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摘 要：電網(wǎng)側(cè)百兆瓦儲(chǔ)能是實(shí)現(xiàn)風(fēng)光可再生能源高比例滲透、電網(wǎng)有序調(diào)峰調(diào)壓調(diào)頻以及用戶安全經(jīng)濟(jì)可靠用電的重要支撐載體。為了提升電網(wǎng)側(cè)百兆瓦級(jí)儲(chǔ)能系統(tǒng)建設(shè)規(guī)范與運(yùn)營(yíng)效益，本文在介紹政府政策、學(xué)術(shù)研究、產(chǎn)業(yè)應(yīng)用的基礎(chǔ)上，首先從電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能系統(tǒng)功能、功率調(diào)節(jié)、頻率調(diào)節(jié)、投資收益、安全防護(hù)方面綜述了國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀。其次，提出了面向電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能電站的“4S”架構(gòu)，并從結(jié)構(gòu)、功能、響應(yīng)速度等方面闡述了與傳統(tǒng)“3S”架構(gòu)的異同。再次，從能量監(jiān)測(cè)、協(xié)調(diào)控制、儲(chǔ)能變流三個(gè)維度，闡述了“4S”架構(gòu)下電網(wǎng)儲(chǔ)能電站的關(guān)鍵技術(shù)。最后，對(duì)本文的研究?jī)?nèi)容進(jìn)行了總結(jié)，并對(duì)未來(lái)需進(jìn)一步研究的內(nèi)容從物理、信息兩個(gè)層面進(jìn)行了展望。本文的研究成果，不僅能夠?yàn)楦嚯娋W(wǎng)側(cè)百兆瓦級(jí)儲(chǔ)能電站的規(guī)劃設(shè)計(jì)、建設(shè)運(yùn)營(yíng)提供參考，而且為新型儲(chǔ)能設(shè)備的研制指明方向。
引言
在實(shí)現(xiàn)“3060 雙碳”目標(biāo)及傳統(tǒng)化學(xué)能源向可再生能源轉(zhuǎn)型發(fā)展的過(guò)程中，風(fēng)光新能源的大規(guī)模開(kāi)發(fā)與高比例滲透增加了“源”、“網(wǎng)”、“荷”端的不確定性。儲(chǔ)能系統(tǒng)因響應(yīng)速度快、建設(shè)周期短等優(yōu)點(diǎn)得到大力推廣，但在使用過(guò)程中也暴露許多問(wèn)題 [1-2]。為推動(dòng)儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展及其在電網(wǎng)側(cè)的規(guī)?；瘧?yīng)用，國(guó)家政策、學(xué)術(shù)研究、項(xiàng)目示范等圍繞實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展共同發(fā)力，以形成政策、科研、項(xiàng)目協(xié)同發(fā)展的良好局面。
1）在政府政策方面，國(guó)家部委、省市出臺(tái)了相關(guān)政策，政策導(dǎo)向積極、明確。比如，國(guó)家發(fā)改委《關(guān)于加快推動(dòng)新型儲(chǔ)能發(fā)展的指導(dǎo)意見(jiàn)》中明確指出“積極推動(dòng)電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能合理化布局，通過(guò)重大項(xiàng)目建設(shè)引導(dǎo)與提升儲(chǔ)能核心技術(shù)裝備自主、可控的水平?！焙习l(fā)改委發(fā)布了《關(guān)于加快推動(dòng)湖南省電化學(xué)儲(chǔ)能發(fā)展的實(shí)施意見(jiàn)》，明確以發(fā)展電網(wǎng)側(cè)獨(dú)立儲(chǔ)能為重點(diǎn)，力爭(zhēng)到 2023 年建成電化學(xué)儲(chǔ)能電站 150 萬(wàn)千瓦/300 萬(wàn)千瓦時(shí)以上。
2）在學(xué)術(shù)研究方面，“電網(wǎng)側(cè) + 儲(chǔ)能”篇名相關(guān)文獻(xiàn) 93 篇，其中學(xué)術(shù)期刊與學(xué)位論文分別為 78、8 篇，分別占比為 83.87% 和 8.60%，重點(diǎn)圍繞主題包括：儲(chǔ)能電站、電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能、儲(chǔ)能技術(shù)、儲(chǔ)能系統(tǒng)、電化學(xué)儲(chǔ)能、電站監(jiān)控系統(tǒng)、控制策略等。2018-2022 年（截至 2022 年上半年，下同）發(fā)表文獻(xiàn)數(shù)量為 10、23、32、17、8 篇，近五年文章占比為 96.77%，總體呈現(xiàn)熱度先增后減并于 2020 年熱度最大的趨勢(shì)。“儲(chǔ)能 + 百兆瓦”篇名的文獻(xiàn)總共有 14 篇，近五年發(fā)表文獻(xiàn)數(shù)量分別是 1、1、3、5、3 呈現(xiàn)從無(wú)到有、由少到多的變化趨勢(shì)，正逐步成為學(xué)術(shù)界關(guān)注的焦點(diǎn)與難點(diǎn)?！半娋W(wǎng)側(cè) + 百兆瓦 + 儲(chǔ)能”篇名的文獻(xiàn)僅 1 篇，重點(diǎn)介紹了江蘇鎮(zhèn)江百兆瓦級(jí)儲(chǔ)能電站自建成投運(yùn)以來(lái)在參與電網(wǎng)調(diào)峰、調(diào)頻、應(yīng)急響應(yīng)等運(yùn)行控制與應(yīng)用價(jià)值。
3）在產(chǎn)業(yè)應(yīng)用方面，目前已在邵陽(yáng)城步儒林、常德西洞庭、中核同心泉眼、華能黃臺(tái)電廠等多地同步在建、擬建百兆瓦級(jí)儲(chǔ)能電站，部分已運(yùn)行百兆瓦級(jí)儲(chǔ)能電站在為電網(wǎng)頂峰、慣量支撐、一次調(diào)頻等方面發(fā)揮重要的作用。隨著百兆瓦級(jí)儲(chǔ)能電站技術(shù)門(mén)檻降低、投資成本減少以及商業(yè)收益多樣化發(fā)展，未來(lái)電網(wǎng)側(cè)百兆瓦級(jí)儲(chǔ)能電站規(guī)模與數(shù)量均會(huì)驟增，對(duì)應(yīng)的控制復(fù)雜度與協(xié)調(diào)難度也會(huì)逐步加大。綜上，電網(wǎng)側(cè)百兆瓦級(jí)儲(chǔ)能電站在政策利好與產(chǎn)業(yè)落地的影響下呈現(xiàn)快速發(fā)展的態(tài)勢(shì)，但在學(xué)術(shù)研究尤其在儲(chǔ)能電站能量管理、協(xié)調(diào)控制、高壓模塊式儲(chǔ)能技術(shù)方面鮮有涉及 [3]。本文在系統(tǒng)介紹電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能基本概念、研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)對(duì)百兆瓦級(jí)儲(chǔ)能電站系統(tǒng)架構(gòu)、整站能量管理、快速協(xié)調(diào)控制以及新型高壓模塊式儲(chǔ)能技術(shù)開(kāi)展討論，為更多百兆瓦級(jí)乃至吉瓦級(jí)儲(chǔ)能電站的規(guī)劃設(shè)計(jì)、建設(shè)運(yùn)營(yíng)提供參考。
1. 電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能研究概述
電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能系統(tǒng)在電網(wǎng)頂峰、一次調(diào)頻、慣量支撐，促進(jìn)風(fēng)光新能源消納，參與電網(wǎng)調(diào)節(jié)服務(wù)等方面作用顯著。接下來(lái)，將重點(diǎn)圍繞電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能系統(tǒng)功能、功率調(diào)節(jié)、頻率調(diào)節(jié)、投資收益、安全防護(hù)方面的研究，為本文后續(xù)研究奠定基礎(chǔ)。
1.1 系統(tǒng)功能
電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能系統(tǒng)的建設(shè)與運(yùn)營(yíng)能夠?yàn)樵?- 網(wǎng) - 荷多端帶來(lái)益處，為整個(gè)電網(wǎng)系統(tǒng)的安全、經(jīng)濟(jì)、可靠運(yùn)行提供保障。X. Li（2021）指出儲(chǔ)能系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)風(fēng)光新能源消納、源荷互動(dòng)響應(yīng)的重要載體，尤其在電網(wǎng)側(cè)能夠有效發(fā)揮平抑電網(wǎng)功率變化、電壓波動(dòng)，優(yōu)化潮流分布等作用 [4]。陽(yáng)小丹（2022）給出了儲(chǔ)能電站慣量支撐、一次調(diào)頻、動(dòng)態(tài)調(diào)壓等方面的技術(shù)指標(biāo)，以及表征電化學(xué)儲(chǔ)能電站的能效指標(biāo)、電量指標(biāo)、可靠性指標(biāo)、運(yùn)維費(fèi)用指標(biāo)等，據(jù)此提升電化學(xué)儲(chǔ)能電站管控效率 40% 以上，為全國(guó)其他電化學(xué)儲(chǔ)能電站的可靠、經(jīng)濟(jì)運(yùn)營(yíng)提供了參考 [5]。秦昊（2022）系統(tǒng)介紹了百兆瓦級(jí)儲(chǔ)能系統(tǒng)架構(gòu)，指出應(yīng)具備的功能、性能，在此基礎(chǔ)上對(duì)昆山百兆瓦級(jí)儲(chǔ)能電站工程的全站系統(tǒng)建模、控制指令測(cè)試、測(cè)試結(jié)果分析等進(jìn)行了討論，指出儲(chǔ)能系統(tǒng)在 AGC 功能、充放電控制精度、一次調(diào)頻響應(yīng)時(shí)間等方面的具體要求[6]。目前，電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能系統(tǒng)的頂峰、一次調(diào)頻、慣量支撐作用大小取決于儲(chǔ)能站的選址、容量大小、調(diào)節(jié)頻次與所在電網(wǎng)的運(yùn)況情況。
1.2 功率調(diào)節(jié)
電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能系統(tǒng)通過(guò)有功、無(wú)功功率的調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)頂峰、削峰填谷等作用。南國(guó)良（2020）提出電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能在實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)調(diào)峰過(guò)程中的交易模式，構(gòu)建了電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能參與調(diào)峰的優(yōu)化模型，并采用 CPLEX 進(jìn)行模型求解，對(duì)求解驗(yàn)證正確的模型、算法進(jìn)行封裝及界面展示，提升了研究成果的可用性、易用性 [7]。Yeongsu（2018）系統(tǒng)討論了并網(wǎng)儲(chǔ)能系統(tǒng)低電壓穿越的管控策略，給出通過(guò)電網(wǎng)側(cè)逆變器注入無(wú)功功率的策略，據(jù)此決定無(wú)功、有功的注入量 [8]。白浩（2020）提出電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能系統(tǒng)優(yōu)化配置方法，該方法考慮本級(jí)線路運(yùn)行效率提升與多級(jí)配電網(wǎng)通過(guò)儲(chǔ)能削峰填谷對(duì)上級(jí)電網(wǎng)的影響，具體構(gòu)建考慮儲(chǔ)能系統(tǒng)優(yōu)化配置與運(yùn)行的雙層模型，并通過(guò) IEEE 33 節(jié)點(diǎn)證明了所提策略的正確性與有效性 [9]。通過(guò)儲(chǔ)能系統(tǒng)功率的有序、定量調(diào)節(jié)控制，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的調(diào)峰、錯(cuò)峰運(yùn)行。隨著配置容量的不斷增大，接入的可控節(jié)點(diǎn)與控制復(fù)雜性也會(huì)增加。
1.3 頻率調(diào)節(jié)
利用儲(chǔ)能系統(tǒng)快速調(diào)節(jié)特性，能夠?qū)崿F(xiàn)在電網(wǎng)側(cè)開(kāi)展一次、二次調(diào)頻服務(wù)，據(jù)此有效緩解日益增多的可再生能源接入帶來(lái)的波動(dòng)性。Hongyu（2021）討論了儲(chǔ)能系統(tǒng)在電網(wǎng)調(diào)頻以及優(yōu)化我國(guó)調(diào)頻市場(chǎng)布局的情況，借鑒英國(guó)、美國(guó)、澳大利亞等國(guó)在應(yīng)用儲(chǔ)能參與調(diào)頻服務(wù)的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，指出我國(guó)在儲(chǔ)能參與電網(wǎng)調(diào)頻中存在調(diào)節(jié)收益過(guò)低、接入門(mén)檻過(guò)高等問(wèn)題 [10]。張江豐（2022）介紹了電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能電站AGC 管控策略，該策略計(jì)及電池能耗因子進(jìn)行全站負(fù)荷的優(yōu)化分配。通過(guò)提出的新型控制策略與常規(guī)側(cè)率的結(jié)果對(duì)比，指出改進(jìn)后 AGC 策略在響應(yīng)時(shí)間、調(diào)節(jié)速度、穩(wěn)態(tài)誤差方面均具有優(yōu)越性 [11]。謝永勝（2022）提出面向風(fēng)光新能源接入的電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能頻率穩(wěn)控策略，基于靈敏度分析提煉出影響頻率變化的主要指標(biāo)，采用儲(chǔ)能系統(tǒng)的虛擬慣量控制提升對(duì)電網(wǎng)頻率變化的有效支撐能力，據(jù)此提升風(fēng)光新能源消納以及電網(wǎng)頻度的穩(wěn)控、精控 [12]。韓嘯（2021）針對(duì)電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能一次調(diào)頻、二次調(diào)頻原理與管控策略進(jìn)行建模分析：在一次調(diào)頻中，根據(jù)電池 SOC 進(jìn)行投退調(diào)節(jié)、出力反饋調(diào)節(jié)控制；在二次調(diào)頻過(guò)程中，采用線性自抗擾控制實(shí)現(xiàn)高低分頻，據(jù)此實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能系統(tǒng)的有效控制 [13]。目前，儲(chǔ)能系統(tǒng)參與調(diào)頻在調(diào)頻原理、硬件功能及控制策略上均能夠?qū)崿F(xiàn)，但在商業(yè)機(jī)制、收益模式方面還需要進(jìn)一步完善，以調(diào)動(dòng)電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能建設(shè)與運(yùn)營(yíng)主體的積極性。
1.4 投資收益
電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能受投資額度大、回收周期長(zhǎng)、政策頻出波動(dòng)等影響而發(fā)展速度相對(duì)緩慢，需要在現(xiàn)有政策環(huán)境下提升儲(chǔ)能系統(tǒng)本身收益能力，并通過(guò)較好的收益表現(xiàn)與電網(wǎng)貢獻(xiàn)爭(zhēng)取更多有利政策。Y. Zhang（2021）高昂的投資成本與不確定性收益制約了電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能的規(guī)?；l(fā)展，提出了兩階段優(yōu)化模型，通過(guò)儲(chǔ)能系統(tǒng)邊際效益分析等提出有效改善儲(chǔ)能系統(tǒng)使用策略、延長(zhǎng)使用壽命的對(duì)策建議 [14]。Liu（2020）在儲(chǔ)能系統(tǒng)分類、特性分析與原理介紹的基礎(chǔ)上，給出儲(chǔ)能系統(tǒng)參與電網(wǎng)調(diào)節(jié)服務(wù)的模型，并指出裝機(jī)容量、運(yùn)營(yíng)策略在提升電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能收益方面發(fā)揮重要的作用 [15]。趙玉婷（2019）對(duì)電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能電站的投資收益分析方法進(jìn)行了介紹，在投資方面重點(diǎn)計(jì)及設(shè)備購(gòu)置、建設(shè)安裝、運(yùn)行維護(hù)等方面的費(fèi)用，在收益方面重點(diǎn)考慮削峰填谷、租賃收益、調(diào)峰補(bǔ)償?shù)?，給出了提升大規(guī)模發(fā)展電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能電站運(yùn)營(yíng)收益的建議 [16]。目前，電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能系統(tǒng)在必要政策紅利與相對(duì)有限的盈利模式下探索式前行，并面臨著保證系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行、同業(yè)競(jìng)爭(zhēng)持續(xù)加劇、利潤(rùn)空間收窄的多重壓力。
1.5 安全防護(hù)
電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行是其規(guī)?；l(fā)展的必要前提，一方面需要從器件級(jí)、模組級(jí)、單元級(jí)及系統(tǒng)級(jí)不同層面加強(qiáng)硬件或系統(tǒng)本身的安全，保證故障出現(xiàn)后可控、控得??；另一方面需要結(jié)合數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)預(yù)警、智能故障診斷技術(shù)等及早發(fā)現(xiàn)并精準(zhǔn)隔離故障部分，避免故障范圍與嚴(yán)重程度擴(kuò)大。曹斌（2019）給出了電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能電站防孤島保護(hù)定值的優(yōu)化策略，通過(guò)分析電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能的恒功率、恒壓恒頻、虛擬同步機(jī)等多種運(yùn)行方式，給出電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能系統(tǒng)保護(hù)配置、定值整定、與逆變器防孤島保護(hù)配合的策略，有效滿足了防孤島保護(hù)、低電壓穿越等兼容性要求 [17]。徐亮（2022）介紹了基于數(shù)據(jù)分析與智能診斷融合的鋰離子電池儲(chǔ)能電站消防管控策略，據(jù)此實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能電站故障的早預(yù)警、早隔離，減少或避免因著火、爆炸、熱失控導(dǎo)致的人員傷亡與財(cái)產(chǎn)損失 [18]。目前，國(guó)內(nèi)外出現(xiàn)的幾起儲(chǔ)能電站失火或爆炸事件，導(dǎo)致政策收緊、并網(wǎng)要求增多，也給行業(yè)帶來(lái)技術(shù)更新、功能升級(jí)的發(fā)展機(jī)會(huì)。
綜上，電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能是緩解風(fēng)光高比例滲透下電網(wǎng)功率頻繁波動(dòng)與負(fù)荷側(cè)峰谷差持續(xù)拉大的有效途徑，相比于電源側(cè)、用戶側(cè)儲(chǔ)能具有效率高、安全可控、便于統(tǒng)籌管理的優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能在頂峰、調(diào)壓、調(diào)頻、慣量支撐等方面的作用已經(jīng)顯現(xiàn)，但需要可持續(xù)盈利模式與收益的有效支撐。隨著越來(lái)越多的電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能投運(yùn)，其系統(tǒng)架構(gòu)、能量管理、協(xié)調(diào)控制與高壓新型儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展對(duì)未來(lái)單站、多站的運(yùn)營(yíng)優(yōu)化起到非常重要的作用。
2. 電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能電站“4S”架構(gòu)
目前，國(guó)內(nèi)已有多個(gè)已建、在建電網(wǎng)側(cè)百兆瓦級(jí)儲(chǔ)能電站，但各儲(chǔ)能電站因建設(shè)主體、設(shè)備廠家、技術(shù)路線等差異導(dǎo)致系統(tǒng)架構(gòu)不統(tǒng)一，能量管理與協(xié)調(diào)控制有很大的優(yōu)化空間。目前，多數(shù)電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能電站沿用傳統(tǒng)的“3S”架構(gòu)，即自底向上由電池管理系統(tǒng) BMS、儲(chǔ)能變流器 PCS、能量管理系統(tǒng) EMS 構(gòu)成，并通過(guò)遠(yuǎn)動(dòng)工作站直接控制的源網(wǎng)荷控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)功率調(diào)節(jié)指令的快速下發(fā)。
在“3S 架構(gòu)”模式下，儲(chǔ)能電站只考慮了穩(wěn)態(tài)功率調(diào)節(jié)功能（如削峰填谷），而缺少對(duì)于調(diào)壓調(diào)頻、慣量支撐、動(dòng)態(tài)無(wú)功支撐等電網(wǎng)動(dòng)態(tài)、暫態(tài)運(yùn)行工況，并且穩(wěn)態(tài)功率調(diào)節(jié)功能既有在 PCS 實(shí)現(xiàn)、也有在 EMS 實(shí)現(xiàn)，管理關(guān)系錯(cuò)綜復(fù)雜。此外，能量管理系統(tǒng)調(diào)節(jié)響應(yīng)速度在“秒級(jí)”，無(wú)法充分利用儲(chǔ)能變流器 PCS“毫秒級(jí)”的快速響應(yīng)能力，尤其在多儲(chǔ)能變流器 PCS 的功率指令下發(fā)時(shí)，需要先通過(guò)源網(wǎng)荷控制系統(tǒng)啟動(dòng) PCS 以最大功率進(jìn)行充電或放電，再經(jīng)過(guò)通信時(shí)延后由能量管理系統(tǒng) EMS 向各儲(chǔ)能變流器 PCS 下發(fā)精準(zhǔn)的功率控制指令。
相比于與“3S”架構(gòu)，“4S 架構(gòu)”在原先能量管理系統(tǒng) EMS 與儲(chǔ)能變流器PCS 之間增加協(xié)調(diào)控制器 CCS，通過(guò) GOOSE 通信協(xié)議執(zhí)行“毫秒級(jí)”調(diào)頻、調(diào)壓等低時(shí)延協(xié)調(diào)控制，并將指令及時(shí)、全面、精確地下發(fā)到各儲(chǔ)能變流器執(zhí)行。而能量管理系統(tǒng) EMS 與常規(guī)監(jiān)控功能進(jìn)行兼容，負(fù)責(zé)執(zhí)行時(shí)延要求不高的業(yè)務(wù)功能，如儲(chǔ)能站安防、視頻監(jiān)控等。同時(shí)，“4S”架構(gòu)下還配備了電池艙故障錄波裝置，正常運(yùn)行時(shí)可將電池運(yùn)況信息傳送到后臺(tái)進(jìn)行分析，判斷電池健康狀態(tài)并作為電池部分更換的依據(jù)；在故障前、后運(yùn)行期間，故障錄波裝置能夠記錄故障信息并完整保存，作為故障溯源分析依據(jù)以及保證電池艙整艙盡毀情況下儲(chǔ)能站重要信息的保存，類似“飛機(jī)黑匣子”的功能。
3. 電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能電站關(guān)鍵技術(shù)
3.1 能量監(jiān)控
電網(wǎng)側(cè)百兆瓦級(jí)能量監(jiān)控系統(tǒng)具備百萬(wàn)級(jí)數(shù)據(jù)采集處理、穩(wěn)態(tài)能量調(diào)節(jié)控制、歷史數(shù)據(jù)溯源分析、多系統(tǒng)融合等功能，字底向上分為設(shè)備層、間隔層、站控層。其中，站控層用于電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能電站全景大數(shù)據(jù)的集中存儲(chǔ)，為站控層設(shè)備和應(yīng)用提供數(shù)據(jù)訪問(wèn)服務(wù)。間隔層網(wǎng)絡(luò)采用雙星形以太網(wǎng)絡(luò)；設(shè)備層主要包括電池及其管理系統(tǒng)、儲(chǔ)能變流器、艙內(nèi)交換機(jī)、計(jì)量與保護(hù)表計(jì)、視頻監(jiān)控、消防與門(mén)禁系統(tǒng)等。站控層、間隔層設(shè)備根據(jù)接入情況可靈活擴(kuò)展。能量管理系統(tǒng)監(jiān)控主機(jī)與遠(yuǎn)動(dòng)數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備、保護(hù)及故障信息管理系統(tǒng)、微機(jī)防誤系統(tǒng)、智能輔助系統(tǒng)、電量采集系統(tǒng)信息資源共享，互聯(lián)互通，控制聯(lián)動(dòng)。系統(tǒng)采用統(tǒng)一的協(xié)議與標(biāo)準(zhǔn)，兼容各廠商設(shè)備，電力調(diào)度數(shù)據(jù)采用專網(wǎng)的接口，支持聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)以及通信規(guī)約的要求。
同時(shí)，能量管理系統(tǒng)采用標(biāo)準(zhǔn)化組網(wǎng)方式，組網(wǎng)結(jié)構(gòu)包括監(jiān)控網(wǎng)（接入 PCS、BMS、交直流表、變壓器溫控儀數(shù)據(jù)）、協(xié)控網(wǎng)（協(xié)調(diào)控制器 + 智能源網(wǎng)荷互動(dòng)終端）、保信網(wǎng)（一體化電源系統(tǒng)、保護(hù)、測(cè)控裝置）、消防網(wǎng)（煙感、溫度、氣體濃度、報(bào)警燈、消防滅火系統(tǒng)）、視頻動(dòng)環(huán)網(wǎng)（視頻、空調(diào)、溫度、濕度數(shù)據(jù)），除視頻外通信規(guī)約采用 DL/T860（IEC61850）通信標(biāo)準(zhǔn)，采用光纖接入。
此外，能量管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)百萬(wàn)點(diǎn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)存儲(chǔ)，歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)高達(dá)十年以上，服務(wù)集群式設(shè)計(jì)架構(gòu)，通道高并發(fā)負(fù)載均衡處理，系統(tǒng)監(jiān)測(cè)粒度細(xì)微到每個(gè)電芯，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)可視化、可追溯，同時(shí)也為大數(shù)據(jù)分析業(yè)務(wù)提供支撐，通過(guò)海量實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)與歷史數(shù)據(jù)智能分析，設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)特征異常識(shí)別和提取，為建立儲(chǔ)能設(shè)備全生命周期模型打下基礎(chǔ)，結(jié)合人工智能專業(yè)診斷，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能電站智能安全運(yùn)檢，少人值守，延長(zhǎng)儲(chǔ)能系統(tǒng)使用壽命 ; 通過(guò)深度學(xué)習(xí)優(yōu)化功率調(diào)節(jié)與能量管理的算法，提高大型儲(chǔ)能電站綜合效益。
3.2 協(xié)調(diào)控制
可實(shí)現(xiàn)對(duì)儲(chǔ)能電站內(nèi)全站儲(chǔ)能變流器 (PCS) 的源網(wǎng)荷儲(chǔ)、一次調(diào)頻、動(dòng)態(tài)調(diào)壓、AGVC 調(diào)節(jié)命令轉(zhuǎn)發(fā)等核心控制功能，并滿足相關(guān)調(diào)節(jié)性能的要求。該系統(tǒng)支持 IEC-61850/MMS/GOOSE 通信協(xié)議，與 EMS 通信交互支持 IEC-61850-8-1/MMS 標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，滿足標(biāo)準(zhǔn)互操作性要求；與控制網(wǎng)通信采用 IEC-61850/GOOSE協(xié)議，可實(shí)現(xiàn)對(duì)儲(chǔ)能站及微電網(wǎng)的毫秒級(jí)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)響應(yīng)控制。
1）一次調(diào)頻
一次調(diào)頻調(diào)節(jié)采用有功 - 頻率下垂控制。當(dāng)電網(wǎng)頻率偏離額定值時(shí)，協(xié)調(diào)控制器在對(duì)全站所有 PCS 狀態(tài)及各類約束條件綜合評(píng)估后，計(jì)算出各 PCS 的輸出有功功率目標(biāo)值，并將有功控制指令通過(guò) GOOSE 控制網(wǎng)下發(fā)至各 PCS，從而達(dá)到控制儲(chǔ)能電站輸出有功功率的增加，限制電網(wǎng)頻率變化的目的，以維持電網(wǎng)頻率的穩(wěn)定。一次調(diào)頻動(dòng)作時(shí)間，從頻率變化進(jìn)入動(dòng)作區(qū)，到裝置下行控制命令報(bào)文出口，時(shí)間不大于 20ms，控制函數(shù)如下所示：
2）動(dòng)態(tài)無(wú)功調(diào)節(jié)
動(dòng)態(tài)無(wú)功調(diào)節(jié)控制采用無(wú)功 - 電壓下垂控制。當(dāng)儲(chǔ)能站母線電壓偏離設(shè)定值時(shí)，協(xié)調(diào)控制器裝置的動(dòng)態(tài)調(diào)壓控制功能是指以儲(chǔ)能站的母線電壓做為被控制目標(biāo)，根據(jù)母線電壓指令定值，在綜合考慮拓?fù)潢P(guān)系、參與調(diào)節(jié)設(shè)備情況，以及其它約束條件后，動(dòng)態(tài)計(jì)算出儲(chǔ)能電站中各 PCS 的無(wú)功目標(biāo)值，下發(fā)控制指令，并實(shí)時(shí)采樣無(wú)功功率等數(shù)據(jù)，形成閉環(huán)控制，維持母線電壓穩(wěn)定。動(dòng)態(tài)無(wú)功調(diào)壓動(dòng)作時(shí)間，從電壓變化進(jìn)入動(dòng)作區(qū)，到裝置下行控制命令報(bào)文出口，時(shí)間不大于 20ms，控制函數(shù)如下所示：
3）源網(wǎng)荷儲(chǔ)控制
系統(tǒng)接收到源網(wǎng)荷儲(chǔ)調(diào)節(jié)命令，經(jīng)處理以最大有功限值輸出有功功率進(jìn)行快速響應(yīng)，從系統(tǒng)觸發(fā)信號(hào)到裝置 GOOSE 輸出信號(hào)的響應(yīng)時(shí)間不大于 20ms。
4）主備切換功能系統(tǒng)可采用主備雙機(jī)冗余配置，單臺(tái)裝置控制的 PCS 數(shù)量最大支持 128 臺(tái)PCS，支持分層多級(jí)架構(gòu)進(jìn)行擴(kuò)展。在儲(chǔ)能電站系統(tǒng)電壓和頻率發(fā)生變化時(shí)，觸發(fā)主備切換條件實(shí)現(xiàn)切換。其備機(jī)狀態(tài)下，一次調(diào)頻及動(dòng)態(tài)無(wú)功調(diào)壓功能正常運(yùn)行，但不發(fā)送 GOOSE 命令。切換為主機(jī)后，可快速發(fā)送 GOOSE 命令，主備機(jī)切機(jī)時(shí)間不大于 20ms。
3.3 儲(chǔ)能變流
與常規(guī)儲(chǔ)能變流系統(tǒng)相比，“4S”架構(gòu)下的該系統(tǒng)基于 GOOSE 快速通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)即插即用，支持 IEC61850 MMS/GOOSE 通信協(xié)議。通過(guò) GOOSE 光纖通信接收協(xié)控 CCS 的功率快速調(diào)控指令（速度可達(dá) ms 級(jí)）；通過(guò) IEC61850/MMS通信完成與 EMS 系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交互。同時(shí)，采用多路 100M/s 光纖以太網(wǎng)口，用于IEC61850/GOOS 與 IEC61850/MMS 通信。儲(chǔ)能變流系統(tǒng)基于自身邏輯判斷結(jié)果或接收協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)發(fā)出的控制信令，調(diào)節(jié)運(yùn)行狀態(tài)及充放電功率，實(shí)現(xiàn)有功無(wú)功調(diào)節(jié)、能量雙向傳遞等功能。
采用光纖 IRIG-B 碼對(duì)時(shí)方式，實(shí)現(xiàn)設(shè)備間的時(shí)間同步（誤差 <=±1ms）以及故障錄波功能，能夠?qū)⒏婢?4 個(gè)周波，告警后 20s 內(nèi)的交流模擬量、開(kāi)關(guān)量、BMS 系統(tǒng)狀態(tài)信息實(shí)時(shí)采集，并以 IEC61850 通信協(xié)議上送給上級(jí)監(jiān)控系統(tǒng)長(zhǎng)期保存，儲(chǔ)能變流系統(tǒng)保存至少 20 條故障錄波信息。儲(chǔ)能變流系統(tǒng)歷史故障記錄既能從本地顯示屏調(diào)取，又能由監(jiān)控后臺(tái)遠(yuǎn)程調(diào)取。具備當(dāng)?shù)鼗蜻h(yuǎn)方維護(hù)功能，可通過(guò)遠(yuǎn)程站控平臺(tái)進(jìn)行參數(shù)、定值的遠(yuǎn)方修改整定，遠(yuǎn)程程序下載升級(jí)，以及自診斷、自恢復(fù)功能。同時(shí)，系統(tǒng)可對(duì)自身運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行自診斷，故障時(shí)能傳送報(bào)警信息，異常時(shí)能自動(dòng)復(fù)位。
4. 結(jié)束語(yǔ)
電網(wǎng)側(cè)百兆瓦級(jí)儲(chǔ)能電站在發(fā)揮電網(wǎng)頂峰、慣量支撐、一次調(diào)頻能力等方面成效顯著。本文在系統(tǒng)回顧電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能電站系統(tǒng)功能、功率調(diào)節(jié)、頻率調(diào)節(jié)、投資收益、安全保護(hù)的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)討論了“4S”架構(gòu)下電網(wǎng)側(cè)百兆瓦級(jí)儲(chǔ)能電站系統(tǒng)架構(gòu)、能量管理、協(xié)調(diào)控制、儲(chǔ)能變流系統(tǒng)的功能與特點(diǎn)，以區(qū)別于“3S”架構(gòu)，并為后續(xù)更多電網(wǎng)側(cè)百兆瓦級(jí)儲(chǔ)能電站的建設(shè)、運(yùn)營(yíng)提供借鑒與參考。
在今后的研究與發(fā)展中，建議不局限于電網(wǎng)側(cè)使用地點(diǎn)以及百兆瓦級(jí)使用規(guī)模，而是根據(jù)不同應(yīng)用場(chǎng)景的具體需求，構(gòu)建以“儲(chǔ)能 +”為核心的可控、在控、優(yōu)控能源信息物理體系，單體或成組地促使儲(chǔ)能效能實(shí)現(xiàn)最大化。
1）在物理層面，多點(diǎn)布局電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能電站建設(shè)，據(jù)此改善局域電網(wǎng)頂峰、調(diào)壓、調(diào)頻效果，以及增強(qiáng)省外直流電能供給、“風(fēng)光新能源”足額消納、“輸配電網(wǎng)”柔性調(diào)節(jié)能力，并研發(fā)面向區(qū)域共享儲(chǔ)能、電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能集群聯(lián)合出力與錯(cuò)峰調(diào)節(jié)的協(xié)調(diào)管控裝置，據(jù)此提升含儲(chǔ)能的“源 - 網(wǎng)”、“網(wǎng) - 荷”、“源 - 網(wǎng) - 荷”間的調(diào)節(jié)柔性與互動(dòng)能力，為構(gòu)建源網(wǎng)荷儲(chǔ)協(xié)同的新型電力系統(tǒng)提供支撐作用。
2）在信息層面，加快推進(jìn)儲(chǔ)能系統(tǒng)賦能電網(wǎng)朝向數(shù)字化、智能化轉(zhuǎn)型升級(jí)，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能系統(tǒng)與柔性電網(wǎng)為核心的電力數(shù)據(jù)全息感知、高效傳輸、智能分析、業(yè)務(wù)協(xié)同，打造面向電網(wǎng)數(shù)據(jù)化轉(zhuǎn)型的多業(yè)務(wù)應(yīng)用平臺(tái)。
（參考文獻(xiàn)略）
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