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摘 要：電網(wǎng)側(cè)百兆瓦儲能是實現(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)濟可靠用電的重要支撐載體。為了提升電網(wǎng)側(cè)百兆瓦級儲能系統(tǒng)建設(shè)規(guī)范與運營效益，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、安全防護方面綜述了國內(nèi)外研究現(xiàn)狀。其次，提出了面向電網(wǎng)側(cè)儲能電站的“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、協(xié)調(diào)控制、儲能變流三個維度，闡述了“4S”架構(gòu)下電網(wǎng)儲能電站的關(guān)鍵技術(shù)。最后，對本文的研究內(nèi)容進行了總結(jié)，并對未來需進一步研究的內(nèi)容從物理、信息兩個層面進行了展望。本文的研究成果，不僅能夠為更多電網(wǎng)側(cè)百兆瓦級儲能電站的規(guī)劃設(shè)計、建設(shè)運營提供參考，而且為新型儲能設(shè)備的研制指明方向。
引言
在實現(xiàn)“3060 雙碳”目標及傳統(tǒng)化學(xué)能源向可再生能源轉(zhuǎn)型發(fā)展的過程中，風(fēng)光新能源的大規(guī)模開發(fā)與高比例滲透增加了“源”、“網(wǎng)”、“荷”端的不確定性。儲能系統(tǒng)因響應(yīng)速度快、建設(shè)周期短等優(yōu)點得到大力推廣，但在使用過程中也暴露許多問題 [1-2]。為推動儲能產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展及其在電網(wǎng)側(cè)的規(guī)?；瘧?yīng)用，國家政策、學(xué)術(shù)研究、項目示范等圍繞實現(xiàn)儲能產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展共同發(fā)力，以形成政策、科研、項目協(xié)同發(fā)展的良好局面。
1）在政府政策方面，國家部委、省市出臺了相關(guān)政策，政策導(dǎo)向積極、明確。比如，國家發(fā)改委《關(guān)于加快推動新型儲能發(fā)展的指導(dǎo)意見》中明確指出“積極推動電網(wǎng)側(cè)儲能合理化布局，通過重大項目建設(shè)引導(dǎo)與提升儲能核心技術(shù)裝備自主、可控的水平?！焙习l(fā)改委發(fā)布了《關(guān)于加快推動湖南省電化學(xué)儲能發(fā)展的實施意見》，明確以發(fā)展電網(wǎng)側(cè)獨立儲能為重點，力爭到 2023 年建成電化學(xué)儲能電站 150 萬千瓦/300 萬千瓦時以上。
2）在學(xué)術(shù)研究方面，“電網(wǎng)側(cè) + 儲能”篇名相關(guān)文獻 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%，重點圍繞主題包括：儲能電站、電網(wǎng)側(cè)儲能、儲能技術(shù)、儲能系統(tǒng)、電化學(xué)儲能、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。“儲能 + 百兆瓦”篇名的文獻總共有 14 篇，近五年發(fā)表文獻數(shù)量分別是 1、1、3、5、3 呈現(xiàn)從無到有、由少到多的變化趨勢，正逐步成為學(xué)術(shù)界關(guān)注的焦點與難點?！半娋W(wǎng)側(cè) + 百兆瓦 + 儲能”篇名的文獻僅 1 篇，重點介紹了江蘇鎮(zhèn)江百兆瓦級儲能電站自建成投運以來在參與電網(wǎng)調(diào)峰、調(diào)頻、應(yīng)急響應(yīng)等運行控制與應(yīng)用價值。
3）在產(chǎn)業(yè)應(yīng)用方面，目前已在邵陽城步儒林、常德西洞庭、中核同心泉眼、華能黃臺電廠等多地同步在建、擬建百兆瓦級儲能電站，部分已運行百兆瓦級儲能電站在為電網(wǎng)頂峰、慣量支撐、一次調(diào)頻等方面發(fā)揮重要的作用。隨著百兆瓦級儲能電站技術(shù)門檻降低、投資成本減少以及商業(yè)收益多樣化發(fā)展，未來電網(wǎng)側(cè)百兆瓦級儲能電站規(guī)模與數(shù)量均會驟增，對應(yīng)的控制復(fù)雜度與協(xié)調(diào)難度也會逐步加大。綜上，電網(wǎng)側(cè)百兆瓦級儲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，但在學(xué)術(shù)研究尤其在儲能電站能量管理、協(xié)調(diào)控制、高壓模塊式儲能技術(shù)方面鮮有涉及 [3]。本文在系統(tǒng)介紹電網(wǎng)側(cè)儲能基本概念、研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，重點對百兆瓦級儲能電站系統(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能技術(shù)開展討論，為更多百兆瓦級乃至吉瓦級儲能電站的規(guī)劃設(shè)計、建設(shè)運營提供參考。
1. 電網(wǎng)側(cè)儲能研究概述
電網(wǎng)側(cè)儲能系統(tǒng)在電網(wǎng)頂峰、一次調(diào)頻、慣量支撐，促進風(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，將重點圍繞電網(wǎng)側(cè)儲能系統(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)儲能系統(tǒng)的建設(shè)與運營能夠為源 - 網(wǎng) - 荷多端帶來益處，為整個電網(wǎng)系統(tǒng)的安全、經(jīng)濟、可靠運行提供保障。X. Li（2021）指出儲能系統(tǒng)是實現(xiàn)風(fēng)光新能源消納、源荷互動響應(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，優(yōu)化潮流分布等作用 [4]。陽小丹（2022）給出了儲能電站慣量支撐、一次調(diào)頻、動態(tài)調(diào)壓等方面的技術(shù)指標，以及表征電化學(xué)儲能電站的能效指標、電量指標、可靠性指標、運維費用指標等，據(jù)此提升電化學(xué)儲能電站管控效率 40% 以上，為全國其他電化學(xué)儲能電站的可靠、經(jīng)濟運營提供了參考 [5]。秦昊（2022）系統(tǒng)介紹了百兆瓦級儲能系統(tǒng)架構(gòu)，指出應(yīng)具備的功能、性能，在此基礎(chǔ)上對昆山百兆瓦級儲能電站工程的全站系統(tǒng)建模、控制指令測試、測試結(jié)果分析等進行了討論，指出儲能系統(tǒng)在 AGC 功能、充放電控制精度、一次調(diào)頻響應(yīng)時間等方面的具體要求[6]。目前，電網(wǎng)側(cè)儲能系統(tǒng)的頂峰、一次調(diào)頻、慣量支撐作用大小取決于儲能站的選址、容量大小、調(diào)節(jié)頻次與所在電網(wǎng)的運況情況。
1.2 功率調(diào)節(jié)
電網(wǎng)側(cè)儲能系統(tǒng)通過有功、無功功率的調(diào)節(jié)，實現(xiàn)電網(wǎng)頂峰、削峰填谷等作用。南國良（2020）提出電網(wǎng)側(cè)儲能在實現(xiàn)電網(wǎng)調(diào)峰過程中的交易模式，構(gòu)建了電網(wǎng)側(cè)儲能參與調(diào)峰的優(yōu)化模型，并采用 CPLEX 進行模型求解，對求解驗證正確的模型、算法進行封裝及界面展示，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)儲能系統(tǒng)低電壓穿越的管控策略，給出通過電網(wǎng)側(cè)逆變器注入無功功率的策略，據(jù)此決定無功、有功的注入量 [8]。白浩（2020）提出電網(wǎng)側(cè)儲能系統(tǒng)優(yōu)化配置方法，該方法考慮本級線路運行效率提升與多級配電網(wǎng)通過儲能削峰填谷對上級電網(wǎng)的影響，具體構(gòu)建考慮儲能系統(tǒng)優(yōu)化配置與運行的雙層模型，并通過 IEEE 33 節(jié)點證明了所提策略的正確性與有效性 [9]。通過儲能系統(tǒng)功率的有序、定量調(diào)節(jié)控制，實現(xiàn)電網(wǎng)的調(diào)峰、錯峰運行。隨著配置容量的不斷增大，接入的可控節(jié)點與控制復(fù)雜性也會增加。
1.3 頻率調(diào)節(jié)
利用儲能系統(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的波動性。Hongyu（2021）討論了儲能系統(tǒng)在電網(wǎng)調(diào)頻以及優(yōu)化我國調(diào)頻市場布局的情況，借鑒英國、美國、澳大利亞等國在應(yīng)用儲能參與調(diào)頻服務(wù)的先進經(jīng)驗，指出我國在儲能參與電網(wǎng)調(diào)頻中存在調(diào)節(jié)收益過低、接入門檻過高等問題 [10]。張江豐（2022）介紹了電網(wǎng)側(cè)儲能電站AGC 管控策略，該策略計及電池能耗因子進行全站負荷的優(yōu)化分配。通過提出的新型控制策略與常規(guī)側(cè)率的結(jié)果對比，指出改進后 AGC 策略在響應(yīng)時間、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，采用儲能系統(tǒng)的虛擬慣量控制提升對電網(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）針對電網(wǎng)側(cè)儲能一次調(diào)頻、二次調(diào)頻原理與管控策略進行建模分析：在一次調(diào)頻中，根據(jù)電池 SOC 進行投退調(diào)節(jié)、出力反饋調(diào)節(jié)控制；在二次調(diào)頻過程中，采用線性自抗擾控制實現(xiàn)高低分頻，據(jù)此實現(xiàn)儲能系統(tǒng)的有效控制 [13]。目前，儲能系統(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)機制、收益模式方面還需要進一步完善，以調(diào)動電網(wǎng)側(cè)儲能建設(shè)與運營主體的積極性。
1.4 投資收益
電網(wǎng)側(cè)儲能受投資額度大、回收周期長、政策頻出波動等影響而發(fā)展速度相對緩慢，需要在現(xiàn)有政策環(huán)境下提升儲能系統(tǒng)本身收益能力，并通過較好的收益表現(xiàn)與電網(wǎng)貢獻爭取更多有利政策。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)儲能的規(guī)?；l(fā)展，提出了兩階段優(yōu)化模型，通過儲能系統(tǒng)邊際效益分析等提出有效改善儲能系統(tǒng)使用策略、延長使用壽命的對策建議 [14]。Liu（2020）在儲能系統(tǒng)分類、特性分析與原理介紹的基礎(chǔ)上，給出儲能系統(tǒng)參與電網(wǎng)調(diào)節(jié)服務(wù)的模型，并指出裝機容量、運營策略在提升電網(wǎng)側(cè)儲能收益方面發(fā)揮重要的作用 [15]。趙玉婷（2019）對電網(wǎng)側(cè)儲能電站的投資收益分析方法進行了介紹，在投資方面重點計及設(shè)備購置、建設(shè)安裝、運行維護等方面的費用，在收益方面重點考慮削峰填谷、租賃收益、調(diào)峰補償?shù)龋o出了提升大規(guī)模發(fā)展電網(wǎng)側(cè)儲能電站運營收益的建議 [16]。目前，電網(wǎng)側(cè)儲能系統(tǒng)在必要政策紅利與相對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)定運行、同業(yè)競爭持續(xù)加劇、利潤空間收窄的多重壓力。
1.5 安全防護
電網(wǎng)側(cè)儲能系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行是其規(guī)模化發(fā)展的必要前提，一方面需要從器件級、模組級、單元級及系統(tǒng)級不同層面加強硬件或系統(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)測預(yù)警、智能故障診斷技術(shù)等及早發(fā)現(xiàn)并精準隔離故障部分，避免故障范圍與嚴重程度擴大。曹斌（2019）給出了電網(wǎng)側(cè)儲能電站防孤島保護定值的優(yōu)化策略，通過分析電網(wǎng)側(cè)儲能的恒功率、恒壓恒頻、虛擬同步機等多種運行方式，給出電網(wǎng)側(cè)儲能系統(tǒng)保護配置、定值整定、與逆變器防孤島保護配合的策略，有效滿足了防孤島保護、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能電站消防管控策略，據(jù)此實現(xiàn)儲能電站故障的早預(yù)警、早隔離，減少或避免因著火、爆炸、熱失控導(dǎo)致的人員傷亡與財產(chǎn)損失 [18]。目前，國內(nèi)外出現(xiàn)的幾起儲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)帶來技術(shù)更新、功能升級的發(fā)展機會。
綜上，電網(wǎng)側(cè)儲能是緩解風(fēng)光高比例滲透下電網(wǎng)功率頻繁波動與負荷側(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)儲能具有效率高、安全可控、便于統(tǒng)籌管理的優(yōu)勢。同時，電網(wǎng)側(cè)儲能在頂峰、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。隨著越來越多的電網(wǎng)側(cè)儲能投運，其系統(tǒng)架構(gòu)、能量管理、協(xié)調(diào)控制與高壓新型儲能技術(shù)的發(fā)展對未來單站、多站的運營優(yōu)化起到非常重要的作用。
2. 電網(wǎng)側(cè)儲能電站“4S”架構(gòu)
目前，國內(nèi)已有多個已建、在建電網(wǎng)側(cè)百兆瓦級儲能電站，但各儲能電站因建設(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、儲能變流器 PCS、能量管理系統(tǒng) EMS 構(gòu)成，并通過遠動工作站直接控制的源網(wǎng)荷控制系統(tǒng)實現(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），而缺少對于調(diào)壓調(diào)頻、慣量支撐、動態(tài)無功支撐等電網(wǎng)動態(tài)、暫態(tài)運行工況，并且穩(wěn)態(tài)功率調(diào)節(jié)功能既有在 PCS 實現(xiàn)、也有在 EMS 實現(xiàn)，管理關(guān)系錯綜復(fù)雜。此外，能量管理系統(tǒng)調(diào)節(jié)響應(yīng)速度在“秒級”，無法充分利用儲能變流器 PCS“毫秒級”的快速響應(yīng)能力，尤其在多儲能變流器 PCS 的功率指令下發(fā)時，需要先通過源網(wǎng)荷控制系統(tǒng)啟動 PCS 以最大功率進行充電或放電，再經(jīng)過通信時延后由能量管理系統(tǒng) EMS 向各儲能變流器 PCS 下發(fā)精準的功率控制指令。
相比于與“3S”架構(gòu)，“4S 架構(gòu)”在原先能量管理系統(tǒng) EMS 與儲能變流器PCS 之間增加協(xié)調(diào)控制器 CCS，通過 GOOSE 通信協(xié)議執(zhí)行“毫秒級”調(diào)頻、調(diào)壓等低時延協(xié)調(diào)控制，并將指令及時、全面、精確地下發(fā)到各儲能變流器執(zhí)行。而能量管理系統(tǒng) EMS 與常規(guī)監(jiān)控功能進行兼容，負責(zé)執(zhí)行時延要求不高的業(yè)務(wù)功能，如儲能站安防、視頻監(jiān)控等。同時，“4S”架構(gòu)下還配備了電池艙故障錄波裝置，正常運行時可將電池運況信息傳送到后臺進行分析，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能站重要信息的保存，類似“飛機黑匣子”的功能。
3. 電網(wǎng)側(cè)儲能電站關(guān)鍵技術(shù)
3.1 能量監(jiān)控
電網(wǎng)側(cè)百兆瓦級能量監(jiān)控系統(tǒng)具備百萬級數(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)儲能電站全景大數(shù)據(jù)的集中存儲，為站控層設(shè)備和應(yīng)用提供數(shù)據(jù)訪問服務(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)、儲能變流器、艙內(nèi)交換機、計量與保護表計、視頻監(jiān)控、消防與門禁系統(tǒng)等。站控層、間隔層設(shè)備根據(jù)接入情況可靈活擴展。能量管理系統(tǒng)監(jiān)控主機與遠動數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備、保護及故障信息管理系統(tǒng)、微機防誤系統(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。系統(tǒng)采用統(tǒng)一的協(xié)議與標準，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，能量管理系統(tǒng)采用標準化組網(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)荷互動終端）、保信網(wǎng)（一體化電源系統(tǒng)、保護、測控裝置）、消防網(wǎng)（煙感、溫度、氣體濃度、報警燈、消防滅火系統(tǒng)）、視頻動環(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）通信標準，采用光纖接入。
此外，能量管理系統(tǒng)實現(xiàn)百萬點數(shù)據(jù)實時存儲，歷史數(shù)據(jù)存儲高達十年以上，服務(wù)集群式設(shè)計架構(gòu)，通道高并發(fā)負載均衡處理，系統(tǒng)監(jiān)測粒度細微到每個電芯，實現(xiàn)數(shù)據(jù)可視化、可追溯，同時也為大數(shù)據(jù)分析業(yè)務(wù)提供支撐，通過海量實時數(shù)據(jù)與歷史數(shù)據(jù)智能分析，設(shè)備運行狀態(tài)特征異常識別和提取，為建立儲能設(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，實現(xiàn)儲能電站智能安全運檢，少人值守，延長儲能系統(tǒng)使用壽命 ; 通過深度學(xué)習(xí)優(yōu)化功率調(diào)節(jié)與能量管理的算法，提高大型儲能電站綜合效益。
3.2 協(xié)調(diào)控制
可實現(xiàn)對儲能電站內(nèi)全站儲能變流器 (PCS) 的源網(wǎng)荷儲、一次調(diào)頻、動態(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 標準協(xié)議，滿足標準互操作性要求；與控制網(wǎng)通信采用 IEC-61850/GOOSE協(xié)議，可實現(xiàn)對儲能站及微電網(wǎng)的毫秒級實時動態(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，協(xié)調(diào)控制器在對全站所有 PCS 狀態(tài)及各類約束條件綜合評估后，計算出各 PCS 的輸出有功功率目標值，并將有功控制指令通過 GOOSE 控制網(wǎng)下發(fā)至各 PCS，從而達到控制儲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)頻動作時間，從頻率變化進入動作區(qū)，到裝置下行控制命令報文出口，時間不大于 20ms，控制函數(shù)如下所示：
2）動態(tài)無功調(diào)節(jié)
動態(tài)無功調(diào)節(jié)控制采用無功 - 電壓下垂控制。當(dāng)儲能站母線電壓偏離設(shè)定值時，協(xié)調(diào)控制器裝置的動態(tài)調(diào)壓控制功能是指以儲能站的母線電壓做為被控制目標，根據(jù)母線電壓指令定值，在綜合考慮拓撲關(guān)系、參與調(diào)節(jié)設(shè)備情況，以及其它約束條件后，動態(tài)計算出儲能電站中各 PCS 的無功目標值，下發(fā)控制指令，并實時采樣無功功率等數(shù)據(jù)，形成閉環(huán)控制，維持母線電壓穩(wěn)定。動態(tài)無功調(diào)壓動作時間，從電壓變化進入動作區(qū)，到裝置下行控制命令報文出口，時間不大于 20ms，控制函數(shù)如下所示：
3）源網(wǎng)荷儲控制
系統(tǒng)接收到源網(wǎng)荷儲調(diào)節(jié)命令，經(jīng)處理以最大有功限值輸出有功功率進行快速響應(yīng)，從系統(tǒng)觸發(fā)信號到裝置 GOOSE 輸出信號的響應(yīng)時間不大于 20ms。
4）主備切換功能系統(tǒng)可采用主備雙機冗余配置，單臺裝置控制的 PCS 數(shù)量最大支持 128 臺PCS，支持分層多級架構(gòu)進行擴展。在儲能電站系統(tǒng)電壓和頻率發(fā)生變化時，觸發(fā)主備切換條件實現(xiàn)切換。其備機狀態(tài)下，一次調(diào)頻及動態(tài)無功調(diào)壓功能正常運行，但不發(fā)送 GOOSE 命令。切換為主機后，可快速發(fā)送 GOOSE 命令，主備機切機時間不大于 20ms。
3.3 儲能變流
與常規(guī)儲能變流系統(tǒng)相比，“4S”架構(gòu)下的該系統(tǒng)基于 GOOSE 快速通信技術(shù)，實現(xiàn)即插即用，支持 IEC61850 MMS/GOOSE 通信協(xié)議。通過 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 ms 級）；通過 IEC61850/MMS通信完成與 EMS 系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交互。同時，采用多路 100M/s 光纖以太網(wǎng)口，用于IEC61850/GOOS 與 IEC61850/MMS 通信。儲能變流系統(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)運行狀態(tài)及充放電功率，實現(xiàn)有功無功調(diào)節(jié)、能量雙向傳遞等功能。
采用光纖 IRIG-B 碼對時方式，實現(xiàn)設(shè)備間的時間同步（誤差 <=±1ms）以及故障錄波功能，能夠?qū)⒏婢?4 個周波，告警后 20s 內(nèi)的交流模擬量、開關(guān)量、BMS 系統(tǒng)狀態(tài)信息實時采集，并以 IEC61850 通信協(xié)議上送給上級監(jiān)控系統(tǒng)長期保存，儲能變流系統(tǒng)保存至少 20 條故障錄波信息。儲能變流系統(tǒng)歷史故障記錄既能從本地顯示屏調(diào)取，又能由監(jiān)控后臺遠程調(diào)取。具備當(dāng)?shù)鼗蜻h方維護功能，可通過遠程站控平臺進行參數(shù)、定值的遠方修改整定，遠程程序下載升級，以及自診斷、自恢復(fù)功能。同時，系統(tǒng)可對自身運行狀態(tài)進行自診斷，故障時能傳送報警信息，異常時能自動復(fù)位。
4. 結(jié)束語
電網(wǎng)側(cè)百兆瓦級儲能電站在發(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、安全保護的基礎(chǔ)上，重點討論了“4S”架構(gòu)下電網(wǎng)側(cè)百兆瓦級儲能電站系統(tǒng)架構(gòu)、能量管理、協(xié)調(diào)控制、儲能變流系統(tǒng)的功能與特點，以區(qū)別于“3S”架構(gòu)，并為后續(xù)更多電網(wǎng)側(cè)百兆瓦級儲能電站的建設(shè)、運營提供借鑒與參考。
在今后的研究與發(fā)展中，建議不局限于電網(wǎng)側(cè)使用地點以及百兆瓦級使用規(guī)模，而是根據(jù)不同應(yīng)用場景的具體需求，構(gòu)建以“儲能 +”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能效能實現(xiàn)最大化。
1）在物理層面，多點布局電網(wǎng)側(cè)儲能電站建設(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)域共享儲能、電網(wǎng)側(cè)儲能集群聯(lián)合出力與錯峰調(diào)節(jié)的協(xié)調(diào)管控裝置，據(jù)此提升含儲能的“源 - 網(wǎng)”、“網(wǎng) - 荷”、“源 - 網(wǎng) - 荷”間的調(diào)節(jié)柔性與互動能力，為構(gòu)建源網(wǎng)荷儲協(xié)同的新型電力系統(tǒng)提供支撐作用。
2）在信息層面，加快推進儲能系統(tǒng)賦能電網(wǎng)朝向數(shù)字化、智能化轉(zhuǎn)型升級，實現(xiàn)儲能系統(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。
（參考文獻略）
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