电网侧储能电站的技术原理分析及应用研究

摘要：储能作为能源服务新产品，是优质、可靠的毫秒级控制响应资源，可以提供有功无功的双重支撑，为电网提供调峰、调频、备用以及事故应急响应等多种服务。为了缓解地区夏季高峰期间供电压力和提高地区电网可再生能源就地消纳水平、削峰填谷能力、局部电网供电能力以及电网灵活调节能力，结合电化学储能电站建设周期短、布点灵活的优势，可规划实施电网侧储能电站项目。基于此，本文主要分析了电网侧储能电站的技术原理及应用有关内容，可供参考。

关键词：储能电站;网荷;能量管理系统;电池管理系统

1概述

当火电机组降低运行负荷进行调峰的时候，效率降低，煤耗率相应提高。另外，发电机组响应时间慢，不能快速响应因负荷变化而引起的频率波动，并且参与二次调频的火电机组受爬坡速率限制，不能精确跟踪调度调频指令。因此，以火电为主的电网并不能有效快速的实现频率的调节。与此同时，电网的不储备电能的特点造成了在用电高峰期供电紧张，用电低谷时电力浪费的局面。在缓解电力缺口，解决电网调频方面，有关专家做了一些研究，其中一个有效途径就是建设“电网友好型储能电站”。在各种储能载体当中，电池储能由于其无运动部件、动态特性好以及能量密度高等特点得到了一致认可。电池储能电站具有跟踪负荷变化能力强、响应速度快以及控制精确等特点。其削峰填谷作用，可以提高火电机组运行小时数，使电网内煤电机组能在其经济区间上运行;对于需要启停机组调峰的电网，可以减少电网启停机组的费用和对机组寿命的影响，进而提高电网的经济性;同时能实现频率调节响应曲线与调度要求曲线基本一致，避免出现电网自身调节滞后，调节方向出现偏差的现象。因此，大规模电池储能电站的应用可实现用户侧需求管理，消除峰谷差，降低供电成本。同时，在保证电网稳定性和安全性，快速响应频率波动、补偿负荷需求变化方面具有重要的作用。

2储能电站的组成分析

电网侧储能电站采用标准预制舱体户外布置形式，通过多回10kV线路接入110kV变电站10kV母线。储能电站主要由电池舱、PCS升压舱、智能总控舱、10kV汇流舱、SVG舱以及站用变舱组成。电池舱由电池管理系统（BMS）和磷酸铁锂电池组成。每座PCS升压舱与储能电池舱一一对应，每座PCS升压舱含有2台500kWPCS變流器和1台1250kVA变压器。10kV汇流舱每段母线含2面储能电池进线柜，1面SVG进线柜，1面母线设备柜，1面计量柜，1面出线柜及相关附属设备。智能总控舱布置站端监控系统（EMS）、智能网荷互动终端、同步相量测量装置（PMU）、防孤岛保护及频率电压紧急控制装置、故障录波柜、交直流一体化电源以及备用屏柜等。

3储能电站的技术原理分析

3.1智能网荷互动终端

储能电站智能网荷互动终端通过调度数据网光纤通道，上行与毫秒级精准切负荷主站、营销控制快速响应主站通信，下行与站端监控系统（EMS）通信，通过对PCS的精准控制，实现“负荷”向“电源”的毫秒级转变。当电力系统电量发生供需不平衡的时候，容易形成电网事故。而此时源网荷装置会动作，将储能电站变为虚拟电厂，通过控制PCS满功率向电网输送有功功率，弥补短时间的电力短缺，进而维持电网的安全稳定运行。

3.2预制舱设计

传统电站大多位于固定建筑物当中，建造周期较长，成本高，二次利用率低。本项目采用预制舱方案。本设计方案中预制舱采用防水、保暖、隔热以及阻燃防震设计。预制舱门板与外界连通的部位采用密封条防护，防止在户外遭遇风沙或降雨天气时灰尘或雨水进入集装箱内部。进出线：包含电源线、通信线、光缆等采用下进下出方式布置。具有防震设计，保证运输和地震条件下预制舱及其内部设备的机械强度满足要求，不出现变形、功能异常、震动后不运行等故障。逃生设计采用了标识、应急灯、自动灭火气体释放声光报警等措施。

3.3智能辅助系统

智能辅助控制系统，主要由图像监视及安全警卫子系统、火灾自动报警及消防子系统、环境监测子系统三部分组成。其中，电池舱和PCS升压舱采用带红外测温功能的高清摄像头，实时掌握环境温度及设备温度状态。智能辅助控制系统实时接收各类终端装置上传的信号，分类存储并分析、计算、判断以及统计各类信息，实现各系统的智能联动控制。

3.4二次保护及监控系统设计

系统采用开放式分层分布结构，由站控层、间隔层以及网络设备构成，层与层之间相互独立，网络传输速率≥100Mbit/s。站控层网络负责站控层各个工作站之间和来自间隔层的全部数据的传输和各种访问请求。硬件设备、数据链路采用双重化星形以太网。间隔层设备采用双重化星形以太网接入双重化站控层网络，间隔层设备直接与站控层通信，这样可实现站控层与间隔层能够并行完成信息的采集以及各个断路器控制的功能。

4储能电站在电网侧的应用分析

例如，某储能电站储能系统采用预制舱户外布置方式，共设置24套储能电池预制舱和24套PCS及升压变压器成套装置，每个电池预制舱容量为1MW×2h，采用40英尺非标预制舱;每座PCS升压舱与储能电池舱一一对应，每座PCS升压舱含有2台500kWPCS变流器和1台1250kVA双绕组升压变压器。PCS变流器实现DC/AC转换，将直流760V转化为交流315V，然后由升压变压器升压至10kV并分别接入三段10kV汇流母线。每段10kV汇流舱含2面储能电池进线柜，1面SVG进线柜，1面母线设备柜，1面计量柜，1面出线柜及相关附属设备。每4座储能电池舱与PCS升压舱并联接入10kV汇流舱中的1面储能电池进线柜。每段汇流母线通过10kV汇流舱中的1面出线柜将新建10kV线路接入对侧110kV变电站10kV开关柜。

5结语

大规模储能电站在电网侧运行能够提供调峰、备用电以及需求响应等多项服务，有效实现电网削峰填谷，缓解电网高峰供电压力等功能，为了确保大电网安全可靠稳定运营提供了一种新的路径。理论与实践证明大规模电池储能电站可作为独立电站参与电网调峰/调频，提供备用、削峰填谷，同时也可作为输电网投资升级替代方案，延缓电网升级，并为电网提供二次调频服务。

参考文献

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作者简介：刘平（1987.06），性别：男;籍贯：贵州省息烽县;民族：汉;学历：本科;论文研究方向：电网储能应用;