电网测大规模预制舱式电池储能电站集成技术研究与应用

电网测大规模预制舱式电池储能电站集成技术研究与应用

聂建波1陈楠2

聂建波1陈楠2

（1.国网浙江综合能源服务有限公司310020；2.国网浙江省电力有限公司绍兴供电公司312000）

摘要：随着我国科学技术的不断发展，电池储能技术在电力系统发输配用电领域逐渐被广泛应用，在电池储能技术广泛应用的今天，大规模的可再生能源的种类以及用户的分布性形式等都有了一定程度的提高。电网侧大规模预制舱式储能技术对可再生能源的需求响应有了一定程度的要求和影响。因此，本文通过对电网侧大规模预制舱式电池储能电站集成技术研究的应用进行了分析和研究，电力系统的具体组成以及规模等不同方面进行了详细的研究，阐述了如何对电力系统的电源网进行控制，同时阐述了电池储能技术的特点，为未来的电池储能技术在电站中的应用提供了一些建议和参考。

关键词：大规模预制舱式；电池储能电站；集成技术研究

随着我国科学技术的不断发展以及经济的不断进步，我国自改革开放以来，主要以火力发电为主。使用火力发电的主要原因是使用的煤炭数量相对较小，最大限度降低煤炭的使用量，减少了环境的污染。同时，火电机组在运行过程中，由于火力发电机组响应时间长，会在一定程度降低机器运行的振动频率，会对设备的运行产生影响，同时对火电机组的工作效率产生一定影响，无法准确提供频率的指令。因此，使用火电机组无法实现对频率的调节，同时电网的储能会在用电高峰时段产生一定的供电影响，造成一定的电能资源浪费。由于电池储能站有调节能力强和控制准确等优点，利用电池储能设备可以在一定程度上提高火电机组的运行效率，使电网系统能够更科学高效运行，通过对储能电站的研究和分析，探讨了大规模下的电池储能站的配置以及如何有效运行，为未来的大规模电池储能站的推广和应用提供一些相应的建议和参考。

1.集成系统

储能变流器（PowerConversionSystem，简称PCS）在电化学储能系统中，连接于电池系统与电网（和/或负荷）之间的实现电能双向转换的装置，可控制蓄电池的充电和放电过程，进行交直流的变换，在无电网情况下可以直接为交流负荷供电。

PCS由DC/AC双向变流器、控制单元等构成。PCS控制器通过通讯接收后台控制指令，根据功率指令的符号及大小控制变流器对电池进行充电或放电，实现对电网有功功率及无功功率的调节。同时PCS可通过控制器局域网（ControllerAreaNetwork，简称CAN）或Modbus通讯接口与BMS系统通讯，获取电池组状态信息，可实现对电池的保护性充放电，确保电池运行安全【1】。

储能单元由储能变流器（PCS）、储能电池堆（BP）和电池管理系统（BMS）构成，BP通过PCS完成DC/AC变换后接入交流母线，实现能量的存储和释放。PCS控制BP进行充放电动作：在充电状态时，PCS作为整流装置将电能从交流转变成直流储存到BP；在放电状态时，PCS作为逆变装置将BP储存的电能从直流变为交流，输送到电网。BMS能够实时监控BP的电压、电流和温度，通过将关键信息传给PCS对BP的充放电过程进行协调管理，避免过压、欠压和过流等问题的发生，同时具有充放电均衡管理功能。

2.二次保护及监控系统设计

系统采用开放式分层分布系统结构，由站控层网络设备组成。这些层彼此独立，站控制层负责在站控制级别之间的请求以及各种访问请求之间的站传输的数据。硬件设备和数据链采用以太网，托架级设备采用以太网接入双站控制层网络，托架级设备直接与站控制层通信，使站控层和托架层可以完成各个站点的信息采集和控制。

储能电站监控系统根据系统的要求和储能电站的运行方式，实时完成对储能电站、控制电源系统、等电气设备的自动监控和调节，并同时在智能控制调度系统内集成储能PCS和电池本体监控软件，可以对电池本体的监测和对PCS的监控功能。电池储能监控平台用于电池储能系统的监视和控制，协调储能系统的协调运行及系统接入，实现电池储能系统的应用。除实现常规三遥（遥测、遥信、遥控）功能外，储能监控系统根据不同的控制需求，具有多种应用方式，如削峰填谷的应用功能等。

储能电站的监控系统采集电池系统、变流器以及配电系统信息，并对所采集的实时信息进行数字滤波、有效性检查、工程值转换等加工，从而提供可应用的各种实时数据。电站继电保护和安全自动装置应满足可靠性、选择性、灵敏性和速动性的要求，储能单元需自带保护功能，具备低电压闭锁的三段式电流保护，过负荷保护，零序保护和非电量保护功能。同时，为保证通信设备的安全稳定运行，在储能电站可根据实际情况需要，配置1套通信电源设备，通信电源与二次电源一体化设计，容量满足在事故状态下向通信设备不间断供电4小时的需求。

3.预制舱设计

大多数传统发电站位于固定建筑物内，由于施工周期长、成本高，导致二次利用率低。因此，在预制舱设计时，应当使用预先设定的计划。与传统电站相比，预制舱的设计能够降低施工周期和成本，同时维护方便。在预制舱的设计过程中，采用防水、保暖、隔热和防震的设计，将预制门板与外部连通的部分由密封条保护起来，以防止灰尘或雨水在户外时进入风或沙。在容器内，对预制舱进行防振设计时，应当确保预制舱及其内部设备的机械强度满足运输和地震条件下的要求。

电站内安装了一系列排风措施确保任何易爆气体被及时监测并排出，逃生设计使用标准的逃生锁、应急灯以及自动灭火设备来释放声光报警。预制舱内蓄电池消防措施主要采用七氟丙烷自动灭火系统，预制舱场地上布置移动式灭火器。消防配电线路均暗敷于非燃烧结构内，或采用金属管保护，电缆均采用阻燃型电缆，电缆防火采取封、堵、隔等防火措施。在配电装置的电缆进出口、电缆沟出墙等处用防火堵料封堵严密。预制舱有两种设计，一个非标准的20英尺预制舱和一个非标准的40英尺预制舱【2】，经过改造和装修后，将电池堆、储能双向变流器（PCS）、变压器、高低压柜等安装在预制舱内

4.控制策略及实现逻辑

在储能电站中安装一个控制终端，通过光纤传输数据以及调度信息等，实现对远程控制终端各主站间的信息传输和与EMS通信，最终实现对PCS控制的目标。控制终端在收到指令后，通过准确的负荷指令可以将PCS终端当前的工作状态转向至电网的放电状态，实现电网系统与控制终端间的信息传输。储能系统需要与终端接口，能量管理系统（EMS）与终端通信，实现能量存储容量和功率等数据的采集。每个PCS可以接受一个部分（终端）控制点，实现充放电功能。具体过程如下：

（1）PCS接收终端紧急控制命令并向电网施加力（最大功率）。

（2）EMS接收终端紧急控制命令（比前者稍慢），并且基于能量存储装置的电池状况，经济输出（适合于电池状态的功率）。

（3）EMS接收负载恢复命令（几分钟或稍长），恢复EMS的正常操作逻辑，并控制PCS不再向电网发送电源【3】。

5.结论

储能作为可再生能源基地和分布式新能源微网和配电网的必要组成部分，是新一代电力系统的基础。大规模储能电站的广泛应用为电力系统带来了许多的便利，能有效提升电力系统、电网运行安全水平。因此，若想使大规模储能电站能够更好的运行，同时保证电力系统以及电网系统能够正常、平稳的运行，就需要对大规模的电池储能电站进行研究和分析，以电池储能电站为独立电站，实现缓解电力系统压力，提供削峰填谷、需求响应和紧急支撑等多种服务。所以，本文利用电池储能建设探讨可以在一定程度上提高电力系统的运行效率，使电网系统能够正常运行，通过对储能电站的研究和分析，探讨了大规模下的电池储能站的配置以及如何有效运行，为未来的电化学储能电站的发展做好铺垫【4】。

参考文献：

［1］甘江华，刘怀照，陈世锋，等．梯次利用电池的中型储能系统工程方案设计［J］．电器与能效管理技术，2017（13）：82-87．

［2］宋永，黄继军，黄际元，等．储能电池参与电网快速调频的场景分析［J］．电气应用，2017（11）：52-56．

［3］李相俊，王上行，惠东．电池储能系统运行控制与应用方法综述及展望［J］．电网技术，2017，41（10）：3315-3325.

［6］程时杰，文劲宇，孙海顺．储能技术及其在现代电力系统中的应用［J］．电气应用，2005，24（4）：1-8.