中國儲能網(wǎng)訊：11月24-26日，由湖南省工業(yè)和信息化廳、湖南省商務廳、長沙市人民政府、中國化學與物理電源行業(yè)協(xié)會儲能應用分會聯(lián)合主辦，100余家機構(gòu)共同支持的湖南（長沙）電池博覽會暨第二屆中國國際新型儲能技術(shù)及工程應用大會在長沙圣爵菲斯大酒店召開。此次大會主題是“新能源、新機遇、新高度”。
會議期間，組委會邀請了平高集團儲能科技有限公司主任工程師趙亞一分享主題報告《吉瓦時級儲能電站的低成本高性能協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)》。以下是發(fā)言主要內(nèi)容：
趙亞一：大家好，我是平高的趙亞一，很高興能有這個機會跟各位分享我們的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)。下面將從五個方面來展開介紹。
首先是公司簡介，以前平高是直屬國家電網(wǎng)公司的一個產(chǎn)業(yè)單位，去年經(jīng)過國務院國資委重組，我們現(xiàn)在屬于中國電氣裝備集團有限公司，總部設立在上海。平高集團儲能科技有限公司作為平高集團儲能業(yè)務專業(yè)化運營平臺，在天津市東麗區(qū)，在全國各地有建設運營超過3.69GWh的儲能項目。公司做儲能設備集成，包括EPC工程、建設和運維等方面的業(yè)務，核心產(chǎn)品有電池管理系統(tǒng)BMS、儲能變流器PCS，能量管理系統(tǒng)EMS，加上今天要介紹的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)產(chǎn)品。
這是公司通過的一些認證體系，獲得的一些稱號。我們是儲能電站協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)業(yè)內(nèi)首個團體標準的參與單位。
下面，介紹一下行業(yè)的背景。在30/60“碳達峰”、“碳中和”的目標下，將會加快太陽能、風能產(chǎn)業(yè)的跨越式發(fā)展。根據(jù)國際能源署的預測，可再生能源在全球發(fā)電量中的占比將會從2017年的25%攀升到2050年的86%，風光為主的新能源將會是未來30年新能源的增長主力。我們知道，風光日內(nèi)出力波動是比較明顯的，電網(wǎng)傳統(tǒng)上是“源隨荷動”，在風光為主的情況下相當于是“隨風而動，逐日而行”；但是要構(gòu)建以可再生能源為主體的新型電力系統(tǒng)又必然要大幅提升可再生能源在社會發(fā)電中的占比，因此電力系統(tǒng)的調(diào)節(jié)難度會進一步增大。
未來的電網(wǎng)將會具有“超復雜性”。對于此，國網(wǎng)也提出了能源互聯(lián)網(wǎng)，它主要是通過提升電網(wǎng)的輸電能力和信息化水平來滿足這個復雜性的要求，海外也提出平衡區(qū)的概念，實際上就是增加各電網(wǎng)區(qū)域內(nèi)的控制能力，協(xié)助區(qū)域內(nèi)電功率能夠保持近乎瞬時的凈功率平衡。目前能源結(jié)構(gòu)的變化導致電力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形態(tài)特征發(fā)生變化：從確定性可控連續(xù)電源，變?yōu)椴淮_定性隨機波動電源；從以機械電磁系統(tǒng)為主，變?yōu)橐噪娏﹄娮悠骷橹?；電力系統(tǒng)的系統(tǒng)慣量水平正在顯著下降；高比例的可再生能源、高比例的電力電子設備帶來“低旋轉(zhuǎn)備用”的能源結(jié)構(gòu)。這些電力電子并網(wǎng)設備導致多時間尺度物理過程緊密耦合。新能源機組快速調(diào)節(jié)特性支撐穩(wěn)定控制技術(shù)向“以調(diào)代切”方向發(fā)展。目前儲能參與的快速調(diào)節(jié)響應的時間尺度，比如慣性響應一般要求是在零毫秒級別，快頻和一次調(diào)頻一般是在百毫秒級別，二次調(diào)頻本地響應一般要求是在秒級。
新能源廠站參與電網(wǎng)的頻率調(diào)整目前已經(jīng)成為國標的要求，國家能源局、科學技術(shù)部的“十四五”能源領域科技創(chuàng)新規(guī)劃也提出要突破新能源發(fā)電參與電網(wǎng)頻率/電壓/慣量調(diào)節(jié)的主動支撐控制、寬頻帶振蕩抑制等關(guān)鍵技術(shù)。
目前，儲能還有一個規(guī)模化的發(fā)展趨勢，根據(jù)CNESA的統(tǒng)計，去年中國儲能市場進入真正意義上的規(guī)?；l(fā)展，有70余個百兆瓦的項目在規(guī)劃和建設，隨著風光大基地的建設，以及共享儲能模式的推進，吉瓦時級別的儲能電站將會逐步增加。目前吉瓦時級別的儲能電站已經(jīng)成為國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，它有幾個特點，一是設備數(shù)量多，站內(nèi)采用星型網(wǎng)絡拓撲時電纜的成本、建設和維護的工作量、難度會增大。二是電站的占地面積大，預計會超過百畝，基于銅纜的以太網(wǎng)通訊系統(tǒng)無法滿足長距離通信要求。三是隨著電力市場調(diào)節(jié)服務種類的不斷增多，對吉瓦時儲能電站的控制調(diào)節(jié)功能要求也會不斷擴展，很多功能會采用分區(qū)控制，站內(nèi)的并網(wǎng)點數(shù)量往往會比較多。四是往往采用分期建設的模式，需要我們控制系統(tǒng)的可擴展性更強。五是對于儲能電站主動支撐的需求也會越來越多，要求吉瓦時儲能電站有同樣高的快速功率響應性能，甚至會越來越高。
由于單站規(guī)模遠超百兆瓦級，在吉瓦時級別大容量儲能電站中信息接入的數(shù)據(jù)量顯著增多。在其信息架構(gòu)設計中，有一些關(guān)鍵點：首先，站內(nèi)有約75%以上是電池的數(shù)據(jù)，對BMS的監(jiān)測處理能力和上行信息的優(yōu)化有一定要求；其次是PCS的運行調(diào)度，我們可以把吉瓦時級儲能電站比作一個大城市，信息好比車子，網(wǎng)絡鏈路好比城市道路，在這條道路上車水馬龍，這時PCS的運行調(diào)控以及整站的快速調(diào)節(jié)實際上是要求數(shù)百輛車子從一個地方很快的同時到達另一個地方，我們需要深度思考一下怎樣才能更快的到達指定的目的地，也就是確保PCS集群能夠同步、快速以及精準的調(diào)節(jié)；第三因為EMS接入的數(shù)據(jù)量是比較大的，可能站內(nèi)需要有數(shù)百萬甚至千萬級別的數(shù)據(jù)量接入，所以對它的接入能力也是有一個考驗；最后，對控制設備后期的擴展性有較高要求。
在傳統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)控制架構(gòu)中，一般在大容量的儲能電站中會采用分布式部署，站控層有一個集中式的EMS，在多個就地間隔層區(qū)域會設置就地EMS，這種兩級架構(gòu)會產(chǎn)生二次處理的信息延時；而且由于網(wǎng)絡中的數(shù)據(jù)量非常大，下行控制信息不一定能及時傳輸?shù)轿?；所以EMS一般來實現(xiàn)秒級控制。面對這種大容量數(shù)據(jù)的接入，如果快速調(diào)節(jié)信息不能及時傳輸，控制指令的優(yōu)先級沒法保證，就會存在安全穩(wěn)定運行風險。
這是一種添加協(xié)調(diào)控制層的控制架構(gòu)，它在傳統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡上加了一層協(xié)調(diào)控制層，協(xié)調(diào)控制層獨立組網(wǎng)，采用星型拓撲，這種部署能實現(xiàn)快速響應，但是它也有一些不足：一是主機接入數(shù)量有限，可能一套系統(tǒng)支持接入幾十或一百臺PCS，如果PCS數(shù)量多，可能需要擴展主機，主機之間需要做同步；不同數(shù)量PCS接到的快速指令同步性欠佳，導致總體響應時間變慢。在數(shù)據(jù)進行網(wǎng)絡傳輸時，一是會受網(wǎng)絡傳輸鏈條或路徑影響，二是受網(wǎng)絡兩端的交換節(jié)點影響，在這種區(qū)域分布比較大的站，可能指令到達各個PCS所經(jīng)過的交換節(jié)點數(shù)量和各節(jié)點延時不盡相同，傳輸延時的不同可能會進一步造成PCS響應不同步。
我們的一種解決方案——吉瓦時級別的大容量協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的產(chǎn)品解決方案，它的系統(tǒng)拓撲實際上是比較簡單的，利用光纖環(huán)網(wǎng)來組建信息高速通道。拓撲上由兩臺PCS功率協(xié)調(diào)控制主機——如果不需要雙網(wǎng)配置，單機也可以——再加上多臺協(xié)調(diào)控制從站組成，主機和從站可以采用雙光纖環(huán)網(wǎng)或者單光纖環(huán)網(wǎng)連接，基于實時工業(yè)以太網(wǎng)來實現(xiàn)快速功率的控制。
協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)主要功能是具備一次調(diào)頻、動態(tài)調(diào)節(jié)，以及緊急支撐的一些快速功率計算和下發(fā)功能，響應指標滿足目前標準的要求，參數(shù)可以整定，比如一次調(diào)頻的運行穩(wěn)定、運行時間等等參數(shù)都是可以整定的。一次調(diào)頻按照有功頻率的下垂控制函數(shù)，動態(tài)無功按照無功電壓的下垂控制函數(shù)來計算處理響應，當并網(wǎng)點的頻率差或者電壓差越過設定的死區(qū)后會立即開展一次調(diào)頻或動態(tài)無功響應。協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)采集PCS或BMS的一些關(guān)鍵信息，通過高速通道來實現(xiàn)關(guān)鍵信息和控制指令的上行和下達。系統(tǒng)主機進行各種響應指令的優(yōu)先級判斷，比如緊急功率支撐，可以要求優(yōu)先級最高，其次是一次調(diào)頻和AGC，并且可以輔助電網(wǎng)調(diào)控機構(gòu)做一次調(diào)頻裕量的評估，具備穩(wěn)態(tài)暫態(tài)控制的友好互動功能。
協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)可以針對目前多母線進行自適應的調(diào)整和控制，可以直采并網(wǎng)點的電壓電流信號，把一些信息傳輸給PMU，圖形化界面采用國產(chǎn)安全操作系統(tǒng)，采用分布式的采集控制技術(shù)，靈活調(diào)節(jié)各個節(jié)點的數(shù)量。目前單套設備可以支持200個CCU節(jié)點接入，以及直采32個并網(wǎng)點信息，每個CCU能接入4臺PCS，如果我們按照1500V系統(tǒng)，每臺PCS 1.5MW來計算接入容量，可以滿足1.2GW/2.4GWh的儲能電站控制需求。
下面談一下我們這個產(chǎn)品方案的優(yōu)勢，一是同步性，各節(jié)點設備間的同步信號誤差可以控制在1微秒內(nèi)，PCS集群的響應特性極大接近于單臺PCS，各節(jié)點實現(xiàn)納秒級的抖動；數(shù)據(jù)下行時可以比喻成把數(shù)據(jù)幀組裝成一列火車，它在到達各站點的時不需要等待進站再等待出站，在傳輸過程中處理數(shù)據(jù)，不用存儲和轉(zhuǎn)發(fā)，減少通訊延時；通過硬件來實現(xiàn)各個設備本地時間的精準同步。在快速性上，我們通過光纖通道，可以把控制指令在一毫秒內(nèi)下發(fā)到PCS來執(zhí)行。光纖高速通道只傳輸關(guān)鍵信息，網(wǎng)絡負載沒有問題；從站實現(xiàn)數(shù)據(jù)幀的硬件路由，不通過軟件來尋址。采用EtherCAT高速通信的特性，可以保證PCS快速接收到指令，進行快速有功無功響應。
在精準方面，穩(wěn)態(tài)條件下，并網(wǎng)點的電壓電流采集的誤差是不大于千分之二的，有功無功的測量誤差不大于千分之五，頻率的測量誤差不大于0.002Hz，采樣頻率也很高。所有數(shù)據(jù)幀在網(wǎng)絡中是以一種邏輯閉環(huán)的形式存在，每個節(jié)點只經(jīng)過一次。穩(wěn)定性上，通信是按周期來進行收發(fā)，可以保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏蚀_性，系統(tǒng)響應更加穩(wěn)定；實時控制的網(wǎng)絡和整個電站的信息網(wǎng)絡是隔離的；采用雙環(huán)網(wǎng)雙冗余熱備用技術(shù)時，比較單環(huán)網(wǎng)單機配置時可靠性再進一步大幅度提高；而且由于是光通信介質(zhì)，不受現(xiàn)場電磁環(huán)境干擾，可保證通信質(zhì)量。
系統(tǒng)方案的低成本實際上是體現(xiàn)在擴建以及通信設備、線纜、安裝實施過程成本的減少。系統(tǒng)支持多個并網(wǎng)點的跟蹤，可以單并網(wǎng)點控制，也能多目標匯聚控制，可以根據(jù)項目現(xiàn)場的靈活定制，減少不必要的開支；可以按實際的物理區(qū)域分區(qū)組網(wǎng)控制，減少線纜、工程建設成本；網(wǎng)絡可隨時擴展，例如要分期建設時，一期建完之后可以把環(huán)網(wǎng)閉環(huán)，保證一期可用，等二期建設時只需把二期的節(jié)點加入到一期的網(wǎng)絡中就可以，不需要重新安裝實施一套協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)。環(huán)網(wǎng)架構(gòu)可大幅減少工程現(xiàn)場的線纜數(shù)量和施工成本，也不需要采購大量專用的交換機來組柜安裝，網(wǎng)絡設施成本也進一步下降。系統(tǒng)拓撲實際上是比較簡單的，也易于安裝實施。
下面談一個工程應用案例：蘇州昆山百兆瓦電池儲能電站，是為保障蘇州地區(qū)特高壓直流落點地區(qū)電網(wǎng)運行安全，增強受端電網(wǎng)事故應急響應能力貢獻力量，電站接入大規(guī)模源網(wǎng)荷友好互動系統(tǒng)。該站規(guī)模是110.88MW/193.6MWh，項目入選國家能源局首批科技創(chuàng)新（儲能）試點示范項目，經(jīng)過了中國電科院的第三方測試，系統(tǒng)性能大幅優(yōu)于國標以及江蘇電網(wǎng)企標的要求。在該項目上，在同時控制176臺PCS的情況下，通過協(xié)控的部署把監(jiān)控系統(tǒng)的AGC響應時間縮短到了百毫秒級別;一次調(diào)頻響應時間在95毫秒以內(nèi)，動態(tài)無功的響應時間在30毫秒以內(nèi)，源網(wǎng)荷響應——也就是常說的緊急功率控制的響應時間，是在85毫秒以內(nèi)。
目前我們參與協(xié)控團標1項，正在聯(lián)合申請行業(yè)標準，協(xié)控產(chǎn)品也獲得過第五屆國際儲能創(chuàng)新大賽的創(chuàng)新典范。
我的匯報到此結(jié)束，謝謝！
