汇川技术陈实：具有新型协控系统的储能解决方案.pdf

民族品牌成立 华 为 ＆ 艾 默 生系 → 汇 川技 术 员工 总部 生产基地 2020 年 支 援湖北 防疫700 万元 现金 2021 年 支 援河 南 防汛 救 灾1500 万现 金 及产 品1,137 3,777 8,70915,939 19,485 30,393 67,460 105,403 119,319 172,587 224,255 277,025 366,005 477,730 587,400 739,037 1,150,905 1,794,325 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 2021年税后收入999 1,704 5,378 10,437 13,982 15,733 20,394 25,857 38,532 59,221 71,180 85,556 102,323 168,546SCADA PLC/ / RFID ERP APS MES WMS AGV Andon/ SRM TMSISO 9001 OHSAS18001 ISO14001 ESD S20.20 ISO26262 ISO17025 TS16949 DA2920 CL1124 + + + 2007.03 2010.11 2013.05 2013.11 2017.02 2017.05 2012.05 2018.12 2018.08 2021.09 PSA NSA R&D Audit Software Audit Formel-Q 2017.12 Nissan FCA VOLVO AVL NVH 大规模接入 呈现趋势 结构更加复杂 系统惯量减小 电源波动性大 负荷波动性大0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 MW - - - #1 PCS #2 PCS #3 PCS #n PCS 主 控 备 用 . PMS 协 控 层 EMS 控 制 层 IEC61850 协 调 控 制 器 . 测 量 信 号 #n BMS #1 BMS #2 BMS #3 BMS 快 速 网 络 EMS PCS PMS P/Q V/F PCS BAT+BMS( 储 能 系 统EMS 监 视 与 控 制 数 据 采 集 监 视 · 电 池 系 统 · PCS 系 统 · 配 电 系 统 操 作 与 控 制 · 电 池 系 统 · PCS 系 统 · 配 电 系 统 调 度 通 信 信 号 上 传 控 制 接 收 时 钟 同 步 计 量 PMU 故 障 录 波 保 信 电 池 系 统 监 视 模 块 簇 组 状 态 遥 控 通 风 消 防 等 功 率 控 制 有 功 功 率 · AGC · 计 划 跟 踪 无 功 功 率 · AVC · 计 划 跟 踪 站 控 服 务 数 据 库 查 询 统 计 工 程 师 终 端 打 印 机 储 能 系 统PMS 数 据 采 集 监 视 · PCS 电 池 组 · PCS 系 统 操 作 与 控 制 · PCS 遥 控 · 远 程/ 就 地 有 功 功 率 控 制 · 一 次 调 频 · 紧 急 事 件 · 均 衡 算 法 无 功 功 率 控 制 · 动 态 无 功 · 紧 急 事 件 · 功 率 分 配 储 能 系 统PCS PCS 遥 信 遥 测 量 PCS 遥 控 量 PCS 有 功 遥 调 PCS 无 功 遥 调 储 能 系 统BMS BMS 遥 信 遥 测 量 电 池 组 重 要 信 息 BMS 数 据 · 电 池 组 · 模 块 、 簇 GOOSE    EMS A EMS B A B IEC61850 A IEC61850 B A B BMS 协调控制器 协调控制器 PT/CT PCS BMS PCS BMS PCS BMS PCS BMS PCS BMS PCS . 热备冗余 IEC61850 A IEC61850 B IEC61850 A IEC61850 B PCS MW GW   /SVG     CCU CCU -  CCU CCU - ＜ ， ＜ ＜ ＞ ＜ ， ＜ ＜ ＞ • • • • •        CCU CCU PT/CT EMS A EMS B A B IEC61850 A IEC61850 B A B EtherCAT_A EtherCAT_B 485 CAN 485 CAN 485 CAN n ESGU ESGU ESGU 485 CAN ESGU 2.2MWh 2.2MWh 2.2MWh 2.2MWh IEC61850 A IEC61850 B IEC61850 A IEC61850 B  源        源       并网点 PT/CT 采样 热备冗余 热备 冗余 热备 冗余 热备 冗余 热备 冗余 硬接点A 硬接点B 远程分站 EtherCAT_a 网 EtherCAT_b 网 16 台 EtherCAT_a 网 EtherCAT_b 网 EtherCAT_a 网 EtherCAT_b 网 EtherCAT_a 网 EtherCAT_b 网 EtherCAT_A 网 EtherCAT_B 网 16 台 16 台 16 台 协控B （备 ） 协控A （用） EMS 主机A EMS 主机B 工作站 服务器 网关A 网关B MMSA 网 MMSB 网 协调控制器A 协调控制器B GOOSE_B 网 GOOSE_A 网 源网荷储 互动终端 串口终端 HMI MMS_A 网 MMS_B 网 ESGU B( 备) ESGU A( 用) ESGU A( 用) ESGU B( 备) ESGU A( 用) ESGU B( 备) ESGU A( 用) ESGU B( 备) MMS_a 网 ，Modbus_a 网 MMS_a 网 ，Modbus_a 网 MMS_a 网 ，Modbus_a 网 MMS_a 网 ，Modbus_a 网 MMS_a 网 ，Modbus_a 网 MMS_a 网 ，Modbus_a 网 MMS_a 网，Modbus_a 网 MMS_a 网 ，Modbus_a 网IEC61850 +PCS +PCS +PCS +PCS +PCS +PCS +PCS +PCS IEC61850(GOOSE) 61850+EtherCAT EtherCAT EtherCAT EtherCAT EtherCAT + EMS+PCS+BMS EMS+PMS+BMS IEC61850(MMS) ms         快速性： 相比 ，采用 通 信，利用 高速 特 性 ， 可以保证 快速收到指令，保证有 功 无功的快速响应， 可 以 提 升系统响应的 快速性； 而传统的 通信， 不同 无 法快速获得同步指令，导致储能电站系统响应变慢；  一致性： 采用 通信，可以提升系统响应及动作的 一致 性，可以 等时同步控制 上千台 ，真正实现不同 间纳秒级 抖动；用 通信，一次调频动作时候指令在不停 在 变 化 ，每台 收到的指令不一致，且通信节点数越多，通信 周 期 越 长；尤其组串式方案中，当 数量多到一定程度，储能 电 站 的 通信质量无法保证，影响系统的稳定性；且多 不同步 在 应 用 时在强电网及弱电网中稳定裕度过低的问题得以改 善。  稳 定 性 （安全性）： 采用 通信，可以提升系统响应的 稳 定 性 （ 安全性） ， 通信按周期进行数据发收，可保证数 据 传 输 的准确性，而 通信采用标准的以太网芯片，指令 无 法 保 证同时到达 ，因而储能电站无法做到精准调节；  可 扩 展 性： 采用机组控制器概念，将多台大功率 抽象成单台 超大功率 ，真正实现储能子阵（单元） 概念，大大增加系统 的 可 扩 展性，为远期规划及系统调整预留足够可剪裁性。  综 合 ： 避免多台 的动作不一致性造成的整站性能的下降，大 大提升 整站作为整体对电网在功能和性能两方面的可用性及易用 性 ； 增 强系统在紧急应用中的抗干扰的能力；  IEC61850 / EtherCAT 基于EtherCAT 通信的某110MW 储能电站认证结果 一次调频动作响应时间 85ms 动态无功调压响应时间 23ms 源网荷事件响应时间 66ms 储 能电 站一 台 动 态无 功调 节 0.9 Q/Qn t/ms U 电压异常 指令下发 PCS 开始响应 PCS 出力达到90% （b ）基于EtherCAT 通信 （a ）基于IEC61850 Max(tan-ta1) ＜1us Max(tan-ta1) ＞3ms 储能电站PCS 输出 响 应 指 令响应时 间及 一致 性 基于 的 通 信具 有 等 时同 步 特 性 ，可 以 保 证多 台 机 组 同 时 接收 到 协 控指 令 ， 在同 一个 网络中， 同步 误差 时 间 小 于 ， 而 属于非同步通信 ， 当 数 量 较 多时 ， 不同 机 组 接 收 到 协 控 指 令 具 有 随 机 性 ， 不同 之间的误差 。 因此 ， 采用 基于 通 信 的储 能 电 站 ， 机 组 的 响 应时 间 更 快 ，同 步 误 差 更小 ， 系统 稳 定性 更高 。  IEC61850 / EtherCAT 软件性能  采用 拓扑，提高输出功率和利用效率 最高效率 ，单机功率最大  快速功率响应，支持 各种高速通讯协议，响应时间远优于 标准要求  充放电转换时间 功能特色  通讯链路时间段、选择多样  集成 、 、 、 、 等通 信端口，支持 双网、环网、光纤通信、源网荷 储快速响应  具备 、 、 、黑启动等功能具备共模抑制绝缘监 测、漏电保护功能  防护等级 ，最大工作海拔 ，允许环境温度 ～ ，适应高温、严寒、风沙、高海拔等各种复杂 环境；  采用风水冷散热系统，散热效果更佳，更高的额定功率， 更宽的运行温度范围， 不降额  集成度高，体积小，节省空间，便于集成。较友商有更高 的功率密度（ 提升） 硬件结构 ： 通过 标准 多 项测试优 于标 准要 求 同 规格产品 体积 最优 功 能 全面 多样 ，方 位 满 足需求 多 项专利技 术1 3 2 4 VSG 5 储能变 流器 采用 风水 冷散 热 系统，利用液体 自身 强大 的载 热 能力， 可以便捷 地实 现热 量的 定 向转移， 空风水 冷却 方案 的优 点： • 热容量大 • 热量的定向转移 • 噪音小，静音环 保 • 散热器重量轻、 体积 小 • 解决高功率密度 、高 损耗 散 热 、 高 防 护 需 求 等 瓶 颈 问 题 • 与液冷系统并联 切换 • 机 侧 电 感 为 差 共 模 集 成 电 感 ， 在 并 机 和 单 机 应 用 中 增 大 了 共 模回路的阻抗 ， 显著减小 对电池系统的共 模干 扰 ； • 采 用 优 化 的 共 模 抑 制 调 制 策 略 ， 有 效 减 小 对 外 的 共 模 电 压 ； • 并 网 隔 离 变 压 器 （ 系 统 或 系 统 变 压 器 中 点 不 接 地 ） 也可 阻止共模路径 ； • 主动式绝缘监测 方案 绝缘检测板 主动发出信号进 行监 测 监 测点 在 变流器母线侧， 可以 在电 池侧 送 电前检测变流器 绝缘 状况 • 被动式绝缘检测 方案 ：需 电池 给 变流器送电后才 能进 行绝 缘监 测； Risop P PE N Rison Rstp Rstn SWP SWN Vp Vn 被动式绝缘检测 示意 图 RX CX 180k 10k GND 采样点1 、2 10k 交流方波电源 主动式绝缘检测 示意 图 • PCS 具备VSG 功能 实现 惯量 控 制 ： 通 过 模 拟 同 步 发 电 机 的转子运动方程 ，来 实现 同 步发电机的惯量 和调 速特 性，实现并网模 式下 的一 次 调频功能。 • PCS 具备带惯性的 下垂 控制 功能：通过下垂 功率 控制 及 低通滤来模拟同 步发 电机 的 惯量特性，实现 并网 及离 网 下的惯量支持功 能。 • 黑启动功能要求 ：区 域电 网全 部 断电的情况下， 通过 电池 和PCS 建立交流母线的 过程 ，当 单台 PCS 的容量不够支 撑黑 启动 过程 中 的 损 耗 和 变 压 器 励 磁 电 流 时 ， 需要多台PCS 同时 从零 电压 启 动。 • 汇川PCS 具备(1) 电池 侧取 电功 能 (2) 单机黑启动功 能(3) 多 机黑 启动 功能，黑启成功 后，PCS 由VF 源 转为PQ 源，正常并 网运 行。 -PCS 图 台 同时黑启动波形 图 台 电压源形式并联 载波级主从通信 毫秒级主从通信 -PCSPCS  某客户端、我司IES1000 系列储能产品加入“智能谐波抑制算法” 的前后电压、电流波形对比；  台区储能应用在用户侧、产品软件中引用该算法会极大改善用户端电能质量；   有智能谐波 抑制算法 无智能谐波 抑制算法作为协控的关键部件 ，是 和储能机组的连接桥梁、通 过 接口向上连接 ，通过 实时总线向下连接 进行实时功率控制，通过 干接点等方式采 集、存储包括但不限于：电池信息，配电开关状态，综保信息，变 压器、消防等动环信息、其他仪表信息等数据，一总线上传 。 采集汇聚组内所有 数据，根据相关转换依据合并为单 台 模型，以单 状态量上传储能机组状态至 。 接收 总调度，同时根据采集到的 、 信息，实 时分配每个 的有功和无功调节量，再将每个 的调节量同 时下发给各 。检测结果 一次调频动作响应时间 6.351ms 动态无功调压响应时间 4.751ms 调节指令执行响应时间 7.751ms 通讯周期 1ms 同步偏差时间 15ns EMS      PCS  x86  EtherCAT ( 128 )  LAN EtherNet/IP OPC/UA ModbusTCP  2 1 RS485 1 RS232 ModbusRTU AC810 CR10-EC-6BT ECAT6 GR10-EC-6SW-6 EtherCAT  2 1000MW  9MW  10MW  21MW 15MW 10MW  21MW 6MW  10MW20MWh   - 50MW  10MW  1MW   10MW     1.8MW  28.5MW  100MW 40  25  100MW PCS  7Mw    AFE     PCSThanks