电池储能电站能量管理与协调控制

电池储能电站能量管理与协调控制

郭强

西宁供电公司 青海省西宁市 810003

摘要：随着可再生能源发电比例的不断攀升，发电的间歇性及波动性已经越来越多地给现有的电力系统带来了极大的挑战。传统的化石能源能够按照一般的用电需求而实现有效的发电调度及用电调度，但是以太阳能、风能为核心内容的新能源发电工作难以取得有效进展，因为这些新能源主要来源于自然界，根本不能实现对其的有效控制。作为提升发电能力的核心技术，储能可以对新能源实现跟踪发电计划、平抑新能源出力波动等功能，这使得电池储能因其特殊的使用优势而成为最为优先的发展方向。目前我国已经建成的新能源发电基地规模庞大，其对电池储能的容量要求已经升高至数十兆瓦，有的甚至已经达到数百兆瓦以上。基于此些事实及理论，本文将于下文对电池储能电站能量管理及协调控制的发展策略展开探究，以供读者参考。

关键词：电池储能电站;能量管理;协调控制

引言

为促进能源产业优化升级，实现清洁低碳发展，近年来，我国大力发展清洁能源，风电、光伏实现跨越式大发展，新能源装机容量占比日益提高。然而，在清洁能源高速发展的同时，波动性、间歇式新能源的并网给电网从调控运行，安全控制等诸多方面带来了不利影响，极大地限制了清洁能源的有效利用。电池储能电站可与分布/集中式新能源发电联合应用，是解决新能源发电并网问题的有效途径之一，将随着新能源发电规模的日益增大以及电池储能技术的不断发展，成为支撑我国清洁能源发展战略的重大关键技术。电池储能作为电能存储的重要方式，具有功率和能量可根据不同应用需求灵活配置，响应速度快，不受地理资源等外部条件的限制，适合大规模应用和批量化生产等优势，使得电池储能在配合集中/分布式新能源并网，电网运行辅助等方面具有不可替代的地位。而与此同时，随着近些年来电动汽车产业的高速发展，电池制造及应用相关技术得到了长足的进步，电池的使用寿命和成本问题也得到了进一步改善，这些都使得电池储能成为目前最受关注，发展最为迅速的储能技术类型。

1储能PCS并网运行研究现状

储能并网PCS一般由逆变器和LCL滤波器构成，目前对于储能PCS并网运行的研究多集中于并联运行稳定性上，己有文献在LCL型并网逆变器的并联运行稳定性做了相关工作。建立了不同激励源与并网电流之间的传递函数，提出谐振尖峰会随着并联台数的增加逐渐向低频侧移动，导致低频次谐波电流容易发生谐振。利用叠加原理推导LCL逆变器并联运行并网电流，提出当所有逆变器的结构及参考功率相同时，n台并联运行可以简化为网侧阻抗增大n倍时单台运行的情形，文献[25]在此基础上，用阻抗交截法[26〕判定n台逆变器并联运行的稳定性，但是对于储能系统来说，每台PCS输出功率往往不相同，该简化模型不能适用。建立了包含电流控制、电压前馈和脉宽调制谐波特性的多逆变器并联系统小信号模型，分析了电网阻抗存在情况下多LCL逆变器并联系统的基本谐振特性，在小信号模型的基础上，研究了控制与载波非同步时多逆变器并联运行的情况，提出多逆变器相对于单逆变器谐振主要是由于逆变器控制和载波的非同步造成的。通过诺顿等效电路将每台LCL逆变器等效为电流源与输出阻抗并联的结构，利用伯德图分析并联台数增加对系统稳定性的影响，在多逆变器并联诺顿等效电路的基础上分析了多逆变器并联系统与电网的谐波交互，但是并没有对逆变器稳定性进行分析。电网阻抗对大规模光伏电站稳定性的影响，在假定所有光伏逆变器参数和参考功率均相同的情况下，利用根轨迹法分析了准比例谐振(PR)控制策略下LCL逆变器并联台数和稳定性的关系，但是并未考虑控制器参数对稳定性的影响以及逆变器输出功率不同的情况。PI控制具备简单、可靠、有效等优点，在实际应用中最为常用，但是目前关于PI控制下LCL逆变器并联稳定性分析的相关研究较少。

2电池储能电站能量管理与协调控制 

2.1对计划出力实施跟踪工作

新能源电站的发电计划是根据日前的预测功率而有效编制的。因为日前的预测值比较容易与次日的测值存在较大的差别，这会使得新能源电站的次日实际出力与发电计划存在较为明显的偏差，如果实际当中不使用储能来实现针对电站实际功率的必要调整工作，新能源电站则根本不能实现有效的并网接入，最终就会出现断电的情况，基于此，电池储能电站工作人员必须使用相应的电池储能系统来有效调整新能源电站的整体出力，进而有效降低储能系统的实际出力与发电计划之间的偏差，从而实现其可调度性的重大提升，最终而充分满足电网企业的实际发展需求。

2.2系统调试

当电池储能电站各子系统功能验证正确，且完成与各级调度主站的通信调试后，还需要进行储能电站接入变电站并网点的线路光纤差动保护联调试验，为电池储能电站接入电网的系统调试提供安全保障。根据电池储能电站接入电网测试规程要求，测试项目应包括：①电网适应性测试；②功率控制测试；③过载能力测试；④低电压/高电压穿越测试；⑤电能质量测试；⑥保护功能测试；⑦充放电响应时间、调节时间、转换时间测试；⑧能量效率测试。

2.3参与电源的调频与调压

电池储能系统安装在发电侧时具有四象限调节能力，能够灵活地对有功、无功的输入和输出进行调整，因而对于增强发电侧频率和电压调节能力，改善并网电能质量具有重要意义。通过储能系统改善发电侧频率、电压调节能力在新能源电源和传统电源中均有应用。在新能源发电侧，通过提出基于限转矩控制的惯量控制方法实现了电池储能系统与永磁同步风力发电机之间的协调控制，较好地提升了风机并网过程的暂态频率响应特性。则针对波动性较大的新能源发电带来的电压波动与闪变等问题，提出了储能装置无功及电压调节方法，实现了在并网点无功就地补偿的目的。而在传统电源发电侧，针对传统火力发电机组提出了通过电池储能系统进行辅助调频的方法，以提高传统火力发电机组的AGC性能，其技术性能和经济效益已通过现场测试结果进行了检验，证明了储能系统对于改善发电机组调频能力的作用。储能系统通过配合适当的出力调度控制，在提高新能源接纳能力，改善新能源与传统电源的发电性能与并网经济性，增强发电侧频率和电压调节能力等多方面具有重要作用。

2.4优化目标

储能电站一般和新能源电站配合，实现平抑功率波动、跟踪调度计划等功能。不同于动力电池的一充一放，储能电站中的电池组在实现这些功能时会存在频繁充放电的问题。频繁充放电会给储能电池带来损耗，缩短其使用寿命，增加电站运行成本。若按功率均分策略，当储能电站整体充放电状态切换时，每个电池组都会切换充放电状态，产生较大的运行成本。因此，本文选择以减小电池组充放电切换次数之和为优化控制目标，从而抑制电池组的频繁充放电。但是，当以此为目标时，由于各电池组分配的功率不同，SOC会产生差异，如果差异过大，可能会使得部分电池组SOC达到上下限停止出力，减小了储能电站整体的出力能力，因此本文选择电池组SOC的方差最小作为第二个优化控制目标。

结语

实现对于电池储能电站的能量管理以及相应的协调控制对于发展我国电力事业具有重大的战略意义。为此，本文已于上文对相关的发展策略做出了必要的探讨工作，希望能对相关人员有所帮助，也相信未来我国在电池储能电站的能量管理及协调控制层面会取得更为完备的研究，中国电力事业也必将取得更为繁荣的发展。

参考文献

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