3月28-29日，由中國(guó)風(fēng)光儲(chǔ)網(wǎng)、綠電儲(chǔ)能聯(lián)盟、國(guó)家電投融和元儲(chǔ)等單位聯(lián)合主辦，上海賀勵(lì)商務(wù)咨詢有限公司承辦的2023中國(guó)國(guó)際儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)大會(huì)&中國(guó)儲(chǔ)能虛擬電廠大會(huì)（簡(jiǎn)稱：金磚儲(chǔ)能論壇）在上海大華虹橋假日酒店順利召開。同期活動(dòng)：2023中國(guó)儲(chǔ)能行業(yè)評(píng)選活動(dòng)暨頒獎(jiǎng)典禮。

 

平高集團(tuán)儲(chǔ)能科技有限公司副總經(jīng)理 阮鵬 出席論壇并發(fā)表主題演講——《新一代百兆瓦級(jí)儲(chǔ)能電站協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)》 

 

以下為演講實(shí)錄：

    今天我給大家分享的是《新一代百兆瓦級(jí)儲(chǔ)能協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)》。

    我分享一下儲(chǔ)能協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的起源和發(fā)展背景。

    來自于2017年到2020年這個(gè)階段，國(guó)內(nèi)出現(xiàn)的電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能建設(shè)的熱潮，在電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能建設(shè)之后，從電網(wǎng)的角度去思考集中式的儲(chǔ)能電站，應(yīng)該具備什么樣的功能，當(dāng)時(shí)各個(gè)地方提出了需要具備一次調(diào)頻，動(dòng)態(tài)無功響應(yīng)這樣一些快速功率調(diào)節(jié)需求。儲(chǔ)能變流器單機(jī)本身具備這類功能，所以一開始的時(shí)候技術(shù)方案采用單機(jī)調(diào)節(jié)，但是單機(jī)調(diào)節(jié)，整個(gè)大的集群形成之后，會(huì)產(chǎn)生由于PCS內(nèi)部的電參量采集的精度考慮導(dǎo)致的成本的問題，不會(huì)太高，包括多機(jī)之間動(dòng)作不一、互相產(chǎn)生功率擾動(dòng)和采集擾動(dòng)，電站整體的功率響應(yīng)效果不好。后來整個(gè)行業(yè)就思考建立一套集中儲(chǔ)能協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，把儲(chǔ)能變流器的集群進(jìn)行統(tǒng)一的電量采集，統(tǒng)一算法計(jì)算，統(tǒng)一功率控制，所以應(yīng)運(yùn)而生了儲(chǔ)能的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)。

      隨著儲(chǔ)能協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的成功應(yīng)用，在各個(gè)地方也出臺(tái)相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，要求大型的儲(chǔ)能電站、新能源電站具備一次調(diào)頻功能，也有一些地方進(jìn)一步提出動(dòng)態(tài)無功的需求。2021年國(guó)標(biāo)GB/T40595的實(shí)施，明確提出這方面的需求，也促生系統(tǒng)的標(biāo)配化，近年來大型儲(chǔ)能電站的數(shù)量不斷增多，這一塊形成了儲(chǔ)能電站的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)。

      早期的儲(chǔ)能電站中儲(chǔ)能系統(tǒng)由EMS、PCS、BMS組成，后續(xù)經(jīng)過協(xié)調(diào)控制器的加入增加了一個(gè)協(xié)調(diào)控制層，由一個(gè)控制器通過快速通信的手段來控制每一個(gè)PCS進(jìn)行集群控制。國(guó)家能源局對(duì)儲(chǔ)能提出的要求，像主動(dòng)的慣量支撐、安全性，行標(biāo)2246也提出相關(guān)的一些要求。

      近年來，根據(jù)CNESA統(tǒng)計(jì)，現(xiàn)在已經(jīng)有70多個(gè)百兆瓦級(jí)的項(xiàng)目已經(jīng)在規(guī)劃和建設(shè)當(dāng)中，大量的大規(guī)模集中式儲(chǔ)能電站正在陸陸續(xù)續(xù)地在建設(shè)。

    我們逐漸形成了一些標(biāo)準(zhǔn)，這是作為主要參編單位，團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)發(fā)布《電化學(xué)儲(chǔ)能電站協(xié)調(diào)控制器技術(shù)規(guī)范》，我們主要參編的國(guó)家能源局行標(biāo)目前處于征求意見稿的階段，希望大家積極提出寶貴意見。

      介紹一下我們?cè)缙诘漠a(chǎn)品。

      平高儲(chǔ)能設(shè)計(jì)儲(chǔ)能協(xié)調(diào)控制器源于有幸在國(guó)內(nèi)比較早地參與一些百兆瓦級(jí)別儲(chǔ)能電站的建設(shè)，其中比較典型的是江蘇的蘇州昆山儲(chǔ)能電站和南京江北儲(chǔ)能電站。

      這兩個(gè)電站的規(guī)模是110.88MW/193.6MWh，當(dāng)時(shí)還是以1000伏的系統(tǒng)為主，變流器的規(guī)格是在630千瓦/臺(tái)，整個(gè)全站有176臺(tái)PCS，昆山有4個(gè)并網(wǎng)點(diǎn)，江北有16個(gè)并網(wǎng)點(diǎn)，江蘇電網(wǎng)提出的要求是一次調(diào)頻的響應(yīng)時(shí)間在400毫秒以內(nèi)，動(dòng)態(tài)無功響應(yīng)時(shí)間在在30毫秒之內(nèi)，精切負(fù)荷響應(yīng)時(shí)間是在100毫秒之內(nèi)，提出相應(yīng)的指標(biāo)的要求。

      在建設(shè)設(shè)計(jì)初期，我們調(diào)研了很多的技術(shù)路線，有硬線控制系統(tǒng)，GOOSE協(xié)控系統(tǒng)，EtherCAT協(xié)控系統(tǒng)。我們經(jīng)過進(jìn)行比較，硬線控制在集群控制可以支持，但是需要做一些定制。在GOOSE也是可以支持，但是需要多層，因?yàn)閱螜C(jī)容量的問題需要多層進(jìn)行控制或者定制。EtherCAT系統(tǒng)因?yàn)槭欠稚⑹剑梢匀我獾臄U(kuò)展規(guī)模，所以單系統(tǒng)可以支持。

       關(guān)于16個(gè)并網(wǎng)點(diǎn)，硬線控制很難支持，而GOOSE因?yàn)槎坎杉瘍?nèi)部總線是內(nèi)部的總線，不是開放的總線，所以受標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)備的局限，標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備接口是遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到16個(gè)的，所以需要定制專用設(shè)備，而EtherCAT作為分散控制是開放式的架構(gòu)，根據(jù)需求可以任意增加，整個(gè)EtherCAT這種形式能夠支持更多的并網(wǎng)點(diǎn)。

       因?yàn)橛械目刂频墓δ苁切枰⒕W(wǎng)點(diǎn)進(jìn)行聚合控制，有的需要分散控制，獨(dú)立的控制，所以這一塊需要進(jìn)行靈活組合進(jìn)行控制，這一塊整個(gè)的硬線控制、GOOSE控制，標(biāo)準(zhǔn)化的支持相對(duì)困難一些，需要很多的定制的工作，對(duì)于EtherCAT開放式架構(gòu)更靈活，更開放。

       功率調(diào)節(jié)時(shí)間，一次調(diào)頻的時(shí)間基本上都能夠滿足，但是動(dòng)態(tài)無功對(duì)大集群，因?yàn)檎麄€(gè)的通信需要的時(shí)間，EtherCAT更容易滿足一些，包括其他的負(fù)荷，當(dāng)時(shí)做綜合對(duì)比，就選擇了EtherCAT的路線，通過一種環(huán)網(wǎng)的形式進(jìn)行雙環(huán)網(wǎng)的備份的形式進(jìn)行控制，統(tǒng)一的進(jìn)行采集，進(jìn)行算法計(jì)算，進(jìn)行分布式的控制，實(shí)現(xiàn)通過同一工業(yè)環(huán)網(wǎng)進(jìn)行功率控制。

      這是開發(fā)的整個(gè)系統(tǒng)，進(jìn)行相關(guān)的一些功能設(shè)置，一些軟件的定制設(shè)置等等參數(shù)。

      這是我們的一些情況。

      我們通過昆山這些項(xiàng)目實(shí)施得到比較好的結(jié)果，整個(gè)的一次調(diào)頻的時(shí)間，從頻率越死區(qū)到整個(gè)完成，整個(gè)功率爬坡完成是小于95毫秒，動(dòng)態(tài)無功響應(yīng)小于30毫秒，也是功率爬坡完成，源網(wǎng)荷響應(yīng)時(shí)間小于85毫秒，我們?cè)?021年，這是中國(guó)電科院做的并網(wǎng)檢測(cè)，總共20項(xiàng)檢測(cè)相應(yīng)的測(cè)試結(jié)果，在2021年獲得中關(guān)村儲(chǔ)能聯(lián)盟年度的技術(shù)創(chuàng)新大獎(jiǎng)。

      基于上述技術(shù)路線我們開發(fā)新一代的百兆瓦級(jí)的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)。為什么開發(fā)新一代？主要是幾個(gè)考慮：

    第一，零部件可靠供應(yīng)的考慮。我們?cè)诘谝淮O(shè)計(jì)的時(shí)候基于德國(guó)倍福的一些產(chǎn)品，需要通過進(jìn)口  ，隨著疫情和貿(mào)易戰(zhàn)以及科技戰(zhàn)的影響，在零部件供應(yīng)商周期比較長(zhǎng)，需要保障供應(yīng)的自主可靠。

      第二，從系統(tǒng)架構(gòu)，受到倍福標(biāo)準(zhǔn)卡件接口規(guī)格的一些限制，在我們這類應(yīng)用中，難以實(shí)現(xiàn)EtherCAT整個(gè)通訊技術(shù)平臺(tái)的更優(yōu)秀的性能，所以需要開發(fā)一些針對(duì)性的設(shè)備來做性能進(jìn)一步的挖潛。

      第三，和儲(chǔ)能設(shè)備進(jìn)行深度的融合。

      基于整個(gè)的情況，提出了新一代產(chǎn)品的設(shè)計(jì)目標(biāo)，完全可以自主地設(shè)計(jì)生產(chǎn)，控制PCS超過256臺(tái)，并網(wǎng)點(diǎn)超過16個(gè)，EMC抗干擾能力更強(qiáng)、動(dòng)態(tài)無功動(dòng)作時(shí)間在5毫秒之內(nèi)，尺寸更小，能夠集成到PCS內(nèi)部。

      這是開發(fā)的結(jié)果，實(shí)現(xiàn)完全自主化生產(chǎn)、自主化實(shí)施的產(chǎn)品，主要是由三個(gè)部分組成：協(xié)調(diào)控制主機(jī)是算法的核心和通信的核心，能夠支持各種通信協(xié)議，包括支持GPS對(duì)時(shí)等等的情況，最大能夠支持超過256臺(tái)的變流器，以及超過單個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行300MW的儲(chǔ)能電站進(jìn)行控制，也采用了無風(fēng)扇的設(shè)計(jì)。

      還有相關(guān)的電參量采集，也是分布式的采集的方式，可以直接采用CTPT，可以進(jìn)行多種電參量參數(shù)分析，包括基波電壓、電流相量、有功功率、無功功率、頻率、頻率變化率、諧波參量、三相不平衡的參量、低頻振蕩、次同步振蕩、超同步振蕩等等，我們采集的速率到25K的速率，整個(gè)的采集精度通過第三方監(jiān)測(cè)優(yōu)于PMU設(shè)備采集精度標(biāo)準(zhǔn)要求。

      這是協(xié)控從站的情況，控制指令最快可在微秒級(jí)周期實(shí)現(xiàn)下發(fā)。

      這是產(chǎn)品第三方檢測(cè)的結(jié)果，測(cè)量精度誤差在±0.0003Hz內(nèi)，一次調(diào)頻動(dòng)作時(shí)間大概測(cè)算20.9毫秒，動(dòng)態(tài)無功率是在4.44毫秒。

    我們?cè)O(shè)計(jì)了一套仿真平臺(tái)，模擬整個(gè)256臺(tái)的變流器進(jìn)行運(yùn)行，進(jìn)行實(shí)際容量的測(cè)試。

    通過新一代產(chǎn)品分析，目前具備這些特點(diǎn)，首先同步性可以在US級(jí)以下，功率刷新周期已驗(yàn)證的可以在50US進(jìn)行刷新，可以支持更多臺(tái)的集群的控制，以及分布式的部署，包括開放式的協(xié)議，因?yàn)镋TG是全球公開的協(xié)議架構(gòu)。

     這樣一些參數(shù)可以給我們整個(gè)方案帶來一些優(yōu)勢(shì)，多目標(biāo)的靈活組合的協(xié)調(diào)，通過算法進(jìn)行組合實(shí)現(xiàn)更靈活，二是可以進(jìn)行分區(qū)，因?yàn)椴捎铆h(huán)網(wǎng)的架構(gòu)，包括分區(qū)的控制，所有都通過軟件定義。三是可擴(kuò)展性，隨著有的項(xiàng)目可以分期建設(shè)，每期建設(shè)不需要額外地去動(dòng)作太多，直接把環(huán)節(jié)閉環(huán)，在需要增加的時(shí)候，就把環(huán)打開，重新組一個(gè)環(huán)就可以了。四是可以減少現(xiàn)場(chǎng)的線纜成本，五是高速的性能實(shí)際上從技術(shù)性能上，可以具備探索儲(chǔ)能實(shí)現(xiàn)多種復(fù)合功能，例如節(jié)省場(chǎng)站再加裝SVG設(shè)備費(fèi)用的可能性。

      目前在五個(gè)站進(jìn)行工程應(yīng)用，正在實(shí)施，將近770WMh的電站進(jìn)行實(shí)施。

      這是目前的一些技術(shù)平臺(tái)，在做一些整個(gè)技術(shù)平臺(tái)應(yīng)用展望，實(shí)際上上午和企業(yè)各位專家分享，關(guān)于整個(gè)儲(chǔ)能系統(tǒng)對(duì)于電網(wǎng)來講，很多的價(jià)值在于它的快速功率響應(yīng)以及精確功能控制，在電力系統(tǒng)中，功率控制需求有很多的時(shí)間尺度，現(xiàn)在具備一次調(diào)頻，還有慣量、同步振蕩、黑啟動(dòng)等等事情，這個(gè)也是國(guó)家能源局發(fā)布的《關(guān)于十四五科技創(chuàng)新規(guī)劃》當(dāng)中提出，要對(duì)在主動(dòng)支撐和并網(wǎng)安全性的一些技術(shù)進(jìn)行探討，我們目前開發(fā)的這套系統(tǒng)，為大型儲(chǔ)能電站提供了一套開放式的控制平臺(tái)，不斷探索各類功率調(diào)節(jié)功能。

    這是對(duì)電網(wǎng)支撐性，目前看近期可能有這些應(yīng)用，比如說慣性響應(yīng)、阻尼、一次調(diào)頻、動(dòng)態(tài)無功支撐、無功調(diào)壓、并離網(wǎng)、離并網(wǎng)無縫切換，這是在面向電網(wǎng)電力系統(tǒng)當(dāng)中大型儲(chǔ)能電站應(yīng)用的展望。同時(shí)也面向一些微電網(wǎng)的應(yīng)用，尤其海外一些大型工礦系統(tǒng)微電網(wǎng)當(dāng)中需要很多的暫態(tài)控制進(jìn)行組合，通過這個(gè)技術(shù)平臺(tái)來實(shí)施整個(gè)微電網(wǎng)的穩(wěn)定的運(yùn)行。

       進(jìn)一步的發(fā)展趨勢(shì)，可以進(jìn)一步融合，不管是在主控這一端和EMS進(jìn)行融合，以及從站控制這一端和PCS進(jìn)行深度融合，形成一個(gè)融合性的儲(chǔ)能系統(tǒng)，尤其現(xiàn)在的組串式的發(fā)展趨勢(shì)帶來變流器的數(shù)量和集群規(guī)模越來越大。

      簡(jiǎn)單介紹一下平高儲(chǔ)能的情況，是平高集團(tuán)的儲(chǔ)能的業(yè)務(wù)板塊，集團(tuán)始建于1970年，是我國(guó)中低壓、高壓、超高壓、特高壓開關(guān)重大裝備研發(fā)制造基地，現(xiàn)在也是歸屬于中國(guó)電信裝備集團(tuán)。經(jīng)過50年的發(fā)展，圍繞著輸變電裝備以及能源系統(tǒng)綜合解決方案來提供完整的解決方案。

      平高集團(tuán)儲(chǔ)能科技有限公司是平高集團(tuán)發(fā)力儲(chǔ)能板塊的核心平臺(tái)，響應(yīng)我國(guó)混合所有制改革，通過強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合設(shè)立的專業(yè)化公司，也是國(guó)內(nèi)比較早進(jìn)入儲(chǔ)能領(lǐng)域的公司，目前聚焦于研發(fā)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造、運(yùn)維服務(wù)，包括相關(guān)的儲(chǔ)能的一些核心零部件的研制、銷售和服務(wù)。目前在累計(jì)建設(shè)運(yùn)營(yíng)的已經(jīng)大概接近4GWh的項(xiàng)目。

      謝謝大家！