安科(kē)瑞(ruì) 陳聰

【摘要(yào)】以內蒙(mēng)古某一實(shí)際(jì)分布式風電-電池儲能(néng)係統的設計和(hé)運行效果為(wéi)基礎,對影(yǐng)響其可用性(xìng)的關鍵(jiàn)因素進行了分(fēn)析(xī)。結(jié)果顯示(shì):能(néng)量(liáng)管理(lǐ)係統(tǒng)的(dí)設計需(xū)要(yào)考(kǎo)慮功率(shuài)補(bǔ)償控製以(yǐ)抵消儲(chǔ)能(néng)係統(tǒng)內部功(gōng)率損耗(hào);功(gōng)率轉換(huàn)係(xì)統(tǒng)的響(xiǎng)應時(shí)間對(duì)係(xì)統性(xìng)能(néng)具(jù)有*要影(yǐng)響(xiǎng),控(kòng)製算(suàn)法的功(gōng)率(shuài)指令周期需與(yǔ)PCS響(xiǎng)應時間匹配(pèi);儲能係統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和布局(jú)也對儲(chǔ)能係統的環(huán)境適(shì)應(yīng)性有著*要(yào)影響。風(fēng)電(diàn)-電池(chí)儲能係統(tǒng)可(kě)用性對其(qí)實(shí)際推廣(guǎng)應用(yòng)具有(yǒu)*要影響,該文對(duì)影響(xiǎng)風電-電池儲能係統應(yīng)用(yòng)過程中出現的問題(tí)提出(chū)了(liǎo)相應的解決方(fāng)法(fǎ),為風(fēng)儲(chǔ)係統的(dí)推廣與應用提供參考。

【關(guān)鍵(jiàn)詞】風儲係統:能量(liáng)管理(lǐ)係(xì)統:功率轉換(huàn)係統(PCS)響(xiǎng)應時(shí)間;溫度(dù)控製設計

0.引言(yán)

風能作為(wéi)一(yī)種清(qīng)潔的可(kě)再(zài)生(shēng)能源,越來越(yuè)受到世界(jiè)各國(guó)的*視(shì)。但風能隨(suí)機波(bō)動的特點(diǎn),造成(chéng)風(fēng)電(diàn)出(chū)力的頻(pín)繁波(bō)動,使電網(wǎng)的調頻，調峰(fēng)壓力加(jiā)大,成為(wéi)長期困擾風(fēng)電並網(wǎng)的(dí)主要難題。

我國的棄風限電*次出(chū)現於(yú)2010年,此(cǐ)後棄風從零(líng)星(xīng)現象(xiàng)快速(sù)擴散(sàn),2012年的情(qíng)況*為嚴(yán)*,棄(qì)風(fēng)率達17%。之後隨(suí)著(zhuó)出台一係列(liè)政策鼓(gǔ)勵風(fēng)電並網消納,我國棄風(fēng)率2013年上半(bàn)年降至(zhì)13.5%，2014年(nián)上半(bàn)年進(jìn)一(yī)步降(jiàng)至(zhì)8.5%。2015年7月(yuè),能源局發布(bù)數(shù)據顯(xiǎn)示(shì),上(shàng)半(bàn)年全國(guó)平均棄(qì)風率為(wéi)15.2%,風電棄(qì)電(diàn)量(liáng)達175億kW·h,同比增加101億kw·h,造成經濟損(sǔn)失接近87億(yì)元,創3年來同(tóng)期新高。2015年(nián)上半年棄風限(xiàn)電主要集(jí)中在蒙西(棄(qì)風率20%)，甘肅(棄(qì)風率31%)和新(xīn)疆(棄風率28.82%)。

將電池(chí)儲能係(xì)統與(yǔ)風(fēng)電(diàn)結(jié)合,可以平滑機組(zǔ)輸(shū)出，提(tí)高風電輸出與(yǔ)預(yù)測(cè)的置信(xìn)度(dù)，提高風(fēng)電可(kě)調(tiáo)度(dù)性及(jí)實現(xiàn)峰(fēng)值(zhí)轉(zhuǎn)移,有效(xiào)改(gǎi)善(shàn)風電對電網(wǎng)的(dí)影響(xiǎng)國內(nèi)外對電(diàn)池儲能技術(shù)在(zài)風(fēng)電上的應(yīng)用均十分(fēn)關注。

國內,2011年電(diàn)網在(zài)張(zhāng)北(běi)投運(yùn)的20MW電池儲(chǔ)能站(zhàn)(一(yī)期)主(zhǔ)要(yào)定(dìng)位於配(pèi)合(hé)風電(diàn)和光伏接(jiē)人。2013年(nián)在(zài)國(guó)電龍(lóng)源臥(wò)牛石風(fēng)電場(cháng)投運(yùn)的(dí)5MW/10(MW·h)全釩液流(liú)電(diàn)池儲(chǔ)能(néng)設(shè)計(jì)實現配合(hé)風電接人的(dí)功(gōng)能。國外(wài)儲(chǔ)能(néng)技術(shù)與風(fēng)電的配合(hé)應用更早(zǎo)。2005年日(rì)本(běn)住友電工開發(fā)的4MW/6(MW·h)全(quán)釩液流儲(chǔ)能(néng)電(diàn)池係統安(ān)裝在北海道的30MW風電場示範(fàn)運行。2008年(nián)日本(běn)風電(diàn)開發(fā)公司(sī)在(zài)Rokksasho5lMw風(fēng)電(diàn)場(cháng)安(ān)裝(zhuāng)了(liǎo)34MW/1169.6(MW·h)的(dí)鈉(nà)硫電池以平(píng)抑風電(diàn)場(cháng)輸(shū)出(chū)功率。挪(nuó)威(wēi)石油公司自(zì)2009年開(kāi)始測(cè)試鋰(lǐ)電池(chí)配合(hé)離(lí)岸風電(diàn),2015年公(gōng)布將於2018年(nián)在蘇格蘭(lán)彼(bǐ)得(dé)岬外海,為15台(tái)6MW漂(piāo)浮(fú)式(shì)離岸風電場(cháng)安裝15MW/15(MW·h)的鋰電(diàn)池儲能係統。2016年美國(guó)聖地亞(yà)哥(gē)電力(lì)公司實施2MW/8(MW·h)全(quán)釩(fán)液(yè)流(liú)電池儲能項目,以響應(yīng)加利福(fú)尼(ní)亞(yà)州(zhōu)提出的2020年要(yào)導人高(gāo)達33%可再(zài)生(shēng)能源的(dí)目(mù)標(biāo)。

儲能技術與風(fēng)電(diàn)的配(pèi)合(hé)方式有(yǒu)集中式和分布(bù)式2種,上述(shù)儲能(néng)電(diàn)站均屬(shǔ)於(yú)集中(zhōng)式儲能,集(jí)中采取(qǔ)溫度控製措施，方(fāng)便管(guǎn)理和維護(hù)。但(dàn)集中(zhōng)式儲能占(zhān)地大,需要規(guī)劃集中(zhōng)的建(jiàn)設場地(dì),其(qí)建設(shè)涉及征地和(hé)審(shěn)批方麵(miàn)的(dí)工(gōng)作。

分布(bù)式儲能(néng)則可(kě)以在風機旁(páng)就(jiù)地布置(zhì),聯會協(xié)調控製,具有(yǒu)控(kòng)製靈活的優點,同(tóng)時在一定程(chéng)度上(shàng)克(kè)服了(liǎo)集中儲(chǔ)能需要征(zhēng)地和(hé)審(shěn)批的不足。目前相(xiāng)關的研究(jiū)和示範工作多(duō)針(zhēn)對集中式儲(chǔ)能展(zhǎn)開,對(duì)分(fēn)布(bù)式儲能(néng)的應(yīng)用及(jí)其(qí)應用中(zhōng)的問題則(zé)鮮見論述。本(běn)文針對(duì)分(fēn)布(bù)式儲能工程應(yīng)用中對可(kě)用(yòng)性(xìng)影(yǐng)響的因素進行分析(xī)探討(tǎo),供相(xiāng)關(guān)應用設(shè)計參考。

1.分(fēn)布(bù)式風電-電池儲能係(xì)統(tǒng)

分布式(shì)風(fēng)電-電池儲能(néng)係統(tǒng)是1台風機配(pèi)置1套儲(chǔ)能係(xì)統,或者幾(jī)台風(fēng)機配(pèi)置1套儲(chǔ)能(néng)係(xì)統(tǒng),單套儲(chǔ)能(néng)係統容量相對(duì)要求(qiú)較(jiào)小(xiǎo),從物(wù)理位置上講(jiǎng)屬(shǔ)於(yú)分布式儲能。

分(fēn)布式風(fēng)電(diàn)-電池(chí)儲能係統以(yǐ)單(dān)台或幾(jī)台(tái)風機為(wéi)直(zhí)接(jiē)控製(zhì)對(duì)象,以風電場整(zhěng)體優化為(wéi)目標,其(qí)配置安裝(zhuāng)和控製方(fāng)式(shì)較(jiào)為(wéi)靈(líng)活,通過多係統間的(dí)協(xié)調控(kòng)製可(kě)以*大程度(dù)降低風電場內部綫損(sǔn),在單(dān)台風機(jī)或單台(tái)儲能係(xì)統(tǒng)發生故障時(shí)可以進行(háng)協(xié)調(tiáo)邏輯(jí)的重組(zǔ)，以繼續實(shí)現*優(yōu)運行(háng),但(dàn)其協調控(kòng)製較為復雜,整體(tǐ)協調控製(zhì)要求(qiú)高(gāo)。由(yóu)於每(měi)台(tái)儲能(néng)係統均(jūn)需獨(dú)立的測(cè)量和(hé)控製係統,單位(wèi)容量成本較高(gāo)。

從原(yuán)理上(shàng)講,1機1儲配(pèi)置(zhì)的(dí)電(diàn)氣(qì)連接既可采用(yòng)交(jiāo)流(liú)側並聯(lián),也可采用直流側並聯。交流側(cè)並聯時，風機(jī)與(yǔ)儲能(néng)係(xì)統之間的(dí)控(kòng)製係統相(xiāng)互(hù)解耦,實現方便,也(yě)是目前(qián)技術(shù)上較(jiào)為成熟的方式(shì)。1機(jī)1儲(chǔ)的分布式(shì)儲能係統(tǒng)的安(ān)裝(zhuāng)既可(kě)以采用集裝(zhuāng)箱形(xíng)式在(zài)風機旁就近安置(zhì),也可以將(jiāng)儲(chǔ)能係統置於風(fēng)機塔筒(tǒng)內部。其中(zhōng)前(qián)者更具(jù)有模塊化思(sī)路,工程(chéng)實施(shī)方便;後者需要風(fēng)機廠商與(yǔ)儲能廠(chǎng)商(shāng)的配會(huì),目前尚未(wèi)見實(shí)用。

在內蒙古(gǔ)某49.5MW風電場選(xuǎn)取1台(tái)風(fēng)機實(shí)施的(dí)分(fēn)布式1機1儲(chǔ)項目(mù)即采(cǎi)用交(jiāo)流690V側並聯,單台風機容(róng)量(liáng)為(wéi)1.5MW,儲能(néng)集(jí)裝(zhuāng)箱在風(fēng)機(jī)旁就近(jìn)安(ān)裝(zhuāng),容量(liáng)為(wéi)500kWx2h。項目於(yú)2015年5月(yuè)成功(gōng)投(tóu)運。在實施(shī)過程中曾(zēng)遇到因(yīn)控製(zhì)策(cè)略對(duì)實際(jì)係統功率(shuài)損耗(hào)考(kǎo)慮不(bù)足導致(zhì)電池(chí)荷電(diàn)狀態(stateofchargeS0C)不(bù)斷(duàn)降低(dī)以致(zhì)於*終無法運行,控製(zhì)周期設計不(bù)合理(lǐ)反致整個(gè)係統功(gōng)率波(bō)動(dòng)增(zēng)加(jiā),溫度(dù)控(kòng)製(簡稱溫(wēn)控)係統氣流(liú)路(lù)徑設計不合理(lǐ)造(zào)成電(diàn)池溫差過大等問題(tí),這些控(kòng)製(zhì)和(hé)設(shè)計因素直接(jiē)影(yǐng)響(xiǎng)到(dào)風儲係統的可用性,值(zhí)得(dé)相(xiāng)關(guān)技術(shù)人員(yuán)加以(yǐ)關注(zhù)。

2.風儲(chǔ)能量管理(lǐ)係(xì)統控製策略對(duì)可(kě)用性的(dí)影(yǐng)響

能(néng)量(liáng)管(guǎn)理係統(energymanagementsystem,EMS)實(shí)時采(cǎi)集電(diàn)網信(xìn)息並(bìng)從電池(chí)管(guǎn)理(lǐ)係統(battenmanagementsystem，BMs)獲取電(diàn)池信息以(yǐ)實現(xiàn)風儲(chǔ)係統(tǒng)的頂層控製功能。控製策略(lüè)包(bāo)括(kuò)5個控製(zhì)策(cè)略和電(diàn)池保護部分,即削峰填穀，計(jì)劃(huá)跟(gēn)蹤，平(píng)滑功(gōng)率，調(tiáo)壓(yā)，調頻和(hé)電池保(bǎo)護(hù)。圖1為(wéi)風儲EMS就(jiù)地挖製結構框(kuàng)圖(tú)。無論風儲EMS的控製(zhì)目標(biāo)如何,其通(tōng)過指(zhǐ)令直(zhí)接調節(jié)的僅(jǐn)是(shì)功率轉(zhuǎn)換係統(tǒng)的(dí)有功功率和(hé)無功(gōng)功率，直(zhí)接改變(biàn)的是風電(diàn)機組(zǔ)低壓側的(dí)有(yǒu)功，無功功率(shuài)和頻(pín)率。

在EMS就(jiù)地控(kòng)製係統中(zhōng),將(jiāng)匯流(liú)點三(sān)相(xiāng)電壓(yā)，電流進(jìn)行(háng)P/Q分(fēn)解(jiě),得(dé)到風電機(jī)組和(hé)儲(chǔ)能係(xì)統整(zhěng)體輸出的有功和無功(gōng)功(gōng)率(shuài),其中測量(liáng)計(jì)算得(dé)到的(dí)有功(gōng)功率(shuài)作為(wéi)功(gōng)率(shuài)平滑,削峰填穀,計(jì)劃跟(gēn)蹤控製的(dí)主要依據(jù),無(wú)功(gōng)功率(shuài)作為(wéi)無(wú)功補償(cháng)(電壓(yā)調(tiáo)整)的主要依(yī)據。將(jiāng)三(sān)相(xiāng)電壓(yā)信(xìn)號進(jìn)行頻(pín)率(shuài)提(tí)取,作為(wéi)緊急調(tiáo)頻情(qíng)況(kuàng)下有功功(gōng)率(shuài)輸(shū)出控製(zhì)的主要(yào)依據(jù)。其控(kòng)製(zhì)策略(lüè)框圖(tú)如(rú)圖(tú)2所示(shì)。

上(shàng)述(shù)控製(zhì)策略(lüè)原(yuán)理簡(jiǎn)單,但根(gēn)據(jù)理(lǐ)想情(qíng)況(kuàng)設計(jì)的(dí)控(kòng)製策略(lüè)在(zài)實際應用中(zhōng)卻(què)無(wú)法(fǎ)正(zhèng)常運行。在(zài)各(gè)種理(lǐ)想的(dí)控製策(cè)略中(zhōng),設(shè)計(jì)目標是使得(dé)交流(liú)側(cè)並網點(diǎn)的充放(fàng)電(diàn)能量(liáng)保(bǎo)持平(píng)衡,即能(néng)量(liáng)積分為0。而儲(chǔ)能(néng)係(xì)統(tǒng)充(chōng)放電運行過程(chéng)中(zhōng),電池，BMS.PCS.EMS,溫(wēn)控(kòng)係統(tǒng)和(hé)消(xiāo)防係統等均有(yǒu)能(néng)量(liáng)損耗,上述能量(liáng)損(sǔn)耗均(jūn)發生(shēng)在並網(wǎng)點(diǎn)以下(直流側或者(zhě)PCS上),能(néng)量的損耗體現(xiàn)為(wéi)內(nèi)耗。僅考(kǎo)慮理(lǐ)想(xiǎng)條件(jiàn)的控製(zhì)策略(lüè)無法(fǎ)使得(dé)能量(liáng)的損(sǔn)失從電網得到補充,結(jié)果導(dǎo)致(zhì)隨(suí)著運行時(shí)間的(dí)增加,電池(chí)SOC不(bù)斷下(xià)降(jiàng)。SOC下降速(sù)度與電池充放電效(xiào)率和PS效(xiào)率(shuài)直接相關。

項目實施(shī)中(zhōng)發現(xiàn),如控(kòng)製(zhì)策略不考慮儲能係統的(dí)功率損耗(hào),運(yùn)行24h後(hòu)2台(tái)儲能集(jí)裝(zhuāng)箱內(nèi)的(dí)電(diàn)池SOC均下降(jiàng)了(liǎo)20%左右。

為(wéi)確保風電-電池儲能(néng)係統(tǒng)能夠(gòu)長(cháng)期(qī)可靠(kào)地(dì)運行(háng),同時(shí)考(kǎo)慮(lǜ)到SOC估算誤(wù)差通常較(jiào)大的(dí)實際情況(kuàng)中,本文采(cǎi)取輔助(zhù)措施(shī)將SOC的運(yùn)行(háng)範(fàn)圍限製在一(yī)個以50%為的(dí)較窄(zhǎi)區(qū)間內(nèi)以(yǐ)避免電池(chí)SOC上(shàng)下越限(xiàn)。采取的措施如(rú)下詳述。

（1） 在(zài)理想控製策略(lüè)輸(shū)出(chū)指(zhǐ)令(líng)的(dí)基礎(chǔ)上(shàng)選擇件(jiàn)地附加(jiā)功(gōng)率偏(piān)置。由於(yú)電池充放(fàng)電(diàn)和PCS運行的能量(liáng)損(sǔn)耗(hào)對電(diàn)池SOC大(dà)小(xiǎo)的影響是單方向的(dí)(使得SOC減小(xiǎo)),因(yīn)此(cǐ)當電池SOC在50%以(yǐ)上(shàng)時(shí),直接(jiē)將(jiāng)理(lǐ)想(xiǎng)控製策(cè)略(lüè)的(dí)輸出指令(líng)作為(wéi)控製(zhì)PCS的指令(líng)。此(cǐ)時利(lì)用電(diàn)池(chí)和PCS本(běn)身的(dí)功率(shuài)損(sǔn)耗使得(dé)儲(chǔ)能係統SOC向著50%運行。當(dāng)電池(chí)SOC低(dī)於50時,在(zài)理想控製策略(lüè)輸(shū)出指(zhǐ)令(líng)的(dí)基(jī)礎(chǔ)上(shàng)附(fù)加使電(diàn)池SOC向(xiàng)上的充(chōng)電(diàn)功(gōng)率(shuài)偏置(zhì),此(cǐ)功(gōng)率(shuài)偏置應大於(yú)電(diàn)池(chí)和PCS的(dí)損(sǔn)耗,以(yǐ)保證(zhèng)SOC向著50%運(yùn)行(háng)。

（2） 對偏(piān)置功(gōng)率(shuài)大小設置限(xiàn)值。為(wéi)保證附(fù)加(jiā)的偏(piān)置功率不會對原(yuán)控製策略指令產生嚴重影響,對(duì)偏(piān)置功(gōng)率設(shè)置了上(shàng)限(xiàn)值。

3.功率(shuài)轉換(huàn)係統響(xiǎng)應速(sù)度對(duì)可用性的影(yǐng)響(xiǎng)

PCS接(jiē)受來(lái)自(zì)EMS的功(gōng)率(shuài)指(zhǐ)令並執行,儲(chǔ)能(néng)係(xì)統(tǒng)的(dí)功率輸(shū)人(rén)輸(shū)出均通(tōng)過(guò)PCS進(jìn)行。EMS係(xì)統的控(kòng)製速度由(yóu)采樣(yàng)速(sù)度，EMS控製算法速度(dù)和(hé)PCS的(dí)指令響應速度(dù)共同決(jué)定。在實(shí)際(jì)工程(chéng)中(zhōng),PCS的指(zhǐ)令(líng)響應速度低(dī)於前兩者,對(duì)風儲(chǔ)係統控製策(cè)略(lüè)的(dí)運行效(xiào)果有著至關(guān)重要的(dí)影響(xiǎng)。

PCS指令(líng)響應時(shí)間由(yóu)EMS與PCS之間的(dí)通(tōng)訊延(yán)遲時間，PCS功(gōng)率控製(zhì)環執行時間構成。後(hòu)者通常為幾到幾(jī)十ms,EMS與(yǔ)PCS之間(jiān)的通(tōng)訊延遲時間遠(yuǎn)遠(yuǎn)大於後(hòu)者。

為掌握PCS的響(xiǎng)應情況,本文(wén)對(duì)PCS進(jìn)行了(liǎo)功(gōng)率(shuài)指(zhǐ)令(líng)跟蹤測(cè)試。測試中以通信指(zhǐ)令(líng)的(dí)形式按(àn)照正(zhèng)弦(xián)變化規律(lǜ)給(gěi)定(dìng)有(yǒu)功功(gōng)率,正弦(xián)變化周期為15,3060,90和120s。指令功(gōng)率(shuài)的正(zhèng)弦變化(huà)周(zhōu)期為(wéi)30s時,指(zhǐ)令功(gōng)率(shuài)和測(cè)得的PCS實(shí)際輸出功率(shuài)的曲(qū)綫(xiàn)如圖3所示。

由圖3可知,PCS對EMS的(dí)功率(shuài)指令的響應(yīng)存在明顯的(dí)滯後,滯後(hòu)時間約(yuē)為1s左右(yòu),且(qiě)存(cún)在一(yī)定的(dí)抖動(dòng)。上述滯後導致風儲(chǔ)係(xì)統對快速的(dí)功率波(bō)動(dòng)無法有(yǒu)效(xiào)平抑(yì),嚴重時甚至會導(dǎo)致風儲係統(tǒng)總(zǒng)功(gōng)率(shuài)波動的(dí)增加。在內(nèi)蒙古某(mǒu)風(fēng)電場(cháng)風儲(chǔ)係(xì)統調(tiáo)試階段實測得(dé)到的風機(jī)功率(shuài)波(bō)動情況即是如此(cǐ)。實測得到(dào)的風(fēng)機功(gōng)率(shuài)波(bō)形和風-儲總(zǒng)功率波(bō)動(dòng)如圖4所(suǒ)示。

圖4中,功率(shuài)方(fāng)向(xiàng)以風-儲(chǔ)吸(xī)收(shōu)電能為正(zhèng),以風-儲(chǔ)向(xiàng)外(wài)放(fàng)出電能為負(fù),故圖中(zhōng)顯(xiǎn)示風(fēng)機輸(shū)出功(gōng)率(shuài)為負(fù)值。圖4對應(yīng)的測(cè)試(shì)中(zhōng),平(píng)滑(huá)功(gōng)率控(kòng)製算(suàn)法按(àn)照濾波(bō)時間(jiān)常數為(wéi)10min計(jì)算出對(duì)PCS的功(gōng)率(shuài)指令(líng)百接(jiē)發送給PCS,電壓(yā)，電流(liú)等(děng)信(xìn)號(hào)的采樣(yàng)速率(shuài)為0kbit/s,時(shí)間窗口長(cháng)度(dù)為900s。圖(tú)中對(duì)比可見(jiàn)運行(háng)平滑功率策略後(hòu)功率波(bō)動(dòng)更加(jiā)嚴(yán)重(zhòng)。

為解決上述(shù)不但無法平抑風功率(shuài)波動反而造成(chéng)總(zǒng)波動增(zēng)加(jiā)的問題,在後續調(tiáo)試過(guò)程中,將功率平(píng)控(kòng)製(zhì)算(suàn)法(fǎ)的(dí)控製周(zhōu)期(qī)增加(jiā)到(dào)約(yuē)PCS響應(yīng)時間(jiān)的2倍(bèi),約2s,即(jí)控製算法的功率指(zhǐ)令每間(jiān)隔(gé)2s給PCS發送1次(cì),得到(dào)功率(shuài)平(píng)滑效果(guǒ)如圖(tú)5所(suǒ)示(shì)。

由圖5可知,風機(jī)功(gōng)率(shuài)波動(dòng)峰值(zhí)為(wéi)900kw,平滑(huá)後的功率波(bō)動峰值降為(wéi)425kw,消(xiāo)除(chú)波動達(dá)52.8%,平抑(yì)效(xiào)果(guǒ)較為明(míng)顯(xiǎn)。控製算(suàn)法周期為2s時對應控製(zhì)環路帶(dài)寬(kuān)為0.5Hz。根(gēn)據香農定理(lǐ),可以(yǐ)分析並(bìng)濾(lǜ)除(chú)的(dí)功(gōng)率(shuài)信(xìn)號的(dí)頻率不高於0.2H。實際(jì)工程(chéng)中(zhōng)可(kě)以起到功率平滑(huá)效果(guǒ)的頻(pín)率要(yào)低於(yú)該理想情況下的頻(pín)率(shuài),本文實測顯(xiǎn)示,對(duì)於0.1Hz的功率波動具有平抑(yì)的效(xiào)果(guǒ),對於0.1以上的(dí)高(gāo)頻功(gōng)率(shuài)波(bō)動則無法(fǎ)消(xiāo)除(chú)。

儲能(néng)係統應用中(zhōng)經(jīng)常(cháng)提(tí)到緊(jǐn)急(jí)調頻(pín)和(hé)緊急(jí)調壓功能,值得(dé)注意的是上述(shù)2種功能(néng)的實(shí)現(xiàn)需(xū)要儲能(néng)係統對電網電壓(yā)和頻率的(dí)變化具(jù)有ms級的(dí)響應速(sù)度。以本(běn)文(wén)PCS的響應(yīng)速度(dù),顯(xiǎn)然無(wú)法實(shí)現緊急調頻(pín)和(hé)緊(jǐn)急(jí)調(tiáo)壓功(gōng)能。根(gēn)據(jù)本文調(tiáo)研(yán),大(dà)多(duō)數(shù)商(shāng)業化(huà)儲(chǔ)能PCS的(dí)響應速(sù)度都(dū)無法滿足上述功(gōng)能(néng)的要(yào)求,這(zhè)值(zhí)得(dé)儲能係統(tǒng)應(yīng)用(yòng)相關人員(yuán)加以(yǐ)關(guān)注(zhù)。

4.儲能(néng)集(jí)裝箱(xiāng)結(jié)構和布局對(duì)可用(yòng)性的影(yǐng)響

對(duì)於(yú)集(jí)中式(shì)儲(chǔ)能(néng)而言,儲(chǔ)能係(xì)統位於建築(zhù)物內空間(jiān)相(xiāng)對寬鬆,溫度(dù)控(kòng)製(zhì)由(yóu)建(jiàn)築物(wù)的暖通係(xì)統實現(xiàn)。本文1機1儲的風電-電池儲能(néng)係統采用(yòng)集裝箱式(shì)設計,儲能(néng)係(xì)統的結構(gòu)和布(bù)局(jú)設計不僅影響儲能(néng)集裝箱的(dí)強度，係統的運(yùn)輸和維護(hù),也與儲能係統的溫度(dù)管理密切相關。

圖6所示為(wéi)儲能集裝箱(xiāng)俯(fǔ)視(shì)圖(tú)。儲(chǔ)能電池,FCS和(hé)EMS布置於儲能集(jí)裝箱(xiāng)內(nèi)。儲(chǔ)能電(diàn)池4組並聯,全部(bù)布(bù)置(zhì)於(yú)集裝箱(xiāng)右(yòu)側(以進門(mén)為(wéi)正方(fāng)向),左(zuǒ)側空(kōng)間保(bǎo)留(liú)為走(zǒu)道,供巡(xún)祝和維修(xiū)使用。由(yóu)於(yú)儲(chǔ)能電池是(shì)儲能(néng)係統(tǒng)中(zhōng)體(tǐ)積*大(dà)，質量*重的(dí)部(bù)件(jiàn),本文(wén)中(zhōng)采取的(dí)不對稱(chēng)布(bù)局使(shǐ)儲(chǔ)能係統(tǒng)*心(xīn)偏右(yòu)，偏高(gāo),對儲能係(xì)統的運輸(shū)安(ān)全(quán)不利,偏右使得安(ān)裝時(shí)左(zuǒ)右地(dì)基受力不均(jūn),提高了(liǎo)對地基(jī)強度的(dí)要求(qiú)。

內蒙古夏(xià)季(jì)溫度早晚溫(wēn)差大,白天(tiān)*高(gāo)溫度(dù)可達30℃,但時間短(duǎn),冬季氣(qì)溫可低(dī)至(zhì)零下(xià)40℃。為針對(duì)性(xìng)地(dì)改善(shàn)儲能集裝(zhuāng)箱(xiāng)的溫(wēn)控(kòng)效(xiào)果,該風(fēng)電場(cháng)溫度(dù)控(kòng)製(zhì)采(cǎi)取了夏季空(kōng)冷,冬季加熱的方式(shì),同時對(duì)集(jí)裝(zhuāng)箱內(nèi)部(bù)的(dí)散熱氣流(liú)路徑和(hé)加熱氣流路徑進(jìn)行了(liǎo)不同的設計(jì)。

夏(xià)天(tiān)散熱模(mó)式(shì)時(shí),集裝箱側(cè)壁(bì)上方(fāng)的帶風嘲可開閉出(chū)風口開(kāi)啟(qǐ),同(tóng)時電(diàn)池(chí)底部帶(dài)風扇可開閉擋風板(bǎn)關(guān)閉,強迫外(wài)部(bù)空(kōng)氣向(xiàng)上(shàng)通(tōng)過(guò)儲能(néng)電(diàn)池(chí)的間隙,起到強製(zhì)散(sàn)熱的作(zuò)用,氣流路徑(jìng)如圖(tú)7所示(shì)。

冬季(jì)加(jiā)熱(rè)模式時,電池下(xià)方的(dí)帶風扇可(kě)開閉擋風板(bǎn)開啟,右(yòu)下側(cè)進(jìn)風口(kǒu)和左上(shàng)側(cè)的帶(dài)風扇可開(kāi)閉出(chū)風口(kǒu)關閉,強迫(pò)熱風(fēng)進行順(shùn)時(shí)針(zhēn)循環(huán),起(qǐ)到(dào)強(qiáng)製(zhì)均匀(yún)加(jiā)熱的效果(guǒ),氣流(liú)路(lù)徑如圖8所(suǒ)示(shì)。

除此(cǐ)以(yǐ)外,針對我國(guó)北方風(fēng)沙大的(dí)特(tè)點(diǎn),對儲能集(jí)裝箱(xiāng)進風(fēng)口采(cǎi)取了多層濾網(wǎng)的防(fáng)風(fēng)沙(shā)設計(jì)。經(jīng)過在內蒙古(gǔ)某(mǒu)風(fēng)電場實(shí)際運行,經(jīng)歷了(liǎo)當(dāng)地(dì)夏(xià)天近30℃的氣(qì)溫,秋天的風(fēng)沙和(hé)冬天零(líng)下(xià)30℃的嚴(yán)寒(hán)電池溫度維持在15-35℃,電池問溫(wēn)差不大於5℃。用(yòng),保證了(liǎo)電(diàn)池(chí)儲(chǔ)能(néng)係統對(duì)環(huán)境溫(wēn)度和(hé)條件的(dí)適(shì)應能(néng)力(lì),同(tóng)時(shí)集(jí)裝箱式設計(jì)地簡化(huà)了(liǎo)現場(cháng)施(shī)工,利於設備的維護(hù)。

5.Acrel-2000ES儲(chǔ)能(néng)櫃(guì)能量(liáng)管理係(xì)統

5.1係統概述(shù)

安(ān)科瑞(ruì)儲能(néng)能(néng)量(liáng)管(guǎn)理係(xì)統(tǒng)Acrel-2000ES，專門針對(duì)工商業(yè)儲能櫃(guì)，儲(chǔ)能(néng)集(jí)裝(zhuāng)箱研發的一(yī)款(kuǎn)儲能EMS，具(jù)有(yǒu)*的儲(chǔ)能監(jiān)控與管理功能,涵(hán)蓋了儲(chǔ)能係(xì)統設備(PCS，BMS，電(diàn)表(biǎo)，消(xiāo)防(fáng)，空調(tiáo)等)的詳(xiáng)細(xì)信(xìn)息,實現(xiàn)了數(shù)據采(cǎi)集，數(shù)據處理(lǐ)，數(shù)據存(cún)儲(chǔ)，數據查(chá)詢與分(fēn)析，可視化監(jiān)控(kòng)，報警管理，統計報表等功能。在高(gāo)級應用(yòng)上(shàng)支持能量(liáng)調度,具備計劃曲(qū)綫，削峰填(tián)穀，需(xū)量控製，防(fáng)逆(nì)流等(děng)控製功能(néng)。

5.2係統結構(gòu)

Acrel-2000ES，可通過直采(cǎi)或(huò)者(zhě)通過通(tōng)訊管(guǎn)理或(huò)串(chuàn)口(kǒu)服(fú)務器將(jiāng)儲(chǔ)能櫃或者(zhě)儲(chǔ)能(néng)集裝(zhuāng)箱內部的(dí)設備(bèi)接入係(xì)統。

5.3係統功(gōng)能

5.3.1實時(shí)監測

係統人機界麵友好，能夠(gòu)顯示儲能櫃的運行(háng)狀態，實(shí)時監(jiān)測PCS，BMS以(yǐ)及(jí)環(huán)境(jìng)參(cān)數信(xìn)息(xī)，如電(diàn)參(cān)量，溫(wēn)度(dù)，濕度等(děng)。實時顯(xiǎn)示(shì)有關故障(zhàng)，告警(jǐng)，收益等(děng)信息(xī)。

5.3.2設備監控(kòng)

係統(tǒng)能(néng)夠實時監(jiān)測(cè)PCS，BMS，電表，空調(tiáo)，消防(fáng)，除(chú)濕機(jī)等設(shè)備的運行(háng)狀(zhuàng)態及運行模(mó)式(shì)。

PCS監(jiān)控：滿(mǎn)足(zú)儲(chǔ)能變流(liú)器的參數(shù)與限值設(shè)置；運行模(mó)式設置；實(shí)現儲能(néng)變(biàn)流(liú)器(qì)交(jiāo)直流(liú)側電(diàn)壓，電流，功率(shuài)及充放電量參數的(dí)采(cǎi)集與(yǔ)展(zhǎn)示(shì)；實現(xiàn)PCS通(tōng)訊(xùn)狀(zhuàng)態(tài)，啟停(tíng)狀態(tài)，開關狀(zhuàng)態(tài)，異(yì)常(cháng)告警(jǐng)等(děng)狀態監(jiān)測。

BMS監控：滿足電(diàn)池(chí)管理係(xì)統(tǒng)的(dí)參(cān)數與(yǔ)限(xiàn)值設置；實(shí)現儲(chǔ)能(néng)電池的電芯，電(diàn)池(chí)簇的溫度，電壓，電(diàn)流(liú)的監測(cè)；實現電池充放(fàng)電狀(zhuàng)態，電(diàn)壓(yā)，電(diàn)流(liú)及溫度異(yì)常狀態的告警。

空(kōng)調(tiáo)監控：滿足環境溫度(dù)的監測(cè)，可根據設置(zhì)的(dí)閾(yù)值(zhí)進(jìn)行(háng)空調溫度的聯(lián)動調節，並(bìng)實時(shí)監測空(kōng)調(tiáo)的運(yùn)行狀(zhuàng)態及溫濕度(dù)數據，以曲(qū)綫(xiàn)形(xíng)式(shì)進(jìn)行(háng)展示(shì)。

UPS監控：滿足UPS的運(yùn)行狀態及(jí)相關電(diàn)參量監(jiān)測。

5.3.3曲(qū)綫報表

係統能夠對PCS充放電(diàn)功(gōng)率曲綫，SOC變換曲綫，及(jí)電壓，電流，溫(wēn)度等(děng)歷(lì)史曲綫(xiàn)的查(chá)詢(xún)與(yǔ)展示。

5.3.4策略(lüè)配(pèi)置

滿足(zú)儲能係(xì)統設備(bèi)參(cān)數的(dí)配(pèi)置，電價參數與(yǔ)時段的(dí)設(shè)置(zhì)，控製(zhì)策略(lüè)的選(xuǎn)擇。目前支(zhī)持(chí)的(dí)控製(zhì)策略(lüè)包含計劃(huá)曲綫(xiàn)，削(xiāo)峰填穀，需量(liáng)控製等。

5.3.5實(shí)時報警(jǐng)

儲能(néng)能量管理係(xì)統(tǒng)具(jù)有實(shí)時(shí)告警(jǐng)功能(néng)，係(xì)統能(néng)夠對儲能充放電(diàn)越限，溫度(dù)越(yuè)限，設(shè)備故(gù)障或通(tōng)信故障等(děng)事(shì)件發出告警。

5.3.6事件查詢統計

儲(chǔ)能能量管(guǎn)理係統(tǒng)能(néng)夠(gòu)對遙(yáo)信(xìn)變位，溫濕度，電(diàn)壓越限等事件記(jì)錄進(jìn)行(háng)存儲(chǔ)和管(guǎn)理，方便(biàn)用(yòng)戶對係統(tǒng)事件(jiàn)和報(bào)警(jǐng)進行(háng)歷史追溯，查(chá)詢統(tǒng)計(jì)，事故分析(xī)。

5.3.7遙(yáo)控操作

可以通過每(měi)個設(shè)備(bèi)下(xià)麵(miàn)的紅色(sè)按鈕對PCS，風機，除濕機，空調控製(zhì)器，照明等設備進行(háng)相應的(dí)控(kòng)製，但(dàn)是當(dāng)設備(bèi)未通(tōng)信上時，控製按鈕(niǔ)會顯示(shì)無效狀(zhuàng)態(tài)。

5.3.8用戶權限管理(lǐ)

儲(chǔ)能能量管理(lǐ)係統為保障(zhàng)係統(tǒng)安全穩定運(yùn)行，設置了(liǎo)用戶權限管理功(gōng)能。通過用(yòng)戶權限(xiàn)管理能夠防止未經授(shòu)權(quán)的操作（如遙(yáo)控的操作，數(shù)據庫修改等）。可以定義(yì)不同級別(bié)用戶(hù)的登錄名，密碼(mǎ)及操作權限，為(wéi)係統運(yùn)行，維(wéi)護，管理(lǐ)提供(gōng)可靠(kào)的安(ān)全保(bǎo)障。

6.相關平(píng)台部(bù)署(shǔ)硬(yìng)件(jiàn)選(xuǎn)型清(qīng)單(dān)

7.結(jié)束語

在設計和(hé)實現(xiàn)風電-電(diàn)池儲(chǔ)能係統的(dí)過程中(zhōng),除了(liǎo)著(zhuó)眼於(yú)基本的控(kòng)製策略功能實現以(yǐ)外,還需對(duì)其他影響係(xì)統可用(yòng)性的因素(sù)加(jiā)以(yǐ)關(guān)注(zhù)。

(1)為(wéi)避(bì)免(miǎn)電(diàn)池，PCS，BMS，EMS，溫控係統和消(xiāo)防(fáng)係(xì)統的能量損(sǔn)耗導(dǎo)致(zhì)儲能係統(tǒng)的(dí)能(néng)量持(chí)續(xù)降(jiàng)低,在風(fēng)儲(chǔ)能量(liáng)管理(lǐ)係統的設計(jì)中需要對上(shàng)述損耗(hào)加(jiā)以補償,選(xuǎn)擇性功(gōng)率偏(piān)置可以(yǐ)起到良好的效(xiào)果。

(2)PCS的指令響應速(sù)度(dù)對風(fēng)儲係(xì)統控製策(cè)略(lüè)的運行效果有著至(zhì)關*要(yào)的影響。PCS響應(yīng)速(sù)度較低時(shí),功(gōng)率平滑(huá)效(xiào)果(guǒ)將受(shòu)到影響,如果與EMS指令周(zhōu)期配合不當甚至會(huì)適(shì)得(dé)其(qí)反。EMS指令周期需大於PCS的響(xiǎng)應(yīng)時間(jiān)。

(3)風電(diàn)-電(diàn)池儲能(néng)係統采用集裝箱式設計(jì)方便了(liǎo)儲能(néng)係統(tǒng)運輸，施(shī)工和(hé)維(wéi)護(hù)。儲能(néng)係(xì)統的溫控(kòng)管(guǎn)理設(shè)計需要對(duì)散熱氣流和(hé)加(jiā)熱氣流(liú)路(lù)徑分別加(jiā)以考(kǎo)慮方可起到良好(hǎo)的熱管(guǎn)理效果。

參考文獻

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