儲能電站并網測試技術研究與實現

趙立斌 李小沛

摘要：隨著儲能技術及大型儲能電站建設的不斷發展，亟待對儲能電站進行并網測試以保證其并網后安全運行。首先根據儲能電站構成，分析了并網測試指標及具體測試方法;其次，在保證被測儲能系統完整性的前提下，研制開發了儲能電站并網一體化測試平臺，并詳細介紹了該平臺的軟硬件開發及功能設計方案;最后，基于測試平臺工程應用場景，介紹了測試裝置現場接線方式，提出了儲能電站并網測試實施方案。實際工程應用表明了所提出的測試平臺及測試方案的可行性。

關鍵詞：儲能電站;并網測試;系統完整性;一體化測試平臺

引言

光伏產業作為新型的清潔能源開始在世界范圍內受到關注，而中國光伏發電工程也呈現出快速發展的趨勢。光伏發電的開發和利用已成為解決當前面臨的能源短缺危機和緩解環保壓力的有效措施。作為分布式能源的一員，太陽能正逐步從補充能源角色向替代能源的角色過渡。在電力系統調峰、調頻、穩定控制等多方面，大型光伏并網電站以及屋頂并網光伏電站正逐步發揮重要作用。

1儲能電站并網測試技術內容

1.1檢測指標及測試內容

正常并網運行條件下對儲能電站進行相關項目檢測。檢測內容包括儲能電站容量、額定功率充放電時間、額定功率充放電響應時間及轉換時間、能效特性、自放電率、動態響應檢測及電能質量檢測。儲能電站容量、額定功率充放電響應及轉換時間、能效特性等測試均在儲能電站額定功率充放電條件下進行。額定功率充放電響應時間為充放電功率從額定功率10%以階躍模式轉換為90%的響應時間，以及充放電轉換時間為額定功率90%充（放）電以階躍模式轉換為額定功率90%放（充）電的平均時間。能效特性即放電時輸出能量與此前充電時輸入能量之比。自放電率指儲能電站在滿充狀態下，單位時間內自放電損失電量與滿充電量之比。動態響應測試是指啟停和充放電切換時儲能電站響應時間、并網點電能質量及功率變化曲線測試。

1.2試驗指標及測試方法

1）耐壓特性試驗。儲能電站離網狀態下，在主電路與地之間運用耐壓試驗儀，對儲能電站裝置及回路耐壓水平進行耐壓試驗。耐壓測試儀的試驗電壓為50Hz正弦波，電壓等級根據儲能變流器額定電壓選取，持續時間為1min。試驗結束后記錄試驗結果。2）電網適應性能力試驗。根據國家電網公司相關企業標準，儲能電站應對電網側電壓或頻率的規定范圍內變化具有耐受性。試驗時，調節模擬電網側電壓幅值或頻率，使之在規定的范圍內變動，在最大值和最小值的持續時間不小于1min時，并網儲能電站應能正常運行。當電網側電壓或頻率變化超出一定范圍時，并網儲能電站應根據要求對電壓異常或頻率異常做出響應，其離網響應時間應滿足標準要求。3）保護特性試驗。儲能電站并網保護特性試驗分為元件保護和系統保護2類。元件保護包括變壓器、變流器及儲能元件配置的保護裝置，如欠壓、過壓保護和頻率保護等。系統保護主要是指采用專線方式通過10～35kV電壓等級接入電網的儲能系統，此時系統宜配置光纖電流差動保護或方向保護。采用繼電保護測試儀對儲能電站各元件及系統配置的相關保護進行試驗，并記錄繼電保護裝置的動作數據，從可靠性、安全性、速動性、靈敏性4個方面對測試結果做出評價。

2儲能電站并網測試技術方案

2.1硬件設計方案

儲能電站并網一體化測試是指將并網儲能電站視為一個整體系統，通過合理的二次側接線，對該系統的各項指標進行測試，從而保證測試時系統輸入信息的完整性。設備層包括并網檢測裝置及相關二次子單元，完成儲能電站運行參數及運行工況的實時采集和記錄;集控層包括PC終端、打印設備及通信設備等，實現數據的集中存儲、記錄、分析報表生成等。測試系統還提供遠程服務器功能，通過專用通信通道將測試結果傳送至遠程后臺，實現遠程測控功能。

2.2并網檢測單元

并網檢測裝置安裝在儲能電站并網點處，實現儲能電站電能質量、充放電轉換/響應時間、效率等檢測。裝置內主CPU為采用多片ARM9的最新一代精簡指令集計算機（RISC）架構的雙32位處理機和現場可編程邏輯門陣列（FPGA）高速邏輯芯片，處理速度更快，內存空間更大，處理數據更多。硬件采用16位AD轉換芯片，同時采用一種新型的適用于高速采樣計算的插值算法，在硬件采樣頻率固定時，離線計算采樣插值所需參數的固化表格、軟件在線判斷查表來計算插值采樣點，從而防止過采樣或欠采樣，保證計算精度。

2.3二次子單元

二次子單元包括就地測控裝置及繼電保護測試儀等。測控裝置實現電網適應性能力測試、防孤島保護測試及低電壓穿越測試等;繼電保護測試儀對儲能電站相關保護進行測試。試驗結果經通信管理機進行數據處理后，由光纖以太網將滿足通信協議要求的數據上傳至集控層終端，完成測試結果的分析輸出。

2.4測試終端

測試終端包括PC機、打印設備及通信設備等。PC機上嵌有測試控制、數據處理及波形顯示軟件，可對測試項目進行功能選擇、流程控制;對設備層上傳的數據進行時域及頻域分析，以圖表形式輸出并存儲測試結果。200kW以上的儲能系統接入號及出口模件、開入光隔離插件及人機界面處理插件等。其中，交流變換模件SCM-971、信號調理模件SCM-973和數據計算及存儲（DPS）子板SCM912完成模擬量采集及處理;通信處理插件SCM-911實現通信功能，同時與DPS子板共同完成數據存儲;通信處理插件控制中央信號和輸出中間模塊SCM-951實現中央信號及出口輸出;通信處理插件控制開入光隔離插件SCM-981實現31路開入的輸入;通信處理插件與SCM-931插件完成人機界面交互功能。裝置通過多個CPU和FPGA協同工作，實現了高速數據處理能力。

2.5軟件設計方案

儲能電站并網測試軟件設計包括數據采集處理模塊、控制模塊、通信模塊及PC終端測控顯示軟件設計等，分別完成各項檢測指標分析計算、測試控制、設備層與集控層間的通信需求及測試功能選擇、結果分析顯示等功能。軟件采用層次化、模塊化設計，各個模塊之間獨立編寫程序并分別調試;同時提供各模塊間調試接口，最后通過系統聯調完成儲能電站并網測試平臺軟件設計。

結語

隨著傳統能源的日益緊張與環境污染問題的日益加劇，可再生能源發電得到密切關注，其中光伏發電技術是近年來研究的熱點之一。我國已成為全球光伏發電裝機容量最大的國家，而我國光伏電站年平均利用小時數為1133h，光伏發電利用率較低。光伏發電具有波動性和間歇性等特點，大規模光伏的接入會對電網的電能質量等帶來較大影響，儲能技術是解決光伏并網問題的有效手段之一，大型光儲電站在我國已得到相關示范驗證。目前國內儲能電站并網測試技術研究較少，本文所提測試平臺及測試方案為儲能電站并網測試提供了理論及技術支撐，隨著儲能技術的發展，其并網測試裝置的應用將越來越廣泛。針對儲能電站在光伏等新能源領域中的應用，結合儲能電站功率切換及響應時間等因素綜合考慮儲能電站的控制策略，對提高光儲并網控制可靠性具有實際工程意義。

參考文獻

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