储能电站并网测试技术研究与实现

赵立斌 李小沛

摘要：随着储能技术及大型储能电站建设的不断发展，亟待对储能电站进行并网测试以保证其并网后安全运行。首先根据储能电站构成，分析了并网测试指标及具体测试方法;其次，在保证被测储能系统完整性的前提下，研制开发了储能电站并网一体化测试平台，并详细介绍了该平台的软硬件开发及功能设计方案;最后，基于测试平台工程应用场景，介绍了测试装置现场接线方式，提出了储能电站并网测试实施方案。实际工程应用表明了所提出的测试平台及测试方案的可行性。

关键词：储能电站;并网测试;系统完整性;一体化测试平台

引言

光伏产业作为新型的清洁能源开始在世界范围内受到关注，而中国光伏发电工程也呈现出快速发展的趋势。光伏发电的开发和利用已成为解决当前面临的能源短缺危机和缓解环保压力的有效措施。作为分布式能源的一员，太阳能正逐步从补充能源角色向替代能源的角色过渡。在电力系统调峰、调频、稳定控制等多方面，大型光伏并网电站以及屋顶并网光伏电站正逐步发挥重要作用。

1储能电站并网测试技术内容

1.1检测指标及测试内容

正常并网运行条件下对储能电站进行相关项目检测。检测内容包括储能电站容量、额定功率充放电时间、额定功率充放电响应时间及转换时间、能效特性、自放电率、动态响应检测及电能质量检测。储能电站容量、额定功率充放电响应及转换时间、能效特性等测试均在储能电站额定功率充放电条件下进行。额定功率充放电响应时间为充放电功率从额定功率10%以阶跃模式转换为90%的响应时间，以及充放电转换时间为额定功率90%充（放）电以阶跃模式转换为额定功率90%放（充）电的平均时间。能效特性即放电时输出能量与此前充电时输入能量之比。自放电率指储能电站在满充状态下，单位时间内自放电损失电量与满充电量之比。动态响应测试是指启停和充放电切换时储能电站响应时间、并网点电能质量及功率变化曲线测试。

1.2试验指标及测试方法

1）耐压特性试验。储能电站离网状态下，在主电路与地之间运用耐压试验仪，对储能电站装置及回路耐压水平进行耐压试验。耐压测试仪的试验电压为50Hz正弦波，电压等级根据储能变流器额定电压选取，持续时间为1min。试验结束后记录试验结果。2）电网适应性能力试验。根据国家电网公司相关企业标准，储能电站应对电网侧电压或频率的规定范围内变化具有耐受性。试验时，调节模拟电网侧电压幅值或频率，使之在规定的范围内变动，在最大值和最小值的持续时间不小于1min时，并网储能电站应能正常运行。当电网侧电压或频率变化超出一定范围时，并网储能电站应根据要求对电压异常或频率异常做出响应，其离网响应时间应满足标准要求。3）保护特性试验。储能电站并网保护特性试验分为元件保护和系统保护2类。元件保护包括变压器、变流器及储能元件配置的保护装置，如欠压、过压保护和频率保护等。系统保护主要是指采用专线方式通过10～35kV电压等级接入电网的储能系统，此时系统宜配置光纤电流差动保护或方向保护。采用继电保护测试仪对储能电站各元件及系统配置的相关保护进行试验，并记录继电保护装置的动作数据，从可靠性、安全性、速动性、灵敏性4个方面对测试结果做出评价。

2储能电站并网测试技术方案

2.1硬件设计方案

储能电站并网一体化测试是指将并网储能电站视为一个整体系统，通过合理的二次侧接线，对该系统的各项指标进行测试，从而保证測试时系统输入信息的完整性。设备层包括并网检测装置及相关二次子单元，完成储能电站运行参数及运行工况的实时采集和记录;集控层包括PC终端、打印设备及通信设备等，实现数据的集中存储、记录、分析报表生成等。测试系统还提供远程服务器功能，通过专用通信通道将测试结果传送至远程后台，实现远程测控功能。

2.2并网检测单元

并网检测装置安装在储能电站并网点处，实现储能电站电能质量、充放电转换/响应时间、效率等检测。装置内主CPU为采用多片ARM9的最新一代精简指令集计算机（RISC）架构的双32位处理机和现场可编程逻辑门阵列（FPGA）高速逻辑芯片，处理速度更快，内存空间更大，处理数据更多。硬件采用16位AD转换芯片，同时采用一种新型的适用于高速采样计算的插值算法，在硬件采样频率固定时，离线计算采样插值所需参数的固化表格、软件在线判断查表来计算插值采样点，从而防止过采样或欠采样，保证计算精度。

2.3二次子单元

二次子单元包括就地测控装置及继电保护测试仪等。测控装置实现电网适应性能力测试、防孤岛保护测试及低电压穿越测试等;继电保护测试仪对储能电站相关保护进行测试。试验结果经通信管理机进行数据处理后，由光纤以太网将满足通信协议要求的数据上传至集控层终端，完成测试结果的分析输出。

2.4测试终端

测试终端包括PC机、打印设备及通信设备等。PC机上嵌有测试控制、数据处理及波形显示软件，可对测试项目进行功能选择、流程控制;对设备层上传的数据进行时域及频域分析，以图表形式输出并存储测试结果。200kW以上的储能系统接入号及出口模件、开入光隔离插件及人机界面处理插件等。其中，交流变换模件SCM-971、信号调理模件SCM-973和数据计算及存储（DPS）子板SCM912完成模拟量采集及处理;通信处理插件SCM-911实现通信功能，同时与DPS子板共同完成数据存储;通信处理插件控制中央信号和输出中间模块SCM-951实现中央信号及出口输出;通信处理插件控制开入光隔离插件SCM-981实现31路开入的输入;通信处理插件与SCM-931插件完成人机界面交互功能。装置通过多个CPU和FPGA协同工作，实现了高速数据处理能力。

2.5软件设计方案

储能电站并网测试软件设计包括数据采集处理模块、控制模块、通信模块及PC终端测控显示软件设计等，分别完成各项检测指标分析计算、测试控制、设备层与集控层间的通信需求及测试功能选择、结果分析显示等功能。软件采用层次化、模块化设计，各个模块之间独立编写程序并分别调试;同时提供各模块间调试接口，最后通过系统联调完成储能电站并网测试平台软件设计。

结语

随着传统能源的日益紧张与环境污染问题的日益加剧，可再生能源发电得到密切关注，其中光伏发电技术是近年来研究的热点之一。我国已成为全球光伏发电装机容量最大的国家，而我国光伏电站年平均利用小时数为1133h，光伏发电利用率较低。光伏发电具有波动性和间歇性等特点，大规模光伏的接入会对电网的电能质量等带来较大影响，储能技术是解决光伏并网问题的有效手段之一，大型光储电站在我国已得到相关示范验证。目前国内储能电站并网测试技术研究较少，本文所提测试平台及测试方案为储能电站并网测试提供了理论及技术支撑，随着储能技术的发展，其并网测试装置的应用将越来越广泛。针对储能电站在光伏等新能源领域中的应用，结合储能电站功率切换及响应时间等因素综合考虑储能电站的控制策略，对提高光储并网控制可靠性具有实际工程意义。

参考文献

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