性問題相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制定4.電池管理系統(tǒng)

3、大規(guī)模儲能BMS電磁兼容要求大規(guī)模儲能系統(tǒng)都采用大功率等級PCS，因此對群脈沖、雷擊浪涌、靜電空氣以及共模干擾等因素的防護(hù)等級要求更高。電磁兼容性能要求更高18/301.背景及意義2.多PCS并網(wǎng)運(yùn)行并聯(lián)諧振問題目錄3.多PCS離網(wǎng)環(huán)流及穩(wěn)定性問題4.電池管理系統(tǒng)5.監(jiān)控系統(tǒng)6.儲能電站有功功率調(diào)控問題19/30百兆瓦級電池儲能電站的電池單體數(shù)量將達(dá)到百萬級，儲能變流器多機(jī)諧振及其交叉耦合導(dǎo)致的集群子系統(tǒng)并聯(lián)一致性協(xié)調(diào)控制難度大,而且電池不一致性變差的概率將大幅增加，亟待解決儲能電站高效集成以及高精度出力控制難題。電化學(xué)交流阻抗儲能本體不一致性兆瓦級儲能電站(上萬個(gè)單體)百兆瓦級儲能電站(上百萬個(gè)單體)大型電站化集成單體成組及電池管理規(guī)?；到y(tǒng)集成

1、百兆瓦級電池儲能系統(tǒng)的電站化集成5.監(jiān)控系統(tǒng)20/30需監(jiān)控的設(shè)備眾多，信息量大，電磁干擾強(qiáng)，導(dǎo)致通信節(jié)點(diǎn)及拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)極其復(fù)雜，儲能電站實(shí)時(shí)監(jiān)控以及海量數(shù)據(jù)應(yīng)用管理的難度大?！淄呒墐δ茈娬咀诱颈O(jiān)控兆瓦級儲能電站子站監(jiān)控兆瓦級儲能電站子站監(jiān)控海量數(shù)據(jù)海量數(shù)據(jù)海量數(shù)據(jù)上百萬數(shù)量級的海量監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)管理與分析及應(yīng)用高速響應(yīng)高速響應(yīng)高速響應(yīng)

2、百兆瓦級電池儲能電站監(jiān)控與海量數(shù)據(jù)管理應(yīng)用5.監(jiān)控系統(tǒng)21/30大規(guī)模集中/分布式儲能需滿足新能源從秒到數(shù)十小時(shí)級時(shí)間尺度響應(yīng)需求，儲能電站能量管理與控制技術(shù)極其復(fù)雜，現(xiàn)有運(yùn)行控制方法難以滿足儲能電站復(fù)合控制與多目標(biāo)應(yīng)用需求。新能源發(fā)電的隨機(jī)波動(dòng)性大規(guī)模儲能電站平抑新能源出力波動(dòng)跟蹤發(fā)電計(jì)劃出力參與系統(tǒng)調(diào)頻\調(diào)壓支撐站級黑啟動(dòng)不同時(shí)間尺度下的多目標(biāo)優(yōu)化控制

3、百兆瓦級電池儲能電站能量管理與多目標(biāo)控制應(yīng)用5.監(jiān)控系統(tǒng)22/301.背景及意義2.多PCS并網(wǎng)運(yùn)行并聯(lián)諧振問題目錄3.多PCS離網(wǎng)環(huán)流及穩(wěn)定性問題4.電池管理系統(tǒng)5.監(jiān)控系統(tǒng)6.儲能電站有功功率調(diào)控問題23/306.儲能電站有功功率調(diào)控問題1、儲能系統(tǒng)在新能源發(fā)電領(lǐng)域中的傳統(tǒng)應(yīng)用，多種控制策略綜合、切換技術(shù)平滑風(fēng)電波動(dòng)削峰填谷跟蹤計(jì)劃出力參與調(diào)頻協(xié)調(diào)控制技術(shù)策略切換技術(shù)難點(diǎn)24/306.儲能電站有功功率調(diào)控問題

2、儲能電站在電力系統(tǒng)中的新型應(yīng)用——提高系統(tǒng)穩(wěn)定性儲能對于改善系統(tǒng)穩(wěn)定性的作用機(jī)理相當(dāng)于“STATCOM+連續(xù)可調(diào)的正負(fù)電阻”其注入電流的無功分量主要用于動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)樞紐點(diǎn)的電壓，其注入電流的有功分量相當(dāng)于動(dòng)態(tài)連續(xù)可調(diào)的電阻（儲能周期性充放電）以上兩者均可發(fā)揮反向調(diào)節(jié)，抑制系統(tǒng)振蕩，改善系統(tǒng)穩(wěn)定性的作用；25/30小結(jié)：1、控制效果：100%P≈50%P+50%Q>100%Q2、可以在現(xiàn)有電站SVG的基礎(chǔ)上投入相同功率等級的儲能系統(tǒng)，即可達(dá)到很好的穩(wěn)定性治理效果100%Q100%P50%P+50%Q穩(wěn)定情況下的控制效果對比（暫態(tài)穩(wěn)定性）6.儲能電站有功功率調(diào)控問題穩(wěn)定情況下的控制效果對比（動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性）100%Q100%P50%P+50%Q

2、儲能電站在電力系統(tǒng)中的新型應(yīng)用——提高系統(tǒng)穩(wěn)定性26/30長線路帶重負(fù)荷的情況下，儲能對于電壓調(diào)控的作用機(jī)理，主要在于可快速響應(yīng)間歇性沖擊有功負(fù)荷，減少傳輸線上的有功功率突增和突降，從而減少傳輸線的無功需求波動(dòng)，從而達(dá)到調(diào)節(jié)系統(tǒng)電壓的目的。6.儲能電站有功功率調(diào)控問題

3、儲能電站在電力系統(tǒng)中的新型應(yīng)用——電壓調(diào)控27/30在長線路帶末端負(fù)荷場景下，影響電壓的主要因素是有功波動(dòng)引起的無功需求變化；在這種場合下，儲能用于電壓調(diào)控的主導(dǎo)因素是有功分量。長線路末端負(fù)荷突增100%Q100%P50%P+50%Q控制效果對比（母線電壓，負(fù)荷突增200+j200MVA）100%Q50%P+50%Q100%P小結(jié)：1、控制效果：100%P≈50%P+50%Q>100%Q2、可以在負(fù)載側(cè)原有的無功補(bǔ)償裝置的基礎(chǔ)上增加相同容量的儲能系統(tǒng)，可以達(dá)到很好的電壓治理效果

3、儲能電站在電力系統(tǒng)中的新型應(yīng)用——電壓調(diào)控6.儲能電站有功功率調(diào)控問題28/30百M(fèi)W級電站技術(shù)日益成熟、飛速發(fā)展發(fā)展，呈現(xiàn)下述趨勢