2023电化学储能电站关键技术

电化学储能电站关键问题解析1/302/301.背景及意义2.多PCS并网运行并联谐振问题目录3.多PCS离网环流及稳定性问题4.电池管理系统5.监控系统6.储能电站有功功率调控问题1.背景及意义张北风光储基地20MW储能电站辽宁卧牛石风电场5MW储能系统甘肃风电场1MW储能电站张北风光储实验基地1.5MW储能电站国家能源局动议中以及十三五中明确提出攻克百MW级储能电站关键技术3/301.背景及意义4/301.背景及意义百MW储能电站需关注的关键技术：多PCS并联稳定运行技术大容量电池管理系统技术大规模储能系统监控技术储能电站有功功率调控技术5/301.背景及意义2.多PCS并网运行并联谐振问题目录3.多PCS离网环流及稳定性问题4.电池管理系统5.监控系统6.储能电站有功功率调控问题6/301、单机谐振问题分析2.多PCS并网运行并联谐振问题小结：1、单台PCS由于LCL滤波器的存在，会存在固有谐振尖峰，同时随着电网侧线路等效阻抗的增加谐振尖峰会向低频侧移动。2、谐振尖峰只有一个，通过阻尼控制策略可以很容易将该尖峰抑制，保证单台PCS的稳定运行。7/302、多机并联谐振问题2.多PCS并网运行并联谐振问题小结1、多台PCS并联之后，各台PCS与电网之间构成了负载的阻抗网络，同时谐振尖峰也由一个变为两个。2、多台PCS并联之后，系统阻抗奈奎斯特曲线更靠近禁止域，系统稳定裕度减小8/302.多PCS并网运行并联谐振问题3、并联台数的限制问题小结：1、随PCS并联台数的增加，一个谐振尖峰会固定不动，另一个谐振尖峰会向低频侧移动，造成低频次电流谐波增大，最终导致系统失稳。2、并联耦合强度随并联台数的增加逐渐减弱，按照250kW储能PCS算例分析，并联至8台后，移动的谐振尖峰基本为零。因此，并联台数>8台和8台的效果一样。9/304、谐振抑制策略2.多PCS并网运行并联谐振问题阻尼控制策略投入之前阻尼控制策略投入后10/301.背景及意义2.多PCS并网运行并联谐振问题目录3.多PCS离网环流及稳定性问题4.电池管理系统5.监控系统6.储能电站有功功率调控问题11/30环流危害：①大幅降低了系统输出功率，功率分配失衡；②使逆变器输出电流增加，系统损耗增大，严重时烧毁功率器件；③谐波环流使逆变器输出电流畸变严重，电能质量下降PCS并联环流（交流共母线）3.多PCS离网环流及稳定性问题1、环流产生机理逆变器控制方式（PI静差）输出滤波参数差异逆变器死区、控制延时器件非线性等效输出阻抗不同连接线与公共接点的距离连接线布线结构

电压幅值相角偏差连接阻抗不同12/30下垂多环控制策略鲁棒下垂控制使得下垂输出参考电压相同，减少输出阻抗差异影响虚拟阻抗反馈使等效输出阻抗相同，并减少连接阻抗差异影响3.多PCS离网环流及稳定性问题2、虚拟阻抗技术传统控制策略引入虚拟阻抗技术控制策略13/30传统控制策略虚拟阻抗技术引入后3.多PCS离网环流及稳定性问题14/301.背景及意义2.多PCS并网运行并联谐振问题目录3.多PCS离网环流及稳定性问题4.电池管理系统5.监控系统6.储能电站有功功率调控问题15/304.电池管理系统1.储能BMS系统架构要求……单台PCS储能BMS单台PCS储能BMS单台PCS储能BMS大规模储能系统的BMS需要多层结构，不同层、不同簇及不同子站间的电池管理存在诸多协调控制难题。16/302、BMS系统对外通信接口通信规约4.电池管理系统17/30电池本体结构标准化问题及大规模储能BMS系统对外通信接口及通信规约一致性问题相关标准的制定4.电池管理系统

3、大规模储能BMS电磁兼容要求大规模储能系统都采用大功率等级PCS，因此对群脉冲、雷击浪涌、静电空气以及共模干扰等因素的防护等级要求更高。电磁兼容性能要求更高18/301.背景及意义2.多PCS并网运行并联谐振问题目录3.多PCS离网环流及稳定性问题4.电池管理系统5.监控系统6.储能电站有功功率调控问题19/30百兆瓦级电池储能电站的电池单体数量将达到百万级，储能变流器多机谐振及其交叉耦合导致的集群子系统并联一致性协调控制难度大,而且电池不一致性变差的概率将大幅增加，亟待解决储能电站高效集成以及高精度出力控制难题。电化学交流阻抗储能本体不一致性兆瓦级储能电站(上万个单体)百兆瓦级储能电站(上百万个单体)大型电站化集成单体成组及电池管理规模化系统集成

1、百兆瓦级电池储能系统的电站化集成5.监控系统20/30需监控的设备众多，信息量大，电磁干扰强，导致通信节点及拓扑结构极其复杂，储能电站实时监控以及海量数据应用管理的难度大。……兆瓦级储能电站子站监控兆瓦级储能电站子站监控兆瓦级储能电站子站监控海量数据海量数据海量数据上百万数量级的海量监控数据管理与分析及应用高速响应高速响应高速响应

2、百兆瓦级电池储能电站监控与海量数据管理应用5.监控系统21/30大规模集中/分布式储能需满足新能源从秒到数十小时级时间尺度响应需求，储能电站能量管理与控制技术极其复杂，现有运行控制方法难以满足储能电站复合控制与多目标应用需求。新能源发电的随机波动性大规模储能电站平抑新能源出力波动跟踪发电计划出力参与系统调频\调压支撑站级黑启动不同时间尺度下的多目标优化控制

3、百兆瓦级电池储能电站能量管理与多目标控制应用5.监控系统22/301.背景及意义2.多PCS并网运行并联谐振问题目录3.多PCS离网环流及稳定性问题4.电池管理系统5.监控系统6.储能电站有功功率调控问题23/306.储能电站有功功率调控问题1、储能系统在新能源发电领域中的传统应用，多种控制策略综合、切换技术平滑风电波动削峰填谷跟踪计划出力参与调频协调控制技术策略切换技术难点24/306.储能电站有功功率调控问题

2、储能电站在电力系统中的新型应用——提高系统稳定性储能对于改善系统稳定性的作用机理相当于“STATCOM+连续可调的正负电阻”其注入电流的无功分量主要用于动态调节枢纽点的电压，其注入电流的有功分量相当于动态连续可调的电阻（储能周期性充放电）以上两者均可发挥反向调节，抑制系统振荡，改善系统稳定性的作用；25/30小结：1、控制效果：100%P≈50%P+50%Q>100%Q2、可以在现有电站SVG的基础上投入相同功率等级的储能系统，即可达到很好的稳定性治理效果100%Q100%P50%P+50%Q稳定情况下的控制效果对比（暂态稳定性）6.储能电站有功功率调控问题稳定情况下的控制效果对比（动态稳定性）100%Q100%P50%P+50%Q

2、储能电站在电力系统中的新型应用——提高系统稳定性26/30长线路带重负荷的情况下，储能对于电压调控的作用机理，主要在于可快速响应间歇性冲击有功负荷，减少传输线上的有功功率突增和突降，从而减少传输线的无功需求波动，从而达到调节系统电压的目的。6.储能电站有功功率调控问题

3、储能电站在电力系统中的新型应用——电压调控27/30在长线路带末端负荷场景下，影响电压的主要因素是有功波动引起的无功需求变化；在这种场合下，储能用于电压调控的主导因素是有功分量。长线路末端负荷突增100%Q100%P50%P+50%Q控制效果对比（母线电压，负荷突增200+j200MVA）100%Q50%P+50%Q100%P小结：1、控制效果：100%P≈50%P+50%Q>100%Q2、可以在负载侧原有的无功补偿装置的基础上增加相同容量的储能系统，可以达到很好的电压治理效果

3、储能电站在电力系统中的新型应用——电压调控6.储能电站有功功率调控问题28/30百MW级电站技术日益成熟、飞速发展发展，呈现下述趋势