储能电站构成及控制原理

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能量管理系统(EMS)储能充放电策略

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一、储能电站构成

储能电站主要由电池储能系统、功率变换系统、站用电系统、高压配电系统、监控系统等部分组成。

二、储能系统关键部件及作用

1.电池储能系统

电池储能系统由储能电池及电池管理系统(Battery Management System,BMS)组成，放置在电池舱内。

1. 储能电池
   主流的储能电池有铅酸电池、锂离子电池、液流电池、钠硫电池等，其中磷酸铁锂电池应用最广泛。
   电池采用电池组、电池簇、电池堆的三层结构。电池组由单体电串并联构成：电池组串联到高压箱构成电池簇：电池簇并联到直流母排构成电池堆(500kW),通过直流汇流柜送出。
2. 电池管理系统BMS:
   电池管理系统用于状态监视、运行控制、绝缘监测、均衡管理、保护报警、通信功能等。保证电池系统的正常安全稳定运行，并提高储能电池的利用率，参与电网控制。
   BMS分为总控单元、主控单元、从控单元：
   ①总控单元：对储能电池堆进行集中管理，负责电池堆的策略实现、数据汇总和对外通信。
   ②主控单元：负责电池簇的管理，包括总电压检测、电流检测、绝缘检测、充放电过程管理、故障报警处理。
   ③从控单元：负责电池组内单体电池的电压监测、温度监测、电池组充放电管理。

2.功率变换系统(Power Conversion System,PCS)

储能电池与电网的柔性接口，通过整流逆变一体化的设计，实现交流系统和直流系统的能量双向流动，实现电池电能的存储与释放。
PCS通过三相桥式变流器，把储能电池的直流电压变换成三相高频斩波电压，经滤波器处理成正弦电流后，并入电网。

PCS应具有控制保护系统
监测储能变流器的运行工况，可以在过电压、过电流、传电池管理系统保护信号等故障条件下触发保护动作停机，并具有故障录波功能。
PCS控制保护系统接收后台监控系统指令，根据指令调节储能变流器的工作模式，如充放电模式。

3.变配电系统

升压变压器的容量与储能单元容量相匹配，通过负荷开关接入环网柜，两个储能单元的环网柜并
联汇流后，通过10kV进线断路器接入10kV母线。10kV系统包括进线开关柜、出线开关柜、计量柜、
站用变压器开关柜、母线变压器柜。

4.后台监控系统

由常规电气监控系统和能量管理系统(Energy Management System,EMS)组成对站内所有设备进行监测与控制，接收调度指令实现自动发电控制(Automatic GenerationControl,AGC)和自动电压控制(AutomaticVoltage Control,AVC)等功能。

5.继电保护及安全自动装置

包括公用测控装置、10kV线路保护测控装置、站用变压器保护测控装置、防孤岛保护装置、频率电压紧急控制装置、源网荷互动终端。
当电力系统中出现故障或异常情况时，防孤岛保护装置能够及时切断电源，避免设备损坏和安全事故的发生。
防孤岛保护装置的作用：

1. 保护设备安全：防孤岛保护装置能够在电力系统中发现异常情况，及时切断电源，防止设备过电压、过电流等故障的发生，从而保护设备的安全。
2. 避免安全事故：防孤岛保护装置能够避免因孤岛现象导致的电力设备损坏和人员伤亡等安全事故的发生。
3. 确保电力系统稳定运行：防孤岛保护装置能够及时发现并处理电力系统中的故障，确保电力系统的稳定运行，提高供电可靠性。
   

三、储能电站的功能

因其快速的功率指令响应能力和灵活的出力特性，在**调峰、调频、调压、应急响应、黑启动(VSG)**等方面具有巨大的应用潜力。
储能电站具备自动发电控制(Automatic Generation Control AGC)、自动电压控制(Automatic Voltage Control,AVC)、一次调频控制、源网荷控制等多种应用功能，能够较好地满足电网调度的需求。

黑启动VSG：
大量储能电站都处于孤岛运行状态，储能电站可以通过SVPWM控制策略运行于电压源模式，其独立的控制系统可以调节孤岛运行时的电压、频率和相位，可以随时作为黑启动电源参与电网黑启动。虚拟同步机（Virtual Synchronous Generator，VSG)可以通过在变换器控制环节中模拟同步机运行机制，使新能源发电设备具备主动支撑电网的能力，由被动调节转为主动支撑。

四、储能电站控制策略

1. 等比例控制

等比例分配模式：按照当前每台正常运行的PCS的最大可充放电功率进行比例分配。
Pi,是i组储能变流器的功率值，单位kW。Pimax是i组储能变流器的最大可充/放电功率值，单位kW。L为储能变流器的数量。PtAGC为有功功率目标值，单位kW。

1. 优化控制

• 综合考虑最大可充放电功率值与电池堆荷电状态(State of Charge,SOC),对各PCS的功率目标值进行分配，根据客观需求确定两种因素的权重占比。
• 最大可充放电功率值与电池堆荷电状态两种因素的权重分别为ωp，和ωs，二者之和为1。
• fpi是第i组PCS的最大可充放电功率值，与所有组中最大的最大可充放电功率的比值（）。
  当计算充电功率目标值时:
  fsi是100%与第i组电池堆SOC的差值，与100%的比值；(可充电SOC)
  当计算放电功率目标值时:
  fsi是第i组电池堆的SOC,与100%的比值。（可放电SOC）