电化学储能系统构网型储能变流器并网性能测试技术规范

电化学储能系统构网型储能变流器并网性能测试技术规范1范围本规范规定了电化学储能系统中构网型储能变流器（以下简称“构网型PCS”）并网性能测试的测试条件、测试设备、测试项目、测试方法、数据处理及结果判定要求。本规范适用于以电化学电池作为储能载体，交流端口电压在35kV及以下的构网型PCS，涵盖实验室测试与现场测试场景，作为构网型PCS出厂检测、现场验收、运维检测的技术依据。其他电压等级接入的构网型PCS可参照本规范执行。2规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件；凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有修改单）适用于本文件。GB/T1.1—2020标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则GB/T34133—2023储能变流器检测技术规程GB/T36548—2018电化学储能电站接入电力系统技术规定GB/T33593—2017电力系统频率和有功功率控制技术要求DL/T1740—2017电化学储能电站运行规程T/CPSS1015—2025电化学储能系统构网型储能变流器并网性能测试技术规范T/CES244—2023构网型储能系统并网测试规范T/CES372—2025构网型电化学储能系统技术规范3术语和定义3.1构网型储能变流器（Grid-FormingEnergyStorageConverter,GF-PCS）采用虚拟同步发电机（VSG）等构网控制策略，具备自主维持输出电压和频率稳定的能力，可模拟同步发电机的惯性、阻尼和下垂特性，为电力系统提供惯性支撑、调频调压等主动支撑服务，能够与电网同步运行或独立组网运行的储能变流器。3.2构网运行模式构网型PCS通过虚拟同步发电机控制策略，自主输出电压和频率，承担系统惯性和电压支撑职责，可独立带载运行或与电网同步运行的运行模式。3.3虚拟同步发电机（VirtualSynchronousGenerator,VSG）通过控制算法模拟同步发电机的转子运动方程、电磁特性及调节机制，使构网型PCS具备惯性、阻尼和下垂特性，实现构网运行的控制方式。3.4惯性时间常数表征构网型PCS模拟同步发电机惯性特性的核心参数，反映系统频率变化速率与有功功率扰动之间的关系，单位为秒（s）。3.5故障穿越构网型PCS在电网出现电压骤升、骤降或连续故障等异常工况时，能够保持并网运行，待电网恢复正常后平稳过渡至正常运行状态，或按规定有序脱网的能力，包括低电压穿越、高电压穿越和连续故障穿越。3.6电网强度以短路比（SCR）表征，反映电网承受扰动的能力，分为强网（SCR≥10）和弱网（SCR≤2）工况，构网型PCS需在不同电网强度下满足并网性能要求。4总则4.1测试原则测试工作应遵循“科学、公正、准确、规范”的原则，确保测试数据真实、完整、可追溯，检测机构需具备相应资质，检测人员需熟悉本规范要求和检测技术。4.2测试分类构网型PCS并网性能测试分为出厂测试、现场验收测试和运维抽检测试三类：出厂测试：由生产企业在构网型PCS出厂前完成，确保产品符合本规范要求，出具出厂测试报告；现场验收测试：由建设单位、运维单位或委托第三方检测机构在构网型PCS现场安装调试完成后进行，验证设备现场并网性能是否满足设计要求和本规范规定；运维抽检测试：在构网型PCS运行过程中，定期或不定期进行抽检，监测设备并网性能变化，保障设备长期稳定运行。4.3测试前提测试前应确认构网型PCS及配套系统（电池管理系统BMS、能量管理系统EMS等）安装调试完毕，运行状态正常，无故障告警；测试设备经校准合格，满足测试精度要求；测试环境符合本规范规定。5测试条件5.1环境条件5.1.1实验室测试环境：环境温度为15℃～35℃，相对湿度为45%～75%，大气压力为86kPa～106kPa，无明显振动、粉尘、腐蚀性气体及强电磁干扰。5.1.2现场测试环境：应符合现场实际运行环境要求，同时避开暴雨、雷电、暴雪等恶劣天气，环境温度、湿度、大气压力应记录在测试报告中；现场电磁干扰应符合相关标准要求，避免影响测试精度。5.2电气条件5.2.1电网侧条件：测试期间电网电压、频率应保持稳定，电压波动不超过额定电压的±5%，频率波动不超过额定频率的±0.2Hz；电网谐波含量应符合GB/T14549的规定。5.2.2设备侧条件：构网型PCS直流侧接入符合设计要求的储能电池或电池模拟器，电池SOC（StateofCharge）处于50%～80%之间，确保测试过程中直流电压稳定；PCS控制模式设置为构网运行模式，各项控制参数（惯性时间常数、阻尼系数、电压调节系数等）按设计值设定。5.2.3测试回路条件：测试回路接线正确，接触良好，绝缘电阻符合相关安全标准；测试回路中应配置必要的保护装置，防止测试过程中出现设备损坏或安全事故。6测试设备6.1设备要求测试设备应经法定计量机构校准合格，且在校准有效期内；测试设备的测量精度、量程应满足测试项目要求，采样率不低于100kHz、带宽不低于1MHz，确保能精准测量不同工况下的电压、电流、功率等参数。6.2核心测试设备电网模拟器：能够模拟电网电压、频率、相位的稳态和暂态变化，支持低电压、高电压、相位突变等故障模拟，输出电压范围覆盖构网型PCS额定交流电压，频率调节范围为45Hz～55Hz。电池模拟器：能够模拟电化学储能电池的充放电特性，输出电压、电流范围符合构网型PCS直流侧设计要求，响应速度快，稳定性好。功率分析仪：用于测量构网型PCS的有功功率、无功功率、功率因数、谐波含量等电气参数，测量精度不低于0.2级。频率分析仪：用于测量电网和构网型PCS输出频率的变化，测量精度不低于0.01Hz，能够捕捉频率瞬态变化过程。故障发生装置：包括高电压故障发生装置、连续故障发生装置，用于模拟电网各类故障，满足故障穿越测试要求。数据采集与记录系统：能够实时采集、记录测试过程中的各类电气参数和控制参数，采样频率不低于100kHz，数据存储容量满足测试需求，支持数据导出和分析。示波器：用于观测电压、电流的瞬态波形，带宽不低于100MHz，采样率不低于1GS/s。6.3设备校准与维护测试设备应定期进行校准，校准周期不超过1年；测试前应检查设备运行状态，确保设备正常工作；测试结束后应及时对设备进行清洁、维护，妥善存放。7测试项目及测试方法7.1基本性能测试7.1.1额定功率输出测试7.1.1.1测试目的：验证构网型PCS在额定工况下的有功功率、无功功率输出能力及稳定性。7.1.1.2测试方法：将构网型PCS接入测试回路，设置为构网运行模式，直流侧接入电池模拟器并调节至额定电压；电网模拟器设置为额定电压、额定频率（50Hz），短路比SCR≥10（强网工况）；控制PCS输出额定有功功率、功率因数为1.0，稳定运行30min；期间用功率分析仪实时测量有功功率、无功功率、功率因数，每5min记录一次数据。7.1.1.3测试记录：记录测试期间的有功功率、无功功率、功率因数最大值、最小值及平均值，记录PCS运行状态。7.1.2功率调节性能测试7.1.2.1测试目的：验证构网型PCS有功功率、无功功率的调节范围和调节精度。7.1.2.2测试方法：在强网工况下，保持PCS直流侧电压稳定，分别调节有功功率输出至额定功率的20%、40%、60%、80%、100%，每个工况稳定运行10min，记录有功功率实际值与设定值的偏差；调节无功功率输出在-100%～100%额定无功功率范围内，分5个档位进行测试，每个档位稳定运行10min，记录无功功率实际值与设定值的偏差。7.1.2.3测试记录：记录各档位有功功率、无功功率的设定值、实际值及偏差，计算调节精度。7.2电网支撑性能测试7.2.1惯性响应测试7.2.1.1测试目的：验证构网型PCS模拟同步发电机惯性特性的能力，测量惯性时间常数。7.2.1.2测试方法：在强网工况下，PCS稳定运行于额定有功功率输出状态；通过电网模拟器或PCS控制系统施加有功功率扰动（扰动幅度为额定有功功率的±10%），用频率分析仪和数据采集系统记录频率变化率和有功功率变化量；根据转子运动方程计算惯性时间常数，重复测试3次，取平均值。7.2.1.3测试记录：记录有功功率扰动幅度、频率变化率、惯性时间常数计算值及平均值。7.2.2主动调频性能测试7.2.2.1测试目的：验证构网型PCS在电网频率变化时的主动调频能力，包括调频响应速度和调频精度。7.2.2.2测试方法：在强网工况下，PCS稳定运行于额定有功功率的50%；通过电网模拟器将电网频率分别调节至49.5Hz、49.8Hz、50.2Hz、50.5Hz，每个频率点稳定运行10min；记录PCS有功功率调节响应时间（从频率变化到有功功率开始调节的时间）和调节后的有功功率值，计算调频精度。7.2.2.3测试记录：记录电网频率设定值、PCS有功功率调节响应时间、调节后有功功率值及调频精度。7.2.3主动调压性能测试7.2.3.1测试目的：验证构网型PCS在电网电压变化时的主动调压能力，包括调压响应速度和调压精度。7.2.3.2测试方法：在强网工况下，PCS稳定运行于额定无功功率的50%；通过电网模拟器将电网电压分别调节至额定电压的90%、95%、105%、110%，每个电压点稳定运行10min；记录PCS无功功率调节响应时间和调节后的电压值，计算调压精度。7.2.3.3测试记录：记录电网电压设定值、PCS无功功率调节响应时间、调节后电压值及调压精度。7.3电网适应性测试7.3.1频率适应性测试7.3.1.1测试目的：验证构网型PCS在电网频率偏离额定值时的稳定运行能力。7.3.1.2测试方法：在强网工况下，PCS稳定运行于额定有功功率的50%；通过电网模拟器将电网频率在48.5Hz～50.5Hz范围内连续调节，调节速率为0.1Hz/min；记录PCS在不同频率下的运行状态，是否出现脱网、故障告警等异常情况。7.3.1.3测试记录：记录电网频率范围、PCS运行状态、异常情况及发生时间。7.3.2电压适应性测试7.3.2.1测试目的：验证构网型PCS在电网电压偏离额定值时的稳定运行能力。7.3.2.2测试方法：在强网工况下，PCS稳定运行于额定无功功率的50%；通过电网模拟器将电网电压在额定电压的85%～115%范围内连续调节，调节速率为1%额定电压/min；记录PCS在不同电压下的运行状态，是否出现脱网、故障告警等异常情况。7.3.2.3测试记录：记录电网电压范围、PCS运行状态、异常情况及发生时间。7.3.3相角突变耐受测试7.3.3.1测试目的：验证构网型PCS在电网相角突变时的耐受能力和稳定运行能力。7.3.3.2测试方法：在强网工况下，PCS稳定运行于额定功率状态；通过电网模拟器分别模拟相角突变10°、30°、60°，突变时间不超过10ms；记录PCS在相角突变后的运行状态，是否出现过流、过压、脱网等异常情况，以及恢复稳定运行的时间。7.3.3.3测试记录：记录相角突变角度、突变时间、PCS运行状态、恢复时间及异常情况。7.3.4电网强度适应性测试7.3.4.1测试目的：验证构网型PCS在不同电网强度（强网、弱网）下的稳定运行能力。7.3.4.2测试方法：分别设置电网模拟器短路比SCR≥10（强网）和SCR≤2（弱网），PCS稳定运行于额定功率状态，每个工况运行30min；记录PCS的电压、频率、有功功率、无功功率变化情况，是否出现异常告警或脱网现象。7.3.4.3测试记录：记录电网强度（SCR值）、测试期间各项电气参数变化、PCS运行状态。7.4故障穿越测试7.4.1低电压穿越测试7.4.1.1测试目的：验证构网型PCS在电网电压骤降时的穿越能力。7.4.1.2测试方法：在强网工况下，PCS稳定运行于额定有功功率的100%；通过故障发生装置模拟电网电压骤降，骤降幅度分别为额定电压的20%、40%、60%、80%，持续时间为0.5s、1s、2s；记录PCS在电压骤降期间及恢复后的运行状态，是否保持并网运行，有无过流、过压、故障告警等情况。7.4.1.3测试记录：记录电压骤降幅度、持续时间、PCS运行状态、电气参数变化及异常情况。7.4.2高电压穿越测试7.4.2.1测试目的：验证构网型PCS在电网电压骤升时的穿越能力。7.4.2.2测试方法：在强网工况下，PCS稳定运行于额定有功功率的100%；通过故障发生装置模拟电网电压骤升，骤升幅度分别为额定电压的110%、115%、120%，持续时间为0.5s、1s、2s；记录PCS在电压骤升期间及恢复后的运行状态，是否保持并网运行，有无过流、过压、故障告警等情况。7.4.2.3测试记录：记录电压骤升幅度、持续时间、PCS运行状态、电气参数变化及异常情况。7.4.3连续故障穿越测试7.4.3.1测试目的：验证构网型PCS在电网连续出现故障时的穿越能力，适配高压送端区等复杂工况。7.4.3.2测试方法：在强网工况下，PCS稳定运行于额定有功功率的100%；通过故障发生装置模拟连续两次低电压（或高电压）故障，第一次故障持续1s，故障间隔5s，第二次故障持续1s；记录PCS在连续故障期间及恢复后的运行状态，是否保持并网运行，有无异常情况。7.4.3.3测试记录：记录连续故障的类型、幅度、持续时间、间隔时间、PCS运行状态及异常情况。7.5并/离网功能测试7.5.1测试目的：验证构网型PCS并/离网切换的平稳性和可靠性，切换过程无明显冲击。7.5.2测试方法：在强网工况下，PCS稳定并网运行于额定功率状态；手动或通过EMS发出离网指令，记录离网过程中的电压、电流、功率变化及切换时间；待PCS稳定离网运行5min后，发出并网指令，记录并网过程中的电压、电流、功率变化及切换时间；重复测试3次。7.5.3测试记录：记录并/离网切换指令发出时间、切换时间、切换过程中各项电气参数变化、PCS运行状态及异常情况。7.6电能质量测试7.6.1测试目的：验证构网型PCS并网运行时的电能质量，符合电网接入要求。7.6.2测试方法：在强网工况下，PCS分别运行于额定有功功率的25%、50%、75%、100%，每个工况稳定运行15min；用功率分析仪测量PCS输出侧的谐波含量、间谐波含量、电压不平衡度、电压波动和闪变等电能质量指标。7.6.3测试记录：记录各工况下的电能质量指标测量值，与相关标准进行对比。7.7黑启动能力测试7.7.1测试目的：验证构网型PCS在无外部电源支撑情况下的黑启动能力。7.7.2测试方法：切断构网型PCS外部电网电源，确保无外部电源支撑；发出黑启动指令，记录PCS启动过程中的电压、频率建立时间，是否能自主建立稳定的额定电压和频率；启动成功后，接入预设负载，运行10min，记录运行状态。7.7.3测试记录：记录黑启动指令发出时间、电压和频率建立时间、负载接入后的运行状态及异常情况。8数据处理与结果判定8.1数据处理8.1.1测试数据应进行整理、分析，剔除异常数据（如因测试设备故障、操作失误导致的数据偏差）；对于重复测试项目，取多次测试结果的平均值作为最终测试结果。8.1.2各项测试参数的计算应符合相关标准和本规范要求，计算精度保留两位小数；惯性时间常数、调节精度、响应时间等关键参数应按规定公式计算，确保计算结果准确。8.1.3测试数据应形成完整的测试记录，包括测试日期、测试人员、测试设备、测试条件、测试数据、计算结果等信息，确保数据可追溯。8.2结果判定8.2.1构网型PCS并网性能测试结果分为“合格”和“不合格”两个等级，所有测试项目均满足本规范要求及产品设计要求的，判定为合格；任一测试项目不满足要求的，判定为不合格。8.2.2关键测试项目判定要求（核心指标）：额定功率输出：有功功率、无功功率实际值与额定值的偏差不超过±2%；功率调节精度：有功功率、无功功率调节精度不低于±3%；惯性响应：惯性时间常数应在设计值的±10%范围内，惯量支撑有功增量≥10%Pn；调频响应：调频响应时间≤0.5s，调节时间≤1s，调频精度不低于±2%；故障穿越：低电压、高电压、连续故障穿越期间，PCS应保持并网运行，无过流、过压、脱网等异常，故障恢复后能快速平稳过渡至正常运行；并/离网切换：切换时间≤100ms，切换过程中电压、电流冲击不超过额定值的10%；电能质量：谐波含量、间谐波含量、电压不平衡度等指标符合GB/T14549规定；黑启动：黑启动时间≤60s，能自主建立稳定的额定电压和频率，接入负载后运行稳定。8.2.3不合格处理：测试结果不合格的，应分析不合格原因，对构网型PCS进行调整、维修后，重新进行测试；重新测试仍不合格的，判定为产品不合格，不得出厂或投入运行。9测