3月28-29日，由中國風(fēng)光儲網(wǎng)、綠電儲能聯(lián)盟、國家電投融和元儲等單位聯(lián)合主辦，上海賀勵商務(wù)咨詢有限公司承辦的2023中國國際儲能產(chǎn)業(yè)大會&中國儲能虛擬電廠大會（簡稱：金磚儲能論壇）在上海大華虹橋假日酒店順利召開。同期活動：2023中國儲能行業(yè)評選活動暨頒獎典禮。
平高集團(tuán)儲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——《新一代百兆瓦級儲能電站協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)》
以下為演講實錄：
今天我給大家分享的是《新一代百兆瓦級儲能協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)》。
我分享一下儲能協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的起源和發(fā)展背景。
來自于2017年到2020年這個階段，國內(nèi)出現(xiàn)的電網(wǎng)側(cè)儲能建設(shè)的熱潮，在電網(wǎng)側(cè)儲能建設(shè)之后，從電網(wǎng)的角度去思考集中式的儲能電站，應(yīng)該具備什么樣的功能，當(dāng)時各個地方提出了需要具備一次調(diào)頻，動態(tài)無功響應(yīng)這樣一些快速功率調(diào)節(jié)需求。儲能變流器單機本身具備這類功能，所以一開始的時候技術(shù)方案采用單機調(diào)節(jié)，但是單機調(diào)節(jié)，整個大的集群形成之后，會產(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，不會太高，包括多機之間動作不一、互相產(chǎn)生功率擾動和采集擾動，電站整體的功率響應(yīng)效果不好。后來整個行業(yè)就思考建立一套集中儲能協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，把儲能變流器的集群進(jìn)行統(tǒng)一的電量采集，統(tǒng)一算法計算，統(tǒng)一功率控制，所以應(yīng)運而生了儲能的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)。
隨著儲能協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的成功應(yīng)用，在各個地方也出臺相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，要求大型的儲能電站、新能源電站具備一次調(diào)頻功能，也有一些地方進(jìn)一步提出動態(tài)無功的需求。2021年國標(biāo)GB/T40595的實施，明確提出這方面的需求，也促生系統(tǒng)的標(biāo)配化，近年來大型儲能電站的數(shù)量不斷增多，這一塊形成了儲能電站的一個標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)。
早期的儲能電站中儲能系統(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協(xié)調(diào)控制層，由一個控制器通過快速通信的手段來控制每一個PCS進(jìn)行集群控制。國家能源局對儲能提出的要求，像主動的慣量支撐、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，現(xiàn)在已經(jīng)有70多個百兆瓦級的項目已經(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)儲能電站協(xié)調(diào)控制器技術(shù)規(guī)范》，我們主要參編的國家能源局行標(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。
介紹一下我們早期的產(chǎn)品。
平高儲能設(shè)計儲能協(xié)調(diào)控制器源于有幸在國內(nèi)比較早地參與一些百兆瓦級別儲能電站的建設(shè)，其中比較典型的是江蘇的蘇州昆山儲能電站和南京江北儲能電站。
這兩個電站的規(guī)模是110.88MW/193.6MWh，當(dāng)時還是以1000伏的系統(tǒng)為主，變流器的規(guī)格是在630千瓦/臺，整個全站有176臺PCS，昆山有4個并網(wǎng)點，江北有16個并網(wǎng)點，江蘇電網(wǎng)提出的要求是一次調(diào)頻的響應(yīng)時間在400毫秒以內(nèi)，動態(tài)無功響應(yīng)時間在在30毫秒之內(nèi)，精切負(fù)荷響應(yīng)時間是在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，因為單機容量的問題需要多層進(jìn)行控制或者定制。EtherCAT系統(tǒng)因為是分散式，可以任意的擴(kuò)展規(guī)模，所以單系統(tǒng)可以支持。
關(guān)于16個并網(wǎng)點，硬線控制很難支持，而GOOSE因為定量采集內(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EtherCAT這種形式能夠支持更多的并網(wǎng)點。
因為有的控制的功能是需要并網(wǎng)點進(jìn)行聚合控制，有的需要分散控制，獨立的控制，所以這一塊需要進(jìn)行靈活組合進(jìn)行控制，這一塊整個的硬線控制、GOOSE控制，標(biāo)準(zhǔn)化的支持相對困難一些，需要很多的定制的工作，對于EtherCAT開放式架構(gòu)更靈活，更開放。
功率調(diào)節(jié)時間，一次調(diào)頻的時間基本上都能夠滿足，但是動態(tài)無功對大集群，因為整個的通信需要的時間，EtherCAT更容易滿足一些，包括其他的負(fù)荷，當(dāng)時做綜合對比，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)行算法計算，進(jìn)行分布式的控制，實現(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目實施得到比較好的結(jié)果，整個的一次調(diào)頻的時間，從頻率越死區(qū)到整個完成，整個功率爬坡完成是小于95毫秒，動態(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)時間小于85毫秒，我們在2021年，這是中國電科院做的并網(wǎng)檢測，總共20項檢測相應(yīng)的測試結(jié)果，在2021年獲得中關(guān)村儲能聯(lián)盟年度的技術(shù)創(chuàng)新大獎。
基于上述技術(shù)路線我們開發(fā)新一代的百兆瓦級的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)。為什么開發(fā)新一代？主要是幾個考慮：
第一，零部件可靠供應(yīng)的考慮。我們在第一代設(shè)計的時候基于德國倍福的一些產(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，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，難以實現(xiàn)EtherCAT整個通訊技術(shù)平臺的更優(yōu)秀的性能，所以需要開發(fā)一些針對性的設(shè)備來做性能進(jìn)一步的挖潛。
第三，和儲能設(shè)備進(jìn)行深度的融合。
基于整個的情況，提出了新一代產(chǎn)品的設(shè)計目標(biāo)，完全可以自主地設(shè)計生產(chǎn)，控制PCS超過256臺，并網(wǎng)點超過16個，EMC抗干擾能力更強、動態(tài)無功動作時間在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，實現(xiàn)完全自主化生產(chǎn)、自主化實施的產(chǎn)品，主要是由三個部分組成：協(xié)調(diào)控制主機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對時等等的情況，最大能夠支持超過256臺的變流器，以及超過單個系統(tǒng)進(jìn)行300MW的儲能電站進(jìn)行控制，也采用了無風(fēng)扇的設(shè)計。
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，整個的采集精度通過第三方監(jiān)測優(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周期實現(xiàn)下發(fā)。
這是產(chǎn)品第三方檢測的結(jié)果，測量精度誤差在±0.0003Hz內(nèi)，一次調(diào)頻動作時間大概測算20.9毫秒，動態(tài)無功率是在4.44毫秒。
我們設(shè)計了一套仿真平臺，模擬整個256臺的變流器進(jìn)行運行，進(jìn)行實際容量的測試。
通過新一代產(chǎn)品分析，目前具備這些特點，首先同步性可以在US級以下，功率刷新周期已驗證的可以在50US進(jìn)行刷新，可以支持更多臺的集群的控制，以及分布式的部署，包括開放式的協(xié)議，因為ETG是全球公開的協(xié)議架構(gòu)。
這樣一些參數(shù)可以給我們整個方案帶來一些優(yōu)勢，多目標(biāo)的靈活組合的協(xié)調(diào)，通過算法進(jìn)行組合實現(xiàn)更靈活，二是可以進(jìn)行分區(qū)，因為采用環(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，隨著有的項目可以分期建設(shè)，每期建設(shè)不需要額外地去動作太多，直接把環(huán)節(jié)閉環(huán)，在需要增加的時候，就把環(huán)打開，重新組一個環(huán)就可以了。四是可以減少現(xiàn)場的線纜成本，五是高速的性能實際上從技術(shù)性能上，可以具備探索儲能實現(xiàn)多種復(fù)合功能，例如節(jié)省場站再加裝SVG設(shè)備費用的可能性。
目前在五個站進(jìn)行工程應(yīng)用，正在實施，將近770WMh的電站進(jìn)行實施。
這是目前的一些技術(shù)平臺，在做一些整個技術(shù)平臺應(yīng)用展望，實際上上午和企業(yè)各位專家分享，關(guān)于整個儲能系統(tǒng)對于電網(wǎng)來講，很多的價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間尺度，現(xiàn)在具備一次調(diào)頻，還有慣量、同步振蕩、黑啟動等等事情，這個也是國家能源局發(fā)布的《關(guān)于十四五科技創(chuàng)新規(guī)劃》當(dāng)中提出，要對在主動支撐和并網(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)，為大型儲能電站提供了一套開放式的控制平臺，不斷探索各類功率調(diào)節(jié)功能。
這是對電網(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)中大型儲能電站應(yīng)用的展望。同時也面向一些微電網(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，通過這個技術(shù)平臺來實施整個微電網(wǎng)的穩(wěn)定的運行。
進(jìn)一步的發(fā)展趨勢，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，形成一個融合性的儲能系統(tǒng)，尤其現(xiàn)在的組串式的發(fā)展趨勢帶來變流器的數(shù)量和集群規(guī)模越來越大。
簡單介紹一下平高儲能的情況，是平高集團(tuán)的儲能的業(yè)務(wù)板塊，集團(tuán)始建于1970年，是我國中低壓、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)儲能科技有限公司是平高集團(tuán)發(fā)力儲能板塊的核心平臺，響應(yīng)我國混合所有制改革，通過強強聯(lián)合設(shè)立的專業(yè)化公司，也是國內(nèi)比較早進(jìn)入儲能領(lǐng)域的公司，目前聚焦于研發(fā)設(shè)計、生產(chǎn)制造、運維服務(wù)，包括相關(guān)的儲能的一些核心零部件的研制、銷售和服務(wù)。目前在累計建設(shè)運營的已經(jīng)大概接近4GWh的項目。
謝謝大家！
