儲能電站并網(wǎng)測試技術(shù)研究與實現(xiàn)

趙立斌 李小沛

摘要：隨著儲能技術(shù)及大型儲能電站建設(shè)的不斷發(fā)展，亟待對儲能電站進行并網(wǎng)測試以保證其并網(wǎng)后安全運行。首先根據(jù)儲能電站構(gòu)成，分析了并網(wǎng)測試指標及具體測試方法;其次，在保證被測儲能系統(tǒng)完整性的前提下，研制開發(fā)了儲能電站并網(wǎng)一體化測試平臺，并詳細介紹了該平臺的軟硬件開發(fā)及功能設(shè)計方案;最后，基于測試平臺工程應用場景，介紹了測試裝置現(xiàn)場接線方式，提出了儲能電站并網(wǎng)測試實施方案。實際工程應用表明了所提出的測試平臺及測試方案的可行性。

關(guān)鍵詞：儲能電站;并網(wǎng)測試;系統(tǒng)完整性;一體化測試平臺

引言

光伏產(chǎn)業(yè)作為新型的清潔能源開始在世界范圍內(nèi)受到關(guān)注，而中國光伏發(fā)電工程也呈現(xiàn)出快速發(fā)展的趨勢。光伏發(fā)電的開發(fā)和利用已成為解決當前面臨的能源短缺危機和緩解環(huán)保壓力的有效措施。作為分布式能源的一員，太陽能正逐步從補充能源角色向替代能源的角色過渡。在電力系統(tǒng)調(diào)峰、調(diào)頻、穩(wěn)定控制等多方面，大型光伏并網(wǎng)電站以及屋頂并網(wǎng)光伏電站正逐步發(fā)揮重要作用。

1儲能電站并網(wǎng)測試技術(shù)內(nèi)容

1.1檢測指標及測試內(nèi)容

正常并網(wǎng)運行條件下對儲能電站進行相關(guān)項目檢測。檢測內(nèi)容包括儲能電站容量、額定功率充放電時間、額定功率充放電響應時間及轉(zhuǎn)換時間、能效特性、自放電率、動態(tài)響應檢測及電能質(zhì)量檢測。儲能電站容量、額定功率充放電響應及轉(zhuǎn)換時間、能效特性等測試均在儲能電站額定功率充放電條件下進行。額定功率充放電響應時間為充放電功率從額定功率10%以階躍模式轉(zhuǎn)換為90%的響應時間，以及充放電轉(zhuǎn)換時間為額定功率90%充（放）電以階躍模式轉(zhuǎn)換為額定功率90%放（充）電的平均時間。能效特性即放電時輸出能量與此前充電時輸入能量之比。自放電率指儲能電站在滿充狀態(tài)下，單位時間內(nèi)自放電損失電量與滿充電量之比。動態(tài)響應測試是指啟停和充放電切換時儲能電站響應時間、并網(wǎng)點電能質(zhì)量及功率變化曲線測試。

1.2試驗指標及測試方法

1）耐壓特性試驗。儲能電站離網(wǎng)狀態(tài)下，在主電路與地之間運用耐壓試驗儀，對儲能電站裝置及回路耐壓水平進行耐壓試驗。耐壓測試儀的試驗電壓為50Hz正弦波，電壓等級根據(jù)儲能變流器額定電壓選取，持續(xù)時間為1min。試驗結(jié)束后記錄試驗結(jié)果。2）電網(wǎng)適應性能力試驗。根據(jù)國家電網(wǎng)公司相關(guān)企業(yè)標準，儲能電站應對電網(wǎng)側(cè)電壓或頻率的規(guī)定范圍內(nèi)變化具有耐受性。試驗時，調(diào)節(jié)模擬電網(wǎng)側(cè)電壓幅值或頻率，使之在規(guī)定的范圍內(nèi)變動，在最大值和最小值的持續(xù)時間不小于1min時，并網(wǎng)儲能電站應能正常運行。當電網(wǎng)側(cè)電壓或頻率變化超出一定范圍時，并網(wǎng)儲能電站應根據(jù)要求對電壓異?；蝾l率異常做出響應，其離網(wǎng)響應時間應滿足標準要求。3）保護特性試驗。儲能電站并網(wǎng)保護特性試驗分為元件保護和系統(tǒng)保護2類。元件保護包括變壓器、變流器及儲能元件配置的保護裝置，如欠壓、過壓保護和頻率保護等。系統(tǒng)保護主要是指采用專線方式通過10～35kV電壓等級接入電網(wǎng)的儲能系統(tǒng)，此時系統(tǒng)宜配置光纖電流差動保護或方向保護。采用繼電保護測試儀對儲能電站各元件及系統(tǒng)配置的相關(guān)保護進行試驗，并記錄繼電保護裝置的動作數(shù)據(jù)，從可靠性、安全性、速動性、靈敏性4個方面對測試結(jié)果做出評價。

2儲能電站并網(wǎng)測試技術(shù)方案

2.1硬件設(shè)計方案

儲能電站并網(wǎng)一體化測試是指將并網(wǎng)儲能電站視為一個整體系統(tǒng)，通過合理的二次側(cè)接線，對該系統(tǒng)的各項指標進行測試，從而保證測試時系統(tǒng)輸入信息的完整性。設(shè)備層包括并網(wǎng)檢測裝置及相關(guān)二次子單元，完成儲能電站運行參數(shù)及運行工況的實時采集和記錄;集控層包括PC終端、打印設(shè)備及通信設(shè)備等，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的集中存儲、記錄、分析報表生成等。測試系統(tǒng)還提供遠程服務器功能，通過專用通信通道將測試結(jié)果傳送至遠程后臺，實現(xiàn)遠程測控功能。

2.2并網(wǎng)檢測單元

并網(wǎng)檢測裝置安裝在儲能電站并網(wǎng)點處，實現(xiàn)儲能電站電能質(zhì)量、充放電轉(zhuǎn)換/響應時間、效率等檢測。裝置內(nèi)主CPU為采用多片ARM9的最新一代精簡指令集計算機（RISC）架構(gòu)的雙32位處理機和現(xiàn)場可編程邏輯門陣列（FPGA）高速邏輯芯片，處理速度更快，內(nèi)存空間更大，處理數(shù)據(jù)更多。硬件采用16位AD轉(zhuǎn)換芯片，同時采用一種新型的適用于高速采樣計算的插值算法，在硬件采樣頻率固定時，離線計算采樣插值所需參數(shù)的固化表格、軟件在線判斷查表來計算插值采樣點，從而防止過采樣或欠采樣，保證計算精度。

2.3二次子單元

二次子單元包括就地測控裝置及繼電保護測試儀等。測控裝置實現(xiàn)電網(wǎng)適應性能力測試、防孤島保護測試及低電壓穿越測試等;繼電保護測試儀對儲能電站相關(guān)保護進行測試。試驗結(jié)果經(jīng)通信管理機進行數(shù)據(jù)處理后，由光纖以太網(wǎng)將滿足通信協(xié)議要求的數(shù)據(jù)上傳至集控層終端，完成測試結(jié)果的分析輸出。

2.4測試終端

測試終端包括PC機、打印設(shè)備及通信設(shè)備等。PC機上嵌有測試控制、數(shù)據(jù)處理及波形顯示軟件，可對測試項目進行功能選擇、流程控制;對設(shè)備層上傳的數(shù)據(jù)進行時域及頻域分析，以圖表形式輸出并存儲測試結(jié)果。200kW以上的儲能系統(tǒng)接入號及出口模件、開入光隔離插件及人機界面處理插件等。其中，交流變換模件SCM-971、信號調(diào)理模件SCM-973和數(shù)據(jù)計算及存儲（DPS）子板SCM912完成模擬量采集及處理;通信處理插件SCM-911實現(xiàn)通信功能，同時與DPS子板共同完成數(shù)據(jù)存儲;通信處理插件控制中央信號和輸出中間模塊SCM-951實現(xiàn)中央信號及出口輸出;通信處理插件控制開入光隔離插件SCM-981實現(xiàn)31路開入的輸入;通信處理插件與SCM-931插件完成人機界面交互功能。裝置通過多個CPU和FPGA協(xié)同工作，實現(xiàn)了高速數(shù)據(jù)處理能力。

2.5軟件設(shè)計方案

儲能電站并網(wǎng)測試軟件設(shè)計包括數(shù)據(jù)采集處理模塊、控制模塊、通信模塊及PC終端測控顯示軟件設(shè)計等，分別完成各項檢測指標分析計算、測試控制、設(shè)備層與集控層間的通信需求及測試功能選擇、結(jié)果分析顯示等功能。軟件采用層次化、模塊化設(shè)計，各個模塊之間獨立編寫程序并分別調(diào)試;同時提供各模塊間調(diào)試接口，最后通過系統(tǒng)聯(lián)調(diào)完成儲能電站并網(wǎng)測試平臺軟件設(shè)計。

結(jié)語

隨著傳統(tǒng)能源的日益緊張與環(huán)境污染問題的日益加劇，可再生能源發(fā)電得到密切關(guān)注，其中光伏發(fā)電技術(shù)是近年來研究的熱點之一。我國已成為全球光伏發(fā)電裝機容量最大的國家，而我國光伏電站年平均利用小時數(shù)為1133h，光伏發(fā)電利用率較低。光伏發(fā)電具有波動性和間歇性等特點，大規(guī)模光伏的接入會對電網(wǎng)的電能質(zhì)量等帶來較大影響，儲能技術(shù)是解決光伏并網(wǎng)問題的有效手段之一，大型光儲電站在我國已得到相關(guān)示范驗證。目前國內(nèi)儲能電站并網(wǎng)測試技術(shù)研究較少，本文所提測試平臺及測試方案為儲能電站并網(wǎng)測試提供了理論及技術(shù)支撐，隨著儲能技術(shù)的發(fā)展，其并網(wǎng)測試裝置的應用將越來越廣泛。針對儲能電站在光伏等新能源領(lǐng)域中的應用，結(jié)合儲能電站功率切換及響應時間等因素綜合考慮儲能電站的控制策略，對提高光儲并網(wǎng)控制可靠性具有實際工程意義。

參考文獻

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