電網(wǎng)側(cè)儲能電站的技術(shù)原理分析及應(yīng)用研究

摘要：儲能作為能源服務(wù)新產(chǎn)品，是優(yōu)質(zhì)、可靠的毫秒級控制響應(yīng)資源，可以提供有功無功的雙重支撐，為電網(wǎng)提供調(diào)峰、調(diào)頻、備用以及事故應(yīng)急響應(yīng)等多種服務(wù)。為了緩解地區(qū)夏季高峰期間供電壓力和提高地區(qū)電網(wǎng)可再生能源就地消納水平、削峰填谷能力、局部電網(wǎng)供電能力以及電網(wǎng)靈活調(diào)節(jié)能力，結(jié)合電化學(xué)儲能電站建設(shè)周期短、布點靈活的優(yōu)勢，可規(guī)劃實施電網(wǎng)側(cè)儲能電站項目?；诖耍疚闹饕治隽穗娋W(wǎng)側(cè)儲能電站的技術(shù)原理及應(yīng)用有關(guān)內(nèi)容，可供參考。

關(guān)鍵詞：儲能電站;網(wǎng)荷;能量管理系統(tǒng);電池管理系統(tǒng)

1概述

當(dāng)火電機(jī)組降低運行負(fù)荷進(jìn)行調(diào)峰的時候，效率降低，煤耗率相應(yīng)提高。另外，發(fā)電機(jī)組響應(yīng)時間慢，不能快速響應(yīng)因負(fù)荷變化而引起的頻率波動，并且參與二次調(diào)頻的火電機(jī)組受爬坡速率限制，不能精確跟蹤調(diào)度調(diào)頻指令。因此，以火電為主的電網(wǎng)并不能有效快速的實現(xiàn)頻率的調(diào)節(jié)。與此同時，電網(wǎng)的不儲備電能的特點造成了在用電高峰期供電緊張，用電低谷時電力浪費的局面。在緩解電力缺口，解決電網(wǎng)調(diào)頻方面，有關(guān)專家做了一些研究，其中一個有效途徑就是建設(shè)“電網(wǎng)友好型儲能電站”。在各種儲能載體當(dāng)中，電池儲能由于其無運動部件、動態(tài)特性好以及能量密度高等特點得到了一致認(rèn)可。電池儲能電站具有跟蹤負(fù)荷變化能力強、響應(yīng)速度快以及控制精確等特點。其削峰填谷作用，可以提高火電機(jī)組運行小時數(shù)，使電網(wǎng)內(nèi)煤電機(jī)組能在其經(jīng)濟(jì)區(qū)間上運行;對于需要啟停機(jī)組調(diào)峰的電網(wǎng)，可以減少電網(wǎng)啟停機(jī)組的費用和對機(jī)組壽命的影響，進(jìn)而提高電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)性;同時能實現(xiàn)頻率調(diào)節(jié)響應(yīng)曲線與調(diào)度要求曲線基本一致，避免出現(xiàn)電網(wǎng)自身調(diào)節(jié)滯后，調(diào)節(jié)方向出現(xiàn)偏差的現(xiàn)象。因此，大規(guī)模電池儲能電站的應(yīng)用可實現(xiàn)用戶側(cè)需求管理，消除峰谷差，降低供電成本。同時，在保證電網(wǎng)穩(wěn)定性和安全性，快速響應(yīng)頻率波動、補償負(fù)荷需求變化方面具有重要的作用。

2儲能電站的組成分析

電網(wǎng)側(cè)儲能電站采用標(biāo)準(zhǔn)預(yù)制艙體戶外布置形式，通過多回10kV線路接入110kV變電站10kV母線。儲能電站主要由電池艙、PCS升壓艙、智能總控艙、10kV匯流艙、SVG艙以及站用變艙組成。電池艙由電池管理系統(tǒng)（BMS）和磷酸鐵鋰電池組成。每座PCS升壓艙與儲能電池艙一一對應(yīng)，每座PCS升壓艙含有2臺500kWPCS變流器和1臺1250kVA變壓器。10kV匯流艙每段母線含2面儲能電池進(jìn)線柜，1面SVG進(jìn)線柜，1面母線設(shè)備柜，1面計量柜，1面出線柜及相關(guān)附屬設(shè)備。智能總控艙布置站端監(jiān)控系統(tǒng)（EMS）、智能網(wǎng)荷互動終端、同步相量測量裝置（PMU）、防孤島保護(hù)及頻率電壓緊急控制裝置、故障錄波柜、交直流一體化電源以及備用屏柜等。

3儲能電站的技術(shù)原理分析

3.1智能網(wǎng)荷互動終端

儲能電站智能網(wǎng)荷互動終端通過調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)光纖通道，上行與毫秒級精準(zhǔn)切負(fù)荷主站、營銷控制快速響應(yīng)主站通信，下行與站端監(jiān)控系統(tǒng)（EMS）通信，通過對PCS的精準(zhǔn)控制，實現(xiàn)“負(fù)荷”向“電源”的毫秒級轉(zhuǎn)變。當(dāng)電力系統(tǒng)電量發(fā)生供需不平衡的時候，容易形成電網(wǎng)事故。而此時源網(wǎng)荷裝置會動作，將儲能電站變?yōu)樘摂M電廠，通過控制PCS滿功率向電網(wǎng)輸送有功功率，彌補短時間的電力短缺，進(jìn)而維持電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行。

3.2預(yù)制艙設(shè)計

傳統(tǒng)電站大多位于固定建筑物當(dāng)中，建造周期較長，成本高，二次利用率低。本項目采用預(yù)制艙方案。本設(shè)計方案中預(yù)制艙采用防水、保暖、隔熱以及阻燃防震設(shè)計。預(yù)制艙門板與外界連通的部位采用密封條防護(hù)，防止在戶外遭遇風(fēng)沙或降雨天氣時灰塵或雨水進(jìn)入集裝箱內(nèi)部。進(jìn)出線：包含電源線、通信線、光纜等采用下進(jìn)下出方式布置。具有防震設(shè)計，保證運輸和地震條件下預(yù)制艙及其內(nèi)部設(shè)備的機(jī)械強度滿足要求，不出現(xiàn)變形、功能異常、震動后不運行等故障。逃生設(shè)計采用了標(biāo)識、應(yīng)急燈、自動滅火氣體釋放聲光報警等措施。

3.3智能輔助系統(tǒng)

智能輔助控制系統(tǒng)，主要由圖像監(jiān)視及安全警衛(wèi)子系統(tǒng)、火災(zāi)自動報警及消防子系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)測子系統(tǒng)三部分組成。其中，電池艙和PCS升壓艙采用帶紅外測溫功能的高清攝像頭，實時掌握環(huán)境溫度及設(shè)備溫度狀態(tài)。智能輔助控制系統(tǒng)實時接收各類終端裝置上傳的信號，分類存儲并分析、計算、判斷以及統(tǒng)計各類信息，實現(xiàn)各系統(tǒng)的智能聯(lián)動控制。

3.4二次保護(hù)及監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

系統(tǒng)采用開放式分層分布結(jié)構(gòu)，由站控層、間隔層以及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備構(gòu)成，層與層之間相互獨立，網(wǎng)絡(luò)傳輸速率≥100Mbit/s。站控層網(wǎng)絡(luò)負(fù)責(zé)站控層各個工作站之間和來自間隔層的全部數(shù)據(jù)的傳輸和各種訪問請求。硬件設(shè)備、數(shù)據(jù)鏈路采用雙重化星形以太網(wǎng)。間隔層設(shè)備采用雙重化星形以太網(wǎng)接入雙重化站控層網(wǎng)絡(luò)，間隔層設(shè)備直接與站控層通信，這樣可實現(xiàn)站控層與間隔層能夠并行完成信息的采集以及各個斷路器控制的功能。

4儲能電站在電網(wǎng)側(cè)的應(yīng)用分析

例如，某儲能電站儲能系統(tǒng)采用預(yù)制艙戶外布置方式，共設(shè)置24套儲能電池預(yù)制艙和24套PCS及升壓變壓器成套裝置，每個電池預(yù)制艙容量為1MW×2h，采用40英尺非標(biāo)預(yù)制艙;每座PCS升壓艙與儲能電池艙一一對應(yīng)，每座PCS升壓艙含有2臺500kWPCS變流器和1臺1250kVA雙繞組升壓變壓器。PCS變流器實現(xiàn)DC/AC轉(zhuǎn)換，將直流760V轉(zhuǎn)化為交流315V，然后由升壓變壓器升壓至10kV并分別接入三段10kV匯流母線。每段10kV匯流艙含2面儲能電池進(jìn)線柜，1面SVG進(jìn)線柜，1面母線設(shè)備柜，1面計量柜，1面出線柜及相關(guān)附屬設(shè)備。每4座儲能電池艙與PCS升壓艙并聯(lián)接入10kV匯流艙中的1面儲能電池進(jìn)線柜。每段匯流母線通過10kV匯流艙中的1面出線柜將新建10kV線路接入對側(cè)110kV變電站10kV開關(guān)柜。

5結(jié)語

大規(guī)模儲能電站在電網(wǎng)側(cè)運行能夠提供調(diào)峰、備用電以及需求響應(yīng)等多項服務(wù)，有效實現(xiàn)電網(wǎng)削峰填谷，緩解電網(wǎng)高峰供電壓力等功能，為了確保大電網(wǎng)安全可靠穩(wěn)定運營提供了一種新的路徑。理論與實踐證明大規(guī)模電池儲能電站可作為獨立電站參與電網(wǎng)調(diào)峰/調(diào)頻，提供備用、削峰填谷，同時也可作為輸電網(wǎng)投資升級替代方案，延緩電網(wǎng)升級，并為電網(wǎng)提供二次調(diào)頻服務(wù)。

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作者簡介：劉平（1987.06），性別：男;籍貫：貴州省息烽縣;民族：漢;學(xué)歷：本科;論文研究方向：電網(wǎng)儲能應(yīng)用;