中國儲能網(wǎng)訊：2019年3月16日，中國化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會儲能應(yīng)用分會與全國微電網(wǎng)與分布式電源并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會、中國科學(xué)院電工研究所儲能技術(shù)組、科華恒盛股份有限公司四家單位聯(lián)合主辦的“首屆全國儲能技術(shù)與綜合能源服務(wù)高層研討會”在福建廈門宸洲洲際酒店召開，來自電力公司、電科院、設(shè)計院、系統(tǒng)集成商、地方經(jīng)信委、投資機(jī)構(gòu)等230余人參加了本次會議。
本次研討會旨在推動儲能與綜合能源系統(tǒng)多環(huán)節(jié)技術(shù)與商業(yè)模式創(chuàng)新，持續(xù)提升客戶需求響應(yīng)能力與業(yè)務(wù)整體盈利能力。
會議期間，國網(wǎng)電力科學(xué)研究院產(chǎn)業(yè)研究中心高級研究員陳遺志分享了主旨報告《光儲微電網(wǎng)靈活高效自主運(yùn)行關(guān)鍵技術(shù)與裝備》，以下為報告原文：
陳遺志：各位領(lǐng)導(dǎo)，各位專家，大家好！我主要針對南瑞近期在光儲微電網(wǎng)的科研成果給大家做一個簡單匯報。
我的報告主要分幾部分，第一是面臨的背景和挑戰(zhàn)。分布式的光伏發(fā)展比較迅猛，已經(jīng)超過集中式的光伏，特別是江蘇和安徽目前有一些地區(qū)，電網(wǎng)已經(jīng)面臨著光伏的消納極限。
國家在《推進(jìn)并網(wǎng)型微電網(wǎng)建設(shè)試行辦法》里面對規(guī)模、新能源占比、自治水平以及并網(wǎng)雙向互動能力提出了一系列要求，這是一個宏觀政策方面。南瑞課題組主要承擔(dān)2014年國家的863科技項目，題目叫做《光伏微電網(wǎng)核心設(shè)備與控制系統(tǒng)研制》，主要包括以下幾個關(guān)鍵技術(shù)：
第一，虛擬同步機(jī)特性的光伏逆變技術(shù)研究；第二，大功率自同步電壓源逆變器多機(jī)并聯(lián)技術(shù)；第三，光伏/儲能智能高效充電技術(shù)；第四，微電網(wǎng)能量管理與綜合控制技術(shù)。需要研制幾個核心裝備，一，500kW虛擬同步機(jī)光伏逆變器；二、500kVA自同步電壓源逆變器；三、500kW光伏+儲能充電控制器；四、能量管理與綜合控制系統(tǒng)。最后要實(shí)現(xiàn)一個示范工程，中新天津生態(tài)城中央大道光伏微電網(wǎng)工程示范。
分布式光伏虛擬同步機(jī)：由虛擬同步光伏逆變器與慣性儲能單元組成，根據(jù)系統(tǒng)電壓、頻率變化，模擬同步發(fā)電機(jī)一次調(diào)頻和勵磁控制機(jī)制，實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)的自動有功調(diào)頻、無功調(diào)壓以及阻尼系統(tǒng)功率振蕩。儲能是通過DC/DC環(huán)節(jié)，和光伏并聯(lián)起來以后，再通過DCAC送給電網(wǎng)。
核心技術(shù)，基于虛擬轉(zhuǎn)子勵磁特性和定子阻抗的并聯(lián)動態(tài)無功分配技術(shù)。一，分布式阻抗特性及逆變器輸出特性對無功動態(tài)分配的影響，分析一個現(xiàn)狀，最后得出的結(jié)論，阻抗特性和輸出特性對無功分配的影響： （1） 阻抗無論是感性、阻性或阻感性只要呈容量的反比，則控制逆變器輸出電壓相同，不需下垂控制，無功可按容量精確分配； （2） 采用傳統(tǒng)下垂控制，無功的分配與阻抗值有關(guān)，且無功的控制與阻抗呈耦合關(guān)系，阻抗任意但呈感性時，無功不按比例分配。
這個問題我們后面怎么樣的實(shí)現(xiàn)，首先要實(shí)現(xiàn)一個解耦，實(shí)現(xiàn)微源的輸出功率與耦合性分析。把里面的無功和有功耦合問題，通過目前兩輸入兩輸出的耦合系統(tǒng)變換為2個單輸入單輸出的獨(dú)立系統(tǒng)，首先就是解耦。由仿真結(jié)果可以得出，線路呈感性時，有功與無功耦合比較弱，它的控制策略可提高功率分配精度；線路呈阻性時，有功與無功耦合強(qiáng)，控制變量匹配性差，通過我們研制的前饋解耦控制可使控制失敗的功率變得可控。
虛擬慣量頻率響應(yīng)和一次調(diào)頻快速性要求的光伏虛擬同步機(jī)可靠性鎖相環(huán)技術(shù)，提出雙二次廣義積分的正負(fù)序分離及鎖相技術(shù)，應(yīng)對零電壓穿越中所出現(xiàn)的電壓對稱/不對稱跌落時，實(shí)現(xiàn)對微電網(wǎng)電壓相位的快速檢測、跟蹤。提出了基于PV工作點(diǎn)觀測的母線電壓控制，保證了在兼顧慣量響應(yīng)穩(wěn)定性與調(diào)頻快速性前提下的光伏MPP跟蹤效率。
再一個是研究它的逆變器的故障穿越過程，開展了故障穿越技術(shù)研究。在故障穿越過程中，要求虛擬同步機(jī)能夠更好地支撐電壓。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生三相非對稱跌落時，為提高三相電壓的對稱度，提出了基于陷波器的故障穿越方案，右下圖就是它的陷波器的數(shù)據(jù)。
另外，做了一個前饋的補(bǔ)償環(huán)節(jié)，為減輕控制環(huán)節(jié)所引起的電網(wǎng)電壓前饋分量相位滯后，提出了前饋分量中引入超前相位補(bǔ)償環(huán)節(jié)。當(dāng)電壓跌落時，補(bǔ)償之后的電壓檢測速度加快，提高了控制系統(tǒng)魯棒性，降低了系統(tǒng)震蕩幾率。右邊的圖就是補(bǔ)償之后時間的曲線，可以看到有一定的提前量。
這是現(xiàn)場的應(yīng)用圖，這個是張北國家風(fēng)光儲光伏虛擬同步機(jī)，實(shí)現(xiàn)了500千瓦的虛擬同步機(jī)光伏逆變器的第三方檢測以及現(xiàn)場測試，實(shí)現(xiàn)了它的首臺首套示范應(yīng)用。
下面講自同步電壓源逆變器，剛才用光伏逆變器，這個主要用在儲能上面，由電壓源逆變器與大容量儲能單元組成，是微電網(wǎng)離網(wǎng)運(yùn)行時的組網(wǎng)主電源。離網(wǎng)時支撐微電網(wǎng)電壓、頻率穩(wěn)定；實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)的并離網(wǎng)切換等功能。下面幾個難題我們會分別介紹一下，就是說它實(shí)現(xiàn)了這些功能。
存在的難題：1.并離網(wǎng)“無縫切換”；2分布式多機(jī)對等并聯(lián)下功率動態(tài)均分技術(shù)；3.抗沖擊性負(fù)載擾動的魯棒控制技術(shù)；4.負(fù)荷不平衡控制技術(shù)。
基于同步發(fā)電機(jī)調(diào)速勵磁工作原理，在逆變器控制中引入虛擬功頻調(diào)節(jié)器和虛擬勵磁調(diào)節(jié)器，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動慣量虛擬，以及近似AVR和AFR的一次調(diào)頻調(diào)壓功能，解決微電網(wǎng)并離網(wǎng)兩種運(yùn)行模式下控制模型的統(tǒng)一問題。
并聯(lián)技術(shù)，有互聯(lián)線并聯(lián)技術(shù)，主從控制，對等控制和3C控制，無互聯(lián)線并聯(lián)技術(shù)主要是下垂控制。
環(huán)流分析，介紹一下環(huán)流的產(chǎn)生原因，主要模塊間輸出電壓矢量差以及線路寄生阻抗的差異，都會導(dǎo)致并聯(lián)系統(tǒng)間產(chǎn)生環(huán)流。我們采用單機(jī)控制環(huán)，外環(huán)再增加虛擬阻抗控制環(huán)實(shí)現(xiàn)對環(huán)流的抑制。下角是多機(jī)并聯(lián)現(xiàn)場波形，紅色是電流，綠色是電壓，這個地方在并聯(lián)過程中，電壓基本上沒有突變，電流是增加的。
離網(wǎng)實(shí)驗中，電壓源逆變器雙機(jī)并聯(lián)的穩(wěn)態(tài)與動態(tài)均流系數(shù)均能很好地滿足任務(wù)要求。就是說靜態(tài)的并流系數(shù)是大于98%，動態(tài)并流系數(shù)是大于90%，這個就是完成500kVA自同步電壓源逆變器廠內(nèi)測試及第三方檢測，右邊就是第三方測試報告。
下面主要是講后面后臺的監(jiān)控和管理系統(tǒng)。這是我們研制的全套系統(tǒng)管理，主要從高端的調(diào)度管理層，主要是分布式電源接入控制系統(tǒng)，中間協(xié)調(diào)控制層，能量管理系統(tǒng)、微網(wǎng)運(yùn)行控制器以及站域網(wǎng)站域穩(wěn)定控制裝置。下端的就地控制層主要是微網(wǎng)并網(wǎng)保護(hù)控制裝置、區(qū)域保護(hù)控制裝置、微網(wǎng)負(fù)荷控制裝置。
從功能上來說，底下是硬件平臺，中間是操作系統(tǒng)，然后是操作系統(tǒng)上的支撐應(yīng)用軟件，后臺是高級應(yīng)用。這里面是高級應(yīng)用的主要功能，第一是發(fā)電和用電的預(yù)測；第二是黑啟動控制；第三實(shí)現(xiàn)了并離網(wǎng)的切換。同步電壓源在實(shí)現(xiàn)并離網(wǎng)切換過程中，能夠?qū)崿F(xiàn)頻率穩(wěn)定平滑的自動控制功能。下面離網(wǎng)的能量調(diào)動和自動電壓的控制，以及調(diào)度交換功率控制，分布電源平滑出力控制，調(diào)度交換功率緊急控制，還有配網(wǎng)聯(lián)合調(diào)度。
上面能量管理系統(tǒng)，中間微網(wǎng)控制器，對分布式電源、儲能、負(fù)荷和保護(hù)測控實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一管理。里面就是幾個運(yùn)行模式和運(yùn)行狀態(tài)，并網(wǎng)、離網(wǎng)和故障檢修，模式之間有切換。 里面對應(yīng)的關(guān)鍵設(shè)備，一個是微電網(wǎng)運(yùn)行控制器，下面是微電網(wǎng)的站域穩(wěn)定控制裝置，微電網(wǎng)并網(wǎng)點(diǎn)的保護(hù)控制裝置，微電網(wǎng)的區(qū)域保護(hù)控制裝置，以及微電網(wǎng)的饋線控制裝置。
我們講一下天津的示范工程，天津的示范工程是在濱海新區(qū)里面，目前示范工程主要是分布式電源，主要實(shí)現(xiàn)并離網(wǎng)切換，以及剛才講的多機(jī)并聯(lián)的系統(tǒng)，再一個能電管理系統(tǒng)，主要調(diào)監(jiān)控和PC這塊。這就是濱海新區(qū)負(fù)荷圖。
這幾個是我們現(xiàn)場應(yīng)用的逆變器的圖，第一500千瓦時的鐵鋰電池通過500KW自同步電壓源逆變器和光伏逆變器。第二它兩個兩分別獨(dú)立的，是不同的變壓器接上去的。第三個500千瓦逆變器，光伏逆變器和500千瓦的鉛碳，光伏、鋰電池合在一起。通過這三種不同的方式在現(xiàn)場做了一些實(shí)驗。
這是后臺管理系統(tǒng)，智能網(wǎng)關(guān)將變電站、微電網(wǎng)全部數(shù)據(jù)發(fā)送到調(diào)度系統(tǒng)，開展了聯(lián)絡(luò)線功率控制，實(shí)現(xiàn)了有功無功負(fù)荷沖擊試驗，沖擊實(shí)驗的一些結(jié)果可以看右邊的圖以及數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了并離網(wǎng)切換。并離網(wǎng)切換非計劃比較難，實(shí)際上就是計劃比較簡單，目前非計劃情況下，過渡過程要不要平穩(wěn)，如果非計劃系統(tǒng)故障不知道什么時候會來一個故障，所以這個時候情況一定要處理好。
我們在離網(wǎng)運(yùn)行工況下開展了二次調(diào)頻調(diào)壓、有功無功負(fù)荷沖擊試驗，離網(wǎng)轉(zhuǎn)并網(wǎng)運(yùn)行工況下開展了自動同期并網(wǎng)試驗，逆變器實(shí)現(xiàn)了4到6臺的直接并聯(lián)，500千瓦。
簡單總結(jié)一下：課題組主要開展虛擬同步技術(shù)應(yīng)用新能源以及微網(wǎng)方面研究，探索虛擬同步機(jī)、自同步電壓源關(guān)鍵技術(shù)在大聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用前景，研制了500千瓦的虛擬同步機(jī)光伏逆變器，還有虛擬同步機(jī)不同步電壓源的逆變器。
基本結(jié)論：一、提出了基于d/q坐標(biāo)系下P/Q動態(tài)解耦統(tǒng)一控制模型，實(shí)現(xiàn)了自同步電壓源逆變器在微電網(wǎng)并網(wǎng)/離網(wǎng)切換下的電壓、頻率穩(wěn)定控制。二、提出了基于多機(jī)并聯(lián)環(huán)流抑制技術(shù)，使得微電網(wǎng)具備優(yōu)異的可擴(kuò)展能力，以及多微電網(wǎng)的互聯(lián)與集群運(yùn)行能力。三、自同步電壓源逆變器與光伏虛擬同步機(jī)的協(xié)同控制技術(shù)，降低了微電網(wǎng)棄光的幾率，提升了系統(tǒng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。四、構(gòu)建了以微源終端、站控系統(tǒng)到云端管理的新型三層架構(gòu)，增強(qiáng)了穩(wěn)定控制、優(yōu)化調(diào)度、綜合保護(hù)以及運(yùn)維管理的資源整合，有利于提升新能源的綜合利用效率。
這個匯報基本介紹到這里，另外我們近期在儲能站方面一些研究，我們在調(diào)度這塊基本上實(shí)現(xiàn)一些高級應(yīng)用，比如儲能站實(shí)現(xiàn)一些有功的數(shù)據(jù)平滑，削峰填谷以及系統(tǒng)的調(diào)頻能力。我們在電網(wǎng)方面的研究比較多，我們希望儲能站對電網(wǎng)動態(tài)特性提供更好的支撐。我們希望電池充放電的速度實(shí)現(xiàn)更快一點(diǎn)，因為電網(wǎng)買一個東西，像常規(guī)發(fā)電機(jī)一樣，他肯定希望能到1.8倍到2倍的強(qiáng)力，也希望儲能電池實(shí)現(xiàn)4到6倍的充放電，逆變器希望你能實(shí)現(xiàn)按照國家標(biāo)準(zhǔn)1.1倍10分鐘，1.2倍幾秒鐘，如果說你對系統(tǒng)的貢獻(xiàn)，肯定希望1.2倍、1.5倍，甚至你最好能夠?qū)崿F(xiàn)2倍的短時間。所以這些功率器件，甚至變壓器都能夠?qū)崿F(xiàn)快速的擴(kuò)展到1.5倍到2倍。我們希望功率對電網(wǎng)的貢獻(xiàn)比較大一點(diǎn)，而不是僅僅考削峰填谷，實(shí)際上對電網(wǎng)的安全性作用不是特別明顯。
第二個關(guān)于儲能站的安全問題，鋰電池本身的電解液的影響，目前沒有更好方式的情況下，還是要從系統(tǒng)角度考慮這個問題。第一個BMS，從電壓、電流、溫度這方面做一些檢測。第二個還有氣體、一氧化氮、甲烷、氫氣，氣體有一個泄露，我們希望這個氣體能夠做一個提前的預(yù)警。
說到儲能站，后面的BMS和PCM和EMS要實(shí)現(xiàn)快速的功率部署，里面通過PCS能夠?qū)崿F(xiàn)電壓、電流快速的檢測，以及各種保護(hù)功能。后端的維護(hù)也比較重要，比如機(jī)器人巡檢等模式，但是這個受限于成本，這也是一個比較大問題。
基本上就這些，謝謝大家！
（本文內(nèi)容根據(jù)錄音整理，未經(jīng)演講人本人審核）
