刘为群---大容量储能系统控制技术研究（杭州储能大会）.pdf

大容量储能系统控制技术 杭州 2019-4-25 28pt 2www.nrec.com 内容 1 储能系统概述 2 储能 系统 控制技术 3 总结 28pt 3www.nrec.com 储能系统概述 -分类 抽水蓄能 压缩空气 飞轮储能 超级电容 锂离子电池 铅蓄电池 钠硫电池 液流电池 物理类 电化学 类 28pt 4www.nrec.com 电源侧 1 新能源平抑 新 能源发电的 功率 波动， 减少 弃 光 弃风 。 传统 电源 辅助 火电调频 ，提高 发电厂经济效益 储能系统概述 -作用  电池储能系统的作用 电网侧 2 调频 调压 调峰 紧急控制 黑启动 负荷侧 3 削峰填谷 平抑负荷波动 平移负荷，减少 对供电容量需求 应急电源 微网 4 基准电源 双向调控 快速调 节工具 28pt 5www.nrec.com 储能系统概述 -作用 长时间 （ 分钟 -小时） 中短时间 （ 秒 -分钟） 短时 （ 毫秒 -秒） 电网 调度及 潮流优化 稳定频率和 电压 （二次调频 /调压） 一次 调频 /调 压 暂态控制 电源 优化电源外特性 平抑 新能 源 发电 波动 消除 新能 源 尖峰和深谷 负荷 优化负荷外特性 平抑负荷波动 应急电源 消除 负荷 尖峰和深谷 放 电 放 电 充 电 充 电 28pt 6www.nrec.com 储能系统概述 -现状 2018年 2019年  现状  现状 舆论很热 ， 关注度很高 ， 示范项目有 ， 但商业项目不多 舆论很热 ， 关注度很高 ， 项目多 ， 实施 很 快 项目盈利困难 储能收益模式仍 不明朗 用户的主动性 、 积极性不高 投资 的 主动性 、 积极性 不高政策的主动性 、 积极性非常 高 （ 国网 、 南网发文 ）  原因  原因 储能的作用还没有被充分认识 ， 储能控制策略重要性认识 不到位 储能的 作用被 认识 （ 储能 控制重要性 认识仍然 不到位 ） 储能的价值还没有被充分认可 ， 储能不是电能的搬运工 ， 是电能主动平衡的工具 储能 的 作用 被认可 ， 但价值实现较难 如何充分发挥储能的价值 研究得不够 储能系统的 “ 成本控制 ” 需要花大的力气 储能系统的 “ 成本控制 ” 还有很长的路要走 28pt 7www.nrec.com 内容 1 储能系统概述 2 储能系统控制技术 3 总结 28pt 8www.nrec.com 储能 系统的控制要求  储能变流器的控制策略 - 频率 /电压控制 - 有功 /无功控制 - 虚拟同步机（ VSG）控制  储能系统的控制要求 - 并网时一次调频 /调压 控制、暂态紧急 控制、（ 二次调频 /调压 控制、 PQ控制） - 离 网 时恒频 /恒压控制 、 （ PQ控制） 28pt 9www.nrec.com 储能变流器的控制策略  储能单元架构 放 电 放 电 充 电 充 电 电池 变流器 电网 X c  I Δ U  c U  S U  ～ ～ 28pt 10www.nrec.com 储能 变流器的控制策略 有 功 无 功 过 载 能 力 P n 1 . 1 P n 正 常 输 出 - P n - 1 . 1 P N  储能变流器等效为一个电源 - 有功、无 功双向 可控 X c  I Δ U  c U  S U  ～ ～ 28pt 11www.nrec.com X c  I Δ U  c U  S U  ～ ～ 储能变流器的控制策略  储能变流器的基本控制策略 - Xd* D轴指令值， 有功功率、频率 等 - Xd D轴测量值 - Xq* Q轴指令值， 无功功率、电压 等 - Xq Q轴测量值 P I 1 dLi P I diqi * qi   *du * qu1 qLi * di  u *  *u S u P I *dX dX  α β d q P I * qX qX S P W M 28pt 12www.nrec.com    虚拟同步发电机 一次调频 惯性模拟 一次调压 Q 0u refP 1 s0 *du* qu *Q 0 1 Js 1 pmg ge P qn 并网时通过摇摆 方程跟踪 电网频率和相位 储能变流器的控制策略  虚拟同步 机技术 （ VSG 28pt 13www.nrec.com 储能 系统的控制要求  储能变流器的控制策略 - 频率 /电压控制 - 有功 /无功控制 - 虚拟同步机（ VSG）控制  储能系统的控制要求 - 并网时一次调频 /调压模式、 暂态紧急 控制、（ 二次调频 /调压 控制、 PQ模式） - 离 网 时恒频 /恒压模式、（ PQ模式） 28pt 14www.nrec.com BATBMS 电池系统 储能系统的能量储存介质 PMS 协调控制器 EMS 能量管理系统 高级功能控制 装置，根据不同应用需求，制定相应 的系统级控制策略，并下发指令给 PCS执行 监控管理 整套储能系统，包含电气监控、能量管理 和智能辅助控制等子系统，保障系统安全可靠运行 PCS 储能变流器 储能系统的核心设备，能够 实现能量在电池和电网 之间的可控双向流动 大容量储能系统典型架构 28pt 15www.nrec.com 储能系统的控制技术（并网）  一次调频调压模式运行 - PCS设备一次 调频  各 PCS按照下垂曲线获得有功无功指令，按功率 指令 进行 闭环控制  适用 储能系统容量不大、 PCS数量不多的 场合  PCS之间的行为差异，会导致总体调节效果受到影响 - 系统 整体一次 调频（配置 协调控制器 PMS/系统 控制器）  协调 控制器按照 下垂曲线获得有功无功指令，下发给多 PCS，各 PCS按 PQ模式运行  适用于系统容量大， PCS数量多的 场合  协调控制器与 PCS之间配置 快速通信 通道，实现命令的快速下达 - 按模拟同步发电机（ VSG）模式 运行，设置下垂外特性 f P S f 1 f 2 P 1 P 2 曲线 1 28pt 16www.nrec.com 储能系统的控制技术（并网）  二 次调频调压 - 一次调频调压设备接受外部二次调频调压命令，执行二次调节  PQ模式 /调峰模式运行 - 各 PCS按 照 给定的 有功 /无 功 指令进行闭环控制 ，输出稳定的功率 - 功率 指令来自外部上一级控制器、 AGC/AVC、或监控系统 - 储能不主动参与任何电网需求响应控制，只跟踪给定的功率目标运行 28pt 17www.nrec.com 储能系统的控制技术 （ 并网）  电网紧急控制 - 稳定控制常规方案切机、切负荷，响应时间 100-200ms - 稳定 控制的新方案快速控制储能系统， 以调 代切 ， 响应时间小于 100ms，尽可能减小切机切负荷量  协调控制器接受稳控制子站控制命令，分解控制目标，快速下发给各 PCS  PCS快速接受指令、快速执行指令、快速控制到达目标值 28pt 18www.nrec.com 储能系统的控制技术 （ 并网）  并网储能系统的控制技术 - 并网控制案例印度国家电网储能研究示范项目 调频 调峰 28pt 19www.nrec.com 储能系统的控制技术 （离 网）  离 网储能系统变流器的运行模式 - VSG模式模拟同步发电机外特性运行 - V/F模式 按给定的 电压 /频率指令运行 ，维持系统电压 /频率稳定 - 调频 调压模式按 频率 /电压 指令 调节有功、无功 （非重要模式） - PQ模式按给定的 有功 /无功指令 ，输出稳定的功率 （ 非重要模式 ） 28pt 20www.nrec.com 储能系统的控制技术 （离 网）  离网储能系统的控制技术 - 实现离网系统多 VSG并联稳定运行的技术  锁相环自校正的转子运动方程优化控制  电压分量反馈的电流环稳定性提升策略  正负序独立控制的电压环电流环参数设计方法 pD0 o Pg * duqDoQguP 频 率 - 有 功 下 垂 控 制 电 压 - 无 功 下 垂 控 制 setPsetQ set P mPgsetP mPP C S 1P C S 2pD0 oPg *duqD oQguP 频 率 - 有 功 下 垂 控 制 电 压 - 无 功 下 垂 控 制 setsetQ 28pt 21www.nrec.com 储能系统的控制技术 （离 网）  离网储能系统的控制技术 - 离网控制的案例 新疆微电网 实现 32台 PCS虚拟同步机模式并联，作为主电源支撑整个微网的电压、频率稳定。 28pt 22www.nrec.com 储能系统的控制技术 （离 网）  离网储能系统的控制技术 - 离网控制的案例 新疆微电网 储能变流器承受变压器直接冲击，系统电压、频率平稳过渡 电压 励磁 涌流 28pt 23www.nrec.com 储能系统的控制技术 （离 网）  离网储能系统的控制技术 - 离网控制的案例 新疆微电网 PCS黑启动（零起升压软启动，全站程控黑启动） 电压 电流 28pt 24www.nrec.com 内容 1 储能系统概述 2 储能 系统 控制技术 3 总结 28pt 25www.nrec.com  储能的价值 --并网系统中 - 第一作为可快速调节的电源，是电网暂态时的快速调节和稳定控制的 优秀 工具 - 第二主动参与电网的频率和电压调节，提高电网电能质量 - 第三作为 PQ源，参与电网的调度调节，进行削峰填谷  储能的价值 --离网系统中 - 第一作为频率和电压稳定电源，自动进行电网的功率平衡和稳定控制 - 第二 作为黑启动主电源，提升黑启动的速度和成功率 - 第三作为 PQ源，参与电网功率平衡调节 总结 28pt 26www.nrec.com 总结  储能发展的技术关键 - 控制策略先进、控制性能优、控制器可靠性高 - 电池效率高、寿命长、可靠性高 28pt 感 谢 关 注 欢迎垂询刘为群 13951611544 版本 2017 Copyright 2017 南京南瑞继保电气有限公司版权所有 www.nrec.com