大容量储能系统控制技术解析

内容1储能系统概述2储能系统控制技术3总结1储能系统概述-分类抽水蓄能压缩空气飞轮储能超级电容锂离子电池铅蓄电池

钠硫电池

液流电池2物理类电化学类电源侧新能源：平抑新能源发电的功率波动，减少弃光弃风。传统电源：辅助火电调频，提高发电厂经济效益储能系统概述-作用电网侧电池储能系统的作用1

2调频调压调峰紧急控制黑启动负荷侧3削峰填谷平抑负荷波动

平移负荷，减少对供电容量需求应急电源微网43基准电源双向调控快速调节工具储能系统概述-作用长时间（分钟-小时）中短时间（秒-分钟）短时（毫秒-秒）电网调度及潮流优化稳定频率和电压（二次调频/调压）一次调频/调压暂态控制电源优化电源外特性平抑新能源发电波动消除新能源尖峰和深谷负荷优化负荷外特性平抑负荷波动应急电源消除负荷尖峰和深谷4储能系统概述-现状52018年2019年现状现状舆论很热，关注度很高，示范项目有，但商业项目不多舆论很热，关注度很高，项目多，实施很快项目盈利困难储能收益模式仍不明朗用户的主动性、积极性不高投资的主动性、积极性不高政策的主动性、积极性非常高（国网、南网发文原因原因储能的作用还没有被充分认识，储能控制策略重要性认识不到位储能的作用被认识（储能控制重要性认识仍然不到位）储能的价值还没有被充分认可，储能不是电能的搬运工，是电能主动平衡的工具储能的作用被认可，但价值实现较难如何充分发挥储能的价值研究得不够储能系统的“成本控制”需要花大的力气储能系统的“成本控制”还有很长的路要走内容1储能系统概述2储能系统控制技术3总结6储能系统的控制要求储能变流器的控制策略频率/电压控制有功/无功控制虚拟同步机（VSG）控制储能系统的控制要求并网时：一次调频/调压控制、暂态紧急控制、（二次调频/调压控制、PQ控制）离网时：恒频/恒压控制、（PQ控制）7储能变流器的控制策略储能单元架构放电

放电充电充电电池变流器电网Xc

IΔU8

U

c

U

S

～～储能变流器的控制策略有功无功Pn1.1Pn过载能力正常输出-Pn-1.1PN储能变流器等效为一个电源-

有功、无功双向可控Xc

IΔU9

U

c

U

S

～～11Xc

IΔU

U

c

U

S

～～储能变流器的控制策略储能变流器的基本控制策略Xd*：D轴指令值，有功功率、频率等Xd：D轴测量值Xq*：Q轴指令值，无功功率、电压等Xq：Q轴测量值PI

1

L

idPIdiiq*iq

*duqu*

1

Liqdi*

u

u

u*

uSPIdXdX*

αβdqPI*XqXq

SPWM

虚拟同步发电机一次调频：一次调压：惯性模拟：

Qu0

Pref

1s

0du*qu*

Q*

1

J

0

s

1

mpg

gePnq

并网时通过摇摆方程跟踪电网频率和相位

储能变流器的控制策略虚拟同步机技术（VSG)11储能系统的控制要求储能变流器的控制策略频率/电压控制有功/无功控制虚拟同步机（VSG）控制储能系统的控制要求并网时：一次调频/调压模式、暂态紧急控制、（二次调频/调压控制、PQ模式）离网时：恒频/恒压模式、（PQ模式）12BAT+BMS电池系统储能系统的能量储存介质PMS协调控制器EMS能量管理系统高级功能控制装置，根据不同应用需求，制定相应的系统级控制策略，并下发指令给PCS执行监控管理整套储能系统，包含电气监控、能量管理和智能辅助控制等子系统，保障系统安全可靠运行PCS储能变流器储能系统的核心设备，能够实现能量在电池和电网之间的可控双向流动大容量储能系统典型架构13储能系统的控制技术（并网）一次调频调压模式运行PCS设备一次调频各PCS按照下垂曲线获得有功无功指令，按功率指令进行闭环控制适用储能系统容量不大、PCS数量不多的场合PCS之间的行为差异，会导致总体调节效果受到影响系统整体一次调频（配置协调控制器PMS/系统控制器）协调控制器按照下垂曲线获得有功无功指令，下发给多PCS，各PCS按PQ模式运行适用于系统容量大，PCS数量多的场合协调控制器与PCS之间配置快速通信通道，实现命令的快速下达-

按模拟同步发电机（VSG）模式运行，设置下垂外特性ff1

f2PSP1P2曲线114储能系统的控制技术（并网）15二次调频调压一次调频调压设备接受外部二次调频调压命令，执行二次调节PQ模式/调峰模式运行各PCS按照给定的有功/无功指令进行闭环控制，输出稳定的功率功率指令来自外部：上一级控制器、AGC/AVC、或监控系统储能不主动参与任何电网需求响应控制，只跟踪给定的功率目标运行储能系统的控制技术（并网）16电网紧急控制稳定控制常规方案：切机、切负荷，响应时间100-200ms稳定控制的新方案：快速控制储能系统，以调代切，响应时间小于

100ms，尽可能减小切机切负荷量协调控制器接受稳控制子站控制命令，分解控制目标，快速下发给各PCSPCS快速接受指令、快速执行指令、快速控制到达目标值储能系统的控制技术（并网）并网储能系统的控制技术-

并网控制案例：印度国家电网储能研究示范项目调频17调峰储能系统的控制技术（离网）18离网储能系统变流器的运行模式VSG模式：模拟同步发电机外特性运行V/F模式：按给定的电压/频率指令运行，维持系统电压/频率稳定调频调压模式：按频率/电压指令调节有功、无功（非重要模式）PQ模式：按给定的有功/无功指令，输出稳定的功率（非重要模式）储能系统的控制技术（离网）离网储能系统的控制技术实现离网系统多VSG并联稳定运行的技术锁相环自校正的转子运动方程优化控制电压分量反馈的电流环稳定性提升策略正负序独立控制的电压环电流环参数设计方法

pD0

oP

g

P频率-有功下垂控制PsetsetPmP

g

setP'mP'PCS1PCS2d

qDoQug

u*电压-无功下垂控制19Qset储能系统的控制技术（离网）离网储能系统的控制技术-

离网控制的案例—新疆微电网实现32台PCS虚拟同步机模式并联，作为主电源支撑整个微网的电压、频率稳定。20储能系统的控制技术（离网）离网储能系统的控制技术-

离网控制的案例—新疆微电网储能变流器承受变压器直接冲击，系统电压、频率平稳过渡电压励磁涌流21储能系统的控制技术（离网）22离网储能系统的控制技术-

离网控制的案例—新疆微电网PCS黑启动（零起升压软启动，全站程控黑启动）电压电流内容1储能系统概述2储能系统控制技术3总结23总结储能的价值--并网系统中第一：作为可快速调节的电源，是电网暂态时的快速调节和稳定控制的优秀工具第二：主动参与电网的频率和电压调节，提高电网电能质量第