大容量储能系统控制技术研究
大容量电池储能站监控与保护系统应用研究
级储能 电池 项 目在全球 范 围内开展建设 ，储 能产 业 已成 为全பைடு நூலகம்新 一轮投资热点 。 ］ 。 。经 过多方 调研 交 流 ，笔 者
将建设规模 为 ｌ Ｏ ０ ｋ Ｗ 及 以 上 的 电 池 储 能 站 界 定 为 大 容
１ ． ４ 保 护配 置分 层分 级
整个 电池储能站 的保 护按照范 围从上至下可分 为配 电
数据汇总、信息综合分析统计 、调度 Ｓ Ｃ Ａ Ｄ Ａ远传 、故 障
显 示及 监 视 等 功 能 。
电池储能站监控设备可按站控层 、间隔层进行划分 ， 系统网络宜采用星型结构 ，可根 据建设 规模 采用单网或双
以太 网结 构 。 Ｂ ＭＳ和 Ｐ Ｃ Ｓ宜 以 储 能 分 系 统 为 单 元 接 人 站 控 层 ，
１ ． ３ 响应速 度 要 求高
电池 储 能 站 变流 器 启 停 及工 况 转 换 时 间 均 在 几 十 毫 秒 以 内 ，电能 质 量 改善 及 调 峰 调频 、无 功 支 撑 等控 制 策 略 均
需监控系统根据当前实时运行信息 ，或作 出预判 ，或立刻
作 出 响应 ＿ ８ ］ 。
０ 引言
随着对环境 的关 注及能源 体 系的变 革 ，电池储 能技
术 因环 境 适 应 性 强 、能 量 密 度 高 、 占地 少 、效 率 高 、工 期 短 等 优 点 而 受 到业 界 广 泛 关 注 ， 已经 发 展 成 为 未 来 智 能 电 网规 划 的 重 要 组 成 部 分 。 自 ２ ０ ０ ９年 起 ， 各 种 Ｍｗ
［ 摘要］ 基 于 电池储 能 站 工 程设 计 经 验 ，分 析 电池 储 能 站 监 控 及 保 护 的 特 点 ，提 出大 容 量 电 池储 能 站 监 控 系 统 的 组 网
电池储能系统的优化控制与管理研究
电池储能系统的优化控制与管理研究电池储能系统在能源领域发挥着重要作用，具有储能高效、灵活性强等优势。
然而，在实际应用中，电池储能系统的优化控制与管理是一个关键问题。
本文将对电池储能系统的优化控制与管理进行研究，探讨如何提高其性能和效率。
首先，优化控制是电池储能系统中的核心问题之一。
通过对电池储能系统进行优化控制，可以提高其储能效率，降低能源损耗。
在此过程中，需要考虑多种因素，如电池的容量、充放电速率等。
此外，还需要根据实际需求制定合理的优化策略，以确保系统的稳定性和可靠性。
其次，电池储能系统的管理也是一个重要的问题。
管理可以包括对电池的状态监测、故障检测和故障诊断等。
通过合理的管理措施，可以确保电池储能系统的正常运行，并及时发现和解决潜在问题。
在管理过程中，可以利用先进的监测技术和数据分析方法，对电池储能系统的性能和状态进行实时监测和评估。
此外，对于电池储能系统的优化控制与管理研究，还需要考虑与智能电网的协同。
随着智能电网的发展，电池储能系统在电网中发挥的作用越来越重要。
通过与智能电网的协同，可以实现电池储能系统的动态调度和优化，充分发挥其储能和供能的优势。
同时，还可以实现与电网之间的信息交换和协调，提高电网的稳定性和可靠性。
针对电池储能系统的优化控制与管理研究，一些关键技术和方法也需要进一步探索和研究。
例如，可以考虑使用模型预测控制技术，通过建立系统模型，预测电池储能系统的状态和性能，进而制定合理的控制策略。
此外，还可以探索基于人工智能和大数据分析的方法，通过对电池储能系统的大量数据进行分析，提取有效信息，优化控制与管理策略。
在进行电池储能系统的优化控制与管理研究时，还需要考虑一些实际问题和挑战。
例如，电池储能系统的安全性是一个重要问题，需要采取合适的措施，确保系统的安全运行。
此外，电池储能系统的经济性也需要考虑，在制定优化策略和管理措施时，需要综合考虑成本和效益。
总结来说，电池储能系统的优化控制与管理研究对于提高能源利用效率、改善能源供应质量具有重要意义。
大功率储能PCS关键技术研究
大功率储能PCS关键技术研究
目前，大功率储能PCS作为一种重要的电力系统，在电力行业应用越来越广泛，已成为利用可再生能源优化电网架构和调峰调频中不可缺少的重要元素。
但是，大功率储能PCS的研究和开发仍处于萌芽阶段，对于决定大功率储能PCS技术发展及其在电力市场应用的关键技术的研究，仍然存在一定的技术难关。
首先，关于大功率储能PCS的架构设计和控制方案研究。
目前，大功率储能PCS主要由储能设备（如电池系统）、电力调节仪（如变流器）、控制系统（如控制器或DSP）、传感器等组成。
从总体架构上考虑，要实现较高的效率和实时性，电力调节仪、控制系统往往采用模块化设计，便于系统的扩展，但会增加控制难度。
因此，研究智能、可扩展的大功率储能PCS模块化架构设计和灵活的控制方案，便成为减少控制复杂性和提高系统稳定性的关键技术。
其次，大功率储能PCS的故障预测、失效应急管理技术分析。
兼具电池储能与无功补偿的高压直挂大容量系统四象限运行控制技术
通过实验验证了本次演示提出的优化控制策略相较于传统控制策略在大容量 飞轮储能系统性能上的提升。实验结果表明，优化后的控制策略在充放电效率、 稳定性以及电能质量等方面均表现出优异的性能。通过对比实验，直观地展示了 优化前后系统性能的差异，验证了优化控制策略的有效性。
结论与展望
结论与展望
本次演示对大容量飞轮储能系统的优化控制策略进行了深入探讨，提出了一 种基于模型预测控制和遗传算法的优化方案。实验结果表明，该优化策略能够有 效提高大容量飞轮储能系统的性能。然而，本次演示的研究仍存在一定的局限性， 例如未考虑复杂工况下的系统稳定性和效率问题，未来研究可进一步拓展和深化。 此外，飞轮储能系统的复合材料、制造工艺等方面的研究也有待进一步探索，以 推动大容量飞轮储能系统的实际应用和发展。
基本内容
另一方面，其他类型的电池储能系统也在不断发展。例如，液流电池具有高 能量密度和长寿命等优点，且对环境影响较小，但其成本较高，限制了其广泛应 用。钠硫电池则具有较高的能量密度和较低的成本，但其工作温度较高，且存在 安全隐患。
基本内容
未来，大容量电池储能系统技术的发展将更加注重可持续性、安全性和经济 性。首先，随着电池制造技术的不断进步，新的电池材料和设计将不断涌现，以 提高电池的能量密度、寿命和安全性。此外，随着可再生能源价格的下降和电网 基础设施的改善，大容量电池储能系统的经济性将得到提高，进一步推动其在可 再生能源整合和电网稳定方面的应用。
储能系统中大功率能量变换控制器的研究
储能系统中大功率能量变换控制器的研究大规模储能系统已经成为保证电力系统可靠供电的一个重要手段,其中电化学储能系统因其独特的性能已成为优先发展方向之一。
储能功率变换器(PCS)是电池储能系统重要组成部分,在电池组和电
网之间起到接口的作用,实现能量在2者之间的双向交换,因此研究
一种大功率、高可靠性、高效率的储能功率变换器在储能领域至关重要。
全面总结归纳了储能功率变换器的拓扑结构与控制策略及其应用,并对大规模储能功率变换器存在的难点与关键技术、技术发展方向和后续发展趋势进行了探讨和展望。
随着无人机技术以及个人智能设备的快速发展,笨重,低功率密
度的功率变换器成为了制约其广泛应用的重要原因。
因此,设计制造出更加小巧、轻便、高功率密度的功率变换器便成为了电力电子设计者不懈奋斗的目标。
高频功率变换器通过提升开关频率,有效得降低了变换器储能元件的体积与尺寸,使变换器变得更加小巧精致,故而
研究高频功率变换器的设计与应用具有重要的工程意义。
通过分析变换器工作原理得到变换器设计方法进行了阐述,基于该方法设计满足性能需求的高频功率变换器。
结合理论分析与仿真实验,设计一台高频变换器样机,通过样机调试,验证参数设计的可行性。
其次,研究了PCB平面电感代替空芯电感作为储能元件应用与高频功率变换器领域的可行性结合理论分析以及仿真实验,并设计了基于平面电感的高频功率变换器进行样机测量。
通过样机调试,验证PCB平面电感设计和合理性以及在高频功率变换器领域应用的可行性。
级联型高压大容量储能技术研究进展
级联型高压大容量储能技术研究进展广州智光储能科技有限公司付金建1 2019.04 杭州目录？一、大容量储能系统的特殊性二、构建安全高效的级联型储能系统三、级联型高压储能系统运行数据四、关于智光储能一手机电池事故率远低于储能系统一一大型储能系统的特殊性目录？一、大容量储能系统的特殊性二、构建安全高效的级联型储能系统三、级联型高压储能系统运行数据四、关于智光储能电池系统架构一P 1P a1NP 2P 3P n簇1簇2簇7P 1Pa P N ∑=N i a P P 1)(N N p p p p P N p p p P a =•••====+•••++=2100211*一1、设计小电量的电池包，提高电芯安装容量利用率和安全性电芯安装容量利用率：假定储能电站损耗为零的情况下，储能电站实际能输出的最大电量与电芯安装容量之和的比值（百分值）被定义为电芯安装容量利用率。
由于实际能输出的最大电量在每个循环周期都有所不同，可以取一定循环次数的平均值。
1）电芯安装容量利用率随电芯个数增多而降低，电芯一致性越差，容量利用率越低；2）电芯安装容量利用率随电芯保护电压设定值（放电深度DOD）不同而变化；3）一般而言同一个储能电站，初始运行时安装容量利用率相对较高，随着循环次数增加利用率逐步下降；4）由于电芯随循环次数的增加自身容量逐步下降，容量利用率也受此影响。
输出电量=电芯安装容量*允许的放电深度DOD*电芯安装容量利用率*储能系统效率*电芯衰减系数P 1P a1N Np p p p P N p p p P a =•••====+•••++=2100211*NP 2P 3P n电芯一致性理想条件下的运行通过扩充I 来扩充储能容量P 1P a2012)(P N P P N i a *<∑=N P 2P 3P n 电芯并联实际运行情况：内部环流，损失容量。
并联组数越多，短板效应越明显，电芯容量利用率越低。
——电池并联引起“短板效应”容量下降一1、设计小电量的电池包，提高电芯安装容量利用率和安全性电芯并联后，为避免在充电末端及放电末端电芯端电压差距较大引起的电池安全使用问题，必须降低并联电芯充放电深度DODDOD DOD K1K2——电池并联“短板效应”引起DOD 下降一1、设计小电量的电池包，提高电芯安装容量利用率和安全性。
大容量电池储能电站PCS关键技术设计分析
大容量电池储能电站PCS关键技术设计分析大容量电池储能电站PCS是指用于储能电站的功率转换控制系统。
该系统主要负责将储能电池组的直流电能转换为交流电能，并根据需求进行功率调节和频率稳定，具有极高的可靠性、高效性和灵活性。
本文将对大容量电池储能电站PCS的关键技术进行设计分析。
首先是电池组功率转换技术。
电池组的直流电能需要经过功率转换器转换为交流电能，供给电网或用户端使用。
在功率转换过程中，关键的技术是功率开关器件的选择和控制。
功率开关器件通常采用IGBT（绝缘栅双极型晶体管）或SiC（碳化硅）器件。
IGBT器件具有低成本、可靠性高的特点，适用于大规模应用；而SiC器件具有低导通损耗、高开关频率和耐高温等优势，适用于高性能应用。
在功率开关控制方面，需要采用先进的PWM（脉宽调制）技术实现高效率的能量转换和电网接入。
其次是储能电站的电池管理技术。
电池管理系统（BMS）是保证电池组正常工作和延长电池寿命的关键。
BMS主要包括电池组的电流、电压、温度等参数的监测和控制。
在储能电站中，通常采用模块化设计，每个模块都有一套独立的BMS系统，与整个PCS系统进行数据交互。
BMS系统需要精确测量电池组的状态，预测剩余寿命，并在电池组发生故障时进行保护控制。
此外，BMS系统还需要实现电池组的均衡管理，确保各个模块的充放电一致性。
再次是储能电站的智能控制技术。
储能电站必须根据电网需求进行功率调节和频率稳定。
因此，智能控制技术是PCS的关键之一、首先，需要实时监测电网负荷和频率，并根据需求调整储能电站的输出功率。
其次，需要实现储能电站与电网的互操作，能够根据电网需求主动参与电能交换。
最后，需要实现智能能量管理，根据电价和负荷需求进行电池组的充放电控制，最大程度地降低储能电站的运营成本。
另外，大容量电池储能电站PCS还需要具备高可靠性和高效率。
为了提高可靠性，PCS系统通常采用冗余设计，即多个模块和控制器并行工作，故障模块可以被其他模块自动接管，实现系统的无间断工作。
大型储能电站用PCS多机并联技术研究
离网关键技术三： 抗冲击能力
二、多机并联关键技术
冲击负荷具有周期性或非周期性，突 然变化很大的负荷。如电弧炼钢炉、 轧钢机等。一般出现最大负荷的时间 很短，但其峰值可能是其平均负荷的 数倍或数十倍。
PCS设计需求： 1、抗冲击能力设计 2、短路耐受能力 3、过载能力
离网关键技术四： 电池SOC均衡控制
系统应用特点： 1、有效提高电网频率和幅值稳定性。 2、多种调频调压方案中响应最快的调节方式。 3、配合电厂AGC辅助调频（山西典型应用、广东也 已经出台辅助服务细则）。
DC550-900V
储能电池 5*0.32MWH
方案设计要求： 1、具备快速动态响应速度； 2、电化学转换倍率要求高，一般≥2C。 3、EMS的控制策略和调度密切相关。 4、结合电厂的AGC系统配合调度响应。
二、多机并联关键技术
(1} 首先要断开微电网系统所有负荷 (2}启动黑启动电源，从而建立低压配电网 (3)部分重要或可控负荷首先接入低压配电网 (4)启动其他可控微电源，并同步并入电网 (5)逐步增加其他负荷 (6)接入不可控电源，如光伏电站或风力发电机组。
PCS设计需求： 1、单机零电压启动 2、多机零电压启动 3、多组同期并联功能
二、多机并联关键技术
离网关键技术一：VF/VSG控制技术
V/F控制
• 优点：离网电压/频率稳定，功率均分效果好， 冲击性负载带载能力强
• 缺点：需要通讯线进行并机控制
VSG控制
• 优点：支持不同功率灵活接入；无需并机线， 并机数量多。
• 缺点：电压/频率随着负载变化而变化，线路阻 抗/感抗影响大
离网关键技术二： 储能电站黑启动
授权公告号：CN2659007Y 授权公告日：20041124 申请号：CN200320116839.9 申请日：20031001
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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 储能的作用被认识
不到位
（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， 储能的作用被认可，但价值实现较难
Q* Q
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Pref
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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）
I
Xc
ΔU
～
US
-1.1PN -Pn
无功
过载能力 正常输出
1.1Pn
Pn
有功
储能变流器的控制策略
储能变流器的基本控制策略
X
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是电能主动平衡的工具
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
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
• 储能系统的能量储存介质
储能系统的控制技术（并网）
一次调频调压模式运行
PS
曲线1
- PCS设备一次调频
P1
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 P2
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）
大容量储能系统控制技术
2019-4-25
内容
1 储能系统概述 2 储能系统控制技术 3 总结
储能系统概述-分类
物理类
抽水蓄能 压缩空气 飞轮储能 超级电容
电化学类
锂离子电池 铅蓄电池 钠硫电池 液流电池
储能系统概述-作用
电池储能系统的作用
1
2
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
电网侧
调频 调压 调峰 紧急控制 黑启动
3
4
负荷侧
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
基准电源 双向调控快速调 节工具
储能系统概述-作用
电网
放电 充电
电源
负荷
长时间 （分钟-小时）
中短时间 （秒-分钟）
调度及潮流优化
稳定频率和电压 （二次调频/调压）
- 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
g
- 实现离网系频统率多-有V功S下G垂并控联制稳定运行的技术
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PCS PCS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
调峰
储能系统的控制技术（离网）
离网储能系统变流器的运行模式
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）
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
锁电相压环分自量0 校反正馈g 的的Dp转电子流运 环Po动 稳定方性程提优升化策控略制
f1 f2
f
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
储能系统的控制技术（并网）
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
大容量储能系统典型架构
EMS
能量管理系统
• 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
PMS
协调控制器
PCS 储能变流器
BAT+BMS
电池系统
• 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
• 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
- 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）
储能变流器的控制策略
储能单元架构
放电
放电
充电
充电
Uc ～
I
Xc
ΔU
～
US
电池
变流器
电网
储能变流器的控制策略
储能变流器等效为一个电源
- 有功、无功双向可控
Uc ～
I
Xc
- Xd*：D轴指令值，有功功率、频率等
ΔU
- Xd： D轴测量值
Uc ～
- Xq*：Q轴指令值，无功功率、电压等
- Xq： Q轴测量值
SPWM
～
US
储能变流器的控制策略
虚拟同步机技术（VSG)
虚拟同步发电机
一次调频：
一次调压：
惯性模拟：
g
并网时通过摇摆方程跟踪电网频率和相位
短时 （毫秒-秒）
一次调频/调压 暂态控制
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
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
储能系统概述-现状
2018年
现状 舆论很热，关注度很高，示范项目有，但商业项目不多 项目盈利困难
2019年
现状 舆论很热，关注度很高，项目多，实施很快 储能收益模式仍不明朗