许继电科张振华：新能源侧大规模集中式电化学储能系统集成应用
发布日期：2020/8/28
8月21日，储能100人联合《能源》杂志主办的2020年风光储创新发展论坛在北京召开，业内一众关键企业齐聚于此，围绕“新能源+储能”话题各抒己见。
许继电科储能公司董事长张振华出席论坛并发表主题演讲。
以下为张振华的演讲内容，“储能100人”在编辑时有删减：
首先汇报一下许继集团的近况，许继集团是国家电网的直属产业单位，是专注于电力、自动化和智能制造的高科技现代化产业集团，它有一个研发总中心，五个研发分中心，八个产业基地在全国。核心业务主要五个部分，直流输电，智能电网，新能源，电动汽车充换电，轨道交通及工业智能化。新兴产业也有五个，今天主要介绍先进储能这个领域。
许继集团在储能领域主要承担的单位就是许继电科储能有限公司，是许继集团公司和中国电科院2017年2月份成立的合资公司，拥有领先的储能系统集成解决方案及EMS，BMS等核心技术产品。
下面介绍一下新能源侧储能的作用，在传统发电领域主要是辅助动态运行，在新能源领域主要是削峰填谷，平抑波动，按调度计划运行，电网主动支撑，当然还包括调峰调频备用容量等。
通过上边的图可以看到，这是正常光伏发电的功率，下面是经过储能抑制以后功率的变化，可以看到经过储能以后，整个输出波动变化相对原来平缓了很多，它解决了风光资源波动性大，出力波动影响系统稳定，通过实时采集当前出力功率、预测功率波动情况和评估储能充放电能力，通过这三方面数据来进行功率输出政策调整，实现平抑策略的制定。
其次就是跟踪调度出力的曲线，储能具有削峰填谷与系统调峰作用，根据风光发电功率预测值和储能电站容量数值，以及负荷功率的约束条件，制定出整个电站跟踪、调度、计划出力的曲线。这是在实际过程当中得到的跟踪计划出力的实际情况，上面的图可以看到，如果没有储能，它和调度、计划、功率之间的偏差比较大。
实际计算出来的结果显示，从11点到下午4点，如果没有储能，光伏跟踪计划出力误差小于5%的概率，晴天只能达到58%，阴天是65%，多云天气是56%。加完储能以后，光储跟踪调度出力功率指令的误差小于5%的概率，现在能达到94%，96%和97%，提高的幅度非常大。
这里也可以看到两条曲线，一个是调度的曲线，一个是光储联合出力的曲线，通过储能的加力，这两个红线吻合度是非常高的，就是说通过储能和光储结合到一块，能够紧密跟踪调度的功率曲线。
再次就是关于平抑控制的问题，现在储能系统采用虚拟同步机控制技术，可以使发电站整站具备同火电类似的调频、调压及阻尼等特性，在具备虚拟惯量后，电池储能系统可以参与电网的一次调频，甚至通过电池容量的提升，可以进行长时间的小时级的二次调频。同时PCS采用虚拟同步机控制技术，可以使整站具备同火电类似的调频、掉压挤阻尼等外特性，可实现无功率调压。
下面是储能容量配置的计算方案，昨天圆桌会议当中很多专家就提出了，各个省区为什么配10%，有的是20%，有的是一个小时，有的是两个小时，我们做的一个项目，青海海西州多功能互补集成优化示范工程为国家首批试点项目，根据青海地区200MW光伏发电一年的历史出力数据进行统计，光伏出力的波动率为10%/10分钟及以上的概率为10.8%，波动率50%/10分钟级以上的概率为0.3%，表明光伏在暂态波动的问题非常突出。
针对光伏的波动，通过加储能，抑制波动的效果大家可以看到，这是光伏发电抑制10分钟波动大于10%的概率为3.5%时，需配置30MW储能。10分钟波动10%的概率为2%，就要配置50MW储能。这是配置功率曲线图，这个曲线如果达到50MW以上，整个波动概率如果再降低的坡度十分缓慢，也就是增加储能对波动抑制的效果已经不太明显了。
如果光伏发电实际出力偏差在10%及以上的概率为9.1%，光伏发电实际出力偏差在20%及以上的概率为3.5%，可见在没有用储能的情况下，跟踪计划出力的能力比较差。这是实际配置完以后，配比为25%，50MW/50MWh，50MW/75MWh，还有50MW/100MWh，50MW/125MWh，有明显的提升。
综上所述，在青海的海西多能互补示范项目中，储能功率配置为50MW时间为1.5到2小时，储能系统可满足一次调频，平滑新能源发电处理，跟踪出力削峰填谷等多方面的作用，最后结论是为本方案采用功率50MW、容量为100MWh的储能配置方案，到现在运行时间是一年多，效果非常好，大家有时间可以去看看。
集中式储能主要解决的问题，就是新能源波动，负荷需求，源荷平衡，以及电网安全和效率。核心技术集中在哪呢，一是虚拟同步机技术，VSG，解决新能源消纳接入问题，采用VSG技术可以使新能源发电在外特性上相当于常规发电，提高新能源并网接入能力。
第二是监控及运维控制技术，刚才也说到监控，智能储能站采用无人职守、少人值班的原则，实现集中运行，远程诊断，实时维护的运行模式。在实际工作当中，现在很多的BMS可以检测到电芯，包括每个电芯的电流和电压，尤其是海西州是50MW/100MWh，要检测每个电芯，我们计算过，整个监控系统需要检测的点数量超过100万，常规的变电站或升压站，监控系统已经跑不到了，因为数据量太大，原有的变电站监控系统必须经过大规模的升级才能适应新的大规模集中式储能电站监控系统的要求。到最后输出功率跟随误差小于1.5%，电压控制误差小于1%。
第三是源网荷储紧急支撑具备电网紧急支撑能力，充分利用大型储能设备运行状态快速转化的能力，实现其自身角色从负荷相电源的毫秒级转变，对电网频率的紧急调节起到了倍增效果。大家知道很多地方一旦出现双极闭锁，对整个地区的电网出现巨大的影响，在这种情况下，现在电网搞了一个精准切符合，由于电源产生了很大的扰动，为了维持整个电网的稳定，必须把一些不是特别周期的负荷快速从电网当中切除出去，如果不切除，整个电网的运行就会出现平抑下降，电压跌落这种情况，储能站它能够在毫秒级的情况下，从原来充电状态毫秒级过度到满发状态，支撑整个电网系统的电压和功率稳定，能实现毫秒级快速切换。
第四，储能集装箱解决了大规模储能安全问题，因为最后热失控是有很多前提条件造成的，我们设计思路不是到最后热失控了才采取措施，那都是迫不得已采取的后备措施，前面以预防为主，防治结合，一定要发现事故苗头，把事故减小到最小的状态。
第五是安全的电池管理系统，可实现单体之间的能量转换，通过直流母线实现箱间均衡。现在技术水平不可能做到化学物质完全一样，运行一段时间以后，电池的容量和电压差都会出来，这在运行的过程当中，由于压差过大，为了维持它的安全，把储能站一部分储能设备切掉，影响储能最大能量的发挥，一旦切除这一组电池组不能发挥作用，挥作用，这个过程当中，通过能量的转换进行弥补，到最后均衡，让整个电池单体表现的接近或者非常类似的状态。
第六是PCS并联谐振抑制技术，PCS输出滤波器采用有源阻尼技术，载波同步抑制高频环流。我们实际工程当中采用的是四机并联，试验过程中可以用到八机并联，效率达到98.5%，具备低穿高穿虚拟同步等多种功能。
来源：储能100人
