儲(chǔ)能協(xié)調(diào)控制器的介紹
儲(chǔ)能協(xié)調(diào)控制器主要作用是控制和優(yōu)化儲(chǔ)能系統(tǒng)的運(yùn)行,儲(chǔ)能協(xié)調(diào)控制器能夠監(jiān)測(cè)電池系統(tǒng)和配電電網(wǎng)的狀態(tài),包括電壓、頻率和功率,并接收調(diào)度指令,儲(chǔ)能協(xié)調(diào)控制器與儲(chǔ)能變流器 PCS 配合使用,可以在并網(wǎng)運(yùn)行模式下實(shí)現(xiàn)包括:有功功率跟蹤、削峰填谷、計(jì)劃曲線、調(diào)頻、調(diào)壓、平抑波動(dòng)、逆功率控制等功能。
儲(chǔ)能協(xié)調(diào)控制器的功能
1、多種高級(jí)應(yīng)用功能
1.1與儲(chǔ)能變流器 PCS 配合使用,可以在并網(wǎng)運(yùn)行模式下實(shí)現(xiàn)包括:有功功率跟蹤、削峰填谷、計(jì)劃曲線、調(diào)頻、調(diào)壓、平抑波動(dòng)、逆功率控制等功能。
1.2調(diào)度指令模式:主要控制儲(chǔ)能系統(tǒng)的有功輸出,配合新能源發(fā)電電源,快速響應(yīng)調(diào)度有功指令;
1.3計(jì)劃曲線模式:根據(jù)預(yù)先設(shè)置的儲(chǔ)能系統(tǒng)充、放電計(jì)劃曲線,控制 PCS 根據(jù)計(jì)劃曲線有規(guī)律地自行充、放電;
1.4一次調(diào)頻模式:根據(jù)電網(wǎng)系統(tǒng)的頻率,自主調(diào)節(jié)儲(chǔ)能系統(tǒng)的有功,從而實(shí)現(xiàn)一次調(diào)頻的功能;
1.5動(dòng)態(tài)調(diào)壓模式:根據(jù)電網(wǎng)系統(tǒng)的電壓,自主調(diào)節(jié)儲(chǔ)能系統(tǒng)的無(wú)功,從而實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)調(diào)壓的功能;
1.6削峰填谷模式:控制儲(chǔ)能系統(tǒng)在用電谷值區(qū)充電吸收電能,在用電峰值區(qū)放電釋放電能,從而實(shí)現(xiàn)峰谷功率的搬移;
1.7平抑波動(dòng)模式:主要功能則是抑制風(fēng)電、光伏出力的隨機(jī)波動(dòng),使發(fā)電功率趨于平穩(wěn);
1.8逆功率控制模式:主要是在新能源發(fā)電和用戶負(fù)荷的系統(tǒng)并網(wǎng)點(diǎn)處設(shè)置儲(chǔ)能,通過(guò)控制儲(chǔ)能系統(tǒng)的充放電,避免并網(wǎng)點(diǎn)處的出力流向電網(wǎng),可以大大促進(jìn)新能源的就地消納。
1.9功率分配:對(duì)于多臺(tái) PCS,其電池的充、放電特性并不相同,會(huì)產(chǎn)生荷電狀態(tài)(SOC)的差異。協(xié)調(diào)控制器通過(guò)獲取各 BMS 的 SOC,協(xié)調(diào)控制各臺(tái)PCS 的充、放電功率,充電時(shí) SOC 小的電池充電功率大;放電時(shí) SOC 大的電池放電功率大。利用這種功率分配策略,可以消除 SOC 差異,使得各電池狀態(tài)達(dá)到均衡。
2、儲(chǔ)能協(xié)調(diào)控制器可與 SCADA 監(jiān)控系統(tǒng)、PCS 變流器之間實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、靈活的通訊
2.1支持通用的 IEC103/ IEC104/IEC61850 電力通訊規(guī)約,可通過(guò)網(wǎng)口或者光纖通訊,實(shí)現(xiàn)與 SCADA 監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行通訊;
2.2提供基于高速光纖通訊的高速主機(jī)間 IEC61850-GOOSE 通訊協(xié)議實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)控制裝置與 PCS 之間的通訊,滿足功率快速控制的要求,通訊延遲<1ms。
3、多種控制模式切換,實(shí)現(xiàn)不同功能需求
3.1根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行工況需求,可以靈活選擇儲(chǔ)能系統(tǒng)當(dāng)前的應(yīng)用功能,如有功功率跟蹤、削峰填谷、計(jì)劃曲線、調(diào)頻、調(diào)壓、平抑波動(dòng)等。
4、完備的自檢和保護(hù)功能:自檢的范圍覆蓋采集單元、IO 單元、變流器通訊單元等相關(guān)設(shè)備。自診斷的周期確保在 1ms 內(nèi)檢測(cè)到系統(tǒng)內(nèi)部的故障,并做出相應(yīng)的響應(yīng)。有效保障整儲(chǔ)能系統(tǒng)的正常運(yùn)行。
5、暫態(tài)故障錄波功能:系統(tǒng)能連續(xù)記錄故障前和故障后一段時(shí)間內(nèi)的信號(hào)。記錄的數(shù)據(jù)文件存放于運(yùn)行人員工作站的共享目錄,可以用于故障分析,文件格式為標(biāo)準(zhǔn)COMTRADE 格式。
6、POD 功能:發(fā)生低頻振蕩時(shí),穩(wěn)定裝置調(diào)節(jié) PCS,低頻震蕩下增強(qiáng)系統(tǒng)阻尼。
儲(chǔ)能協(xié)調(diào)控制器的工作原理
1、硬件工作原理
儲(chǔ)能協(xié)調(diào)控制器基于的硬件平臺(tái)研制,其主要特點(diǎn)是:硬件軟件模塊化,通用靈活,具有很強(qiáng)的擴(kuò)展能力,高性能、高可靠性、高抗干擾能力,支持?jǐn)?shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化的接口。采樣功能由輔助裝置完成。
2、軟件工作原理
2.1主程序按固定的周期相應(yīng)外部中斷,在中斷服務(wù)程序中進(jìn)行模擬量采集與濾波,開(kāi)關(guān)量采集、裝置硬件自檢、外部異常情況檢查。
2.2正常運(yùn)行程序進(jìn)行裝置的自檢,裝置不正常時(shí)發(fā)告警信號(hào),信號(hào)分兩種,一種是運(yùn)行異常告警,這時(shí)不閉鎖裝置,提醒運(yùn)行人員進(jìn)行相應(yīng)處理;另一種為閉鎖告警信號(hào),告警同時(shí)將裝置閉鎖,相應(yīng)功能退出。功能計(jì)算程序中進(jìn)行各種控制功能的算法計(jì)算。
3、協(xié)調(diào)控制功能:儲(chǔ)能協(xié)調(diào)控制器控制儲(chǔ)能系統(tǒng)運(yùn)行,具備有功指令跟蹤、計(jì)劃曲線執(zhí)行、一次調(diào)頻、動(dòng)態(tài)調(diào)壓、削峰填谷、平抑波動(dòng)、 逆功率控制等控制功能。
4、有功指令跟蹤:大規(guī)模儲(chǔ)能系統(tǒng)能夠快速響應(yīng)調(diào)度指令或第三方調(diào)節(jié)指令,實(shí)現(xiàn)有功功率調(diào)節(jié)的作用。本控制器功率控制可通過(guò)定值控制字進(jìn)行選擇支持遠(yuǎn)方模式或本地模式。遠(yuǎn)方模式是指本控制器按照主站端(SCADA 監(jiān)控系統(tǒng))發(fā)送的有功指令值控制儲(chǔ)能充放電功率;本地控制是指按照本控制器內(nèi)通過(guò)定值設(shè)定的有功指令值控制儲(chǔ)能充放電功率。協(xié)調(diào)控制裝置通過(guò)實(shí)時(shí)檢測(cè)當(dāng)前輸出的有功功率和接收的功率指令,來(lái)控制儲(chǔ)能系統(tǒng)的有功輸出,從而快速、精確地響應(yīng)調(diào)節(jié)指令。
5、計(jì)劃曲線執(zhí)行:計(jì)劃曲線功能是控制儲(chǔ)能系統(tǒng)的輸出,使其按照預(yù)定的計(jì)劃曲線安排充、放電計(jì)劃。本控制器計(jì)劃曲線控制可通過(guò)定值控制字進(jìn)行選擇支持遠(yuǎn)方模式或本地模式。遠(yuǎn)方模式是指本控制器按照主站端(SCADA 監(jiān)控系統(tǒng))發(fā)送的計(jì)劃曲線功率值控制儲(chǔ)能充、放電功率;本地控制是指按照本控制器內(nèi)通過(guò)定值設(shè)定的計(jì)劃曲線功率值控制儲(chǔ)能充、放電功率。
6、一次調(diào)頻:為解決新能源大規(guī)模并網(wǎng)引起的電網(wǎng)調(diào)頻容量不足問(wèn)題,儲(chǔ)能可輔助電網(wǎng)調(diào)頻,利用其快速響應(yīng)特性改善調(diào)頻效果。同時(shí)儲(chǔ)能系統(tǒng)還能輸出無(wú)功,起到輔助調(diào)壓的作用。
電網(wǎng)的頻率取決于發(fā)電有功功率與負(fù)荷有功功率之間的平衡關(guān)系,當(dāng)發(fā)電有功功率大于負(fù)荷有功功率時(shí),系統(tǒng)頻率上升;當(dāng)發(fā)電有功功率小于負(fù)荷有功功率時(shí),系統(tǒng)頻率下降。儲(chǔ)能系統(tǒng)通過(guò)有功-頻率(P-F)下垂控制來(lái)輔助調(diào)節(jié)發(fā)電有功功率,使其與負(fù)荷有功功率實(shí)時(shí)平衡,從而穩(wěn)定系統(tǒng)頻率。當(dāng)系統(tǒng)頻率下降時(shí),儲(chǔ)能系統(tǒng)放電增加有功輸出;當(dāng)系統(tǒng)頻率上升時(shí),儲(chǔ)能系統(tǒng)充電減小有功輸出,調(diào)頻示意圖如下:
7、動(dòng)態(tài)調(diào)壓:電網(wǎng)的電壓取決于發(fā)電無(wú)功功率與負(fù)荷無(wú)功功率之間的平衡關(guān)系,當(dāng)發(fā)電無(wú)功功率大于負(fù)荷無(wú)功功率時(shí),系統(tǒng)電壓上升;當(dāng)發(fā)電無(wú)功功率小于負(fù)荷無(wú)功功率時(shí),系統(tǒng)電壓下降。儲(chǔ)能系統(tǒng)通過(guò)無(wú)功-電壓(Q-V)下垂控制來(lái)輔助調(diào)節(jié)發(fā)電無(wú)功功率,使其與負(fù)荷無(wú)功功率實(shí)時(shí)平衡,從而穩(wěn)定系統(tǒng)電壓。當(dāng)系統(tǒng)電壓下降時(shí),儲(chǔ)能系統(tǒng)發(fā)出無(wú)功功率;當(dāng)系統(tǒng)電壓上升時(shí),儲(chǔ)能系統(tǒng)吸收無(wú)功功率,調(diào)壓示意圖如下:
8、削峰填谷:大規(guī)模電池儲(chǔ)能系統(tǒng)因其快速響應(yīng)特性,具有的調(diào)峰性能,可在用電高峰期作為電源釋放電能,在用電低谷期作為負(fù)荷吸收電能,提高電網(wǎng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和安全性。
本控制器削峰填谷控制可通過(guò)定值控制字進(jìn)行選擇支持遠(yuǎn)方模式或本地模式。遠(yuǎn)方模式是指本控制器按照主站端(SCADA 監(jiān)控系統(tǒng))發(fā)送的峰、谷值控制儲(chǔ)能充放電功率;本地控制是指按照本控制器內(nèi)通過(guò)定值設(shè)定的峰、谷值控制儲(chǔ)能充放電功率。當(dāng)輸出功率大于峰值功率時(shí),儲(chǔ)能系統(tǒng)充電,吸收峰值功率當(dāng)輸出功率小于谷值功率時(shí),儲(chǔ)能系統(tǒng)放電,谷值功率。
9、平抑波動(dòng):光伏、風(fēng)電等新能源發(fā)電具有較大的間歇性、波動(dòng)性,嚴(yán)重影響了其并網(wǎng)發(fā)電的性能。越來(lái)越多的研究利用儲(chǔ)能電池的能量存儲(chǔ)能力,通過(guò)電池的充、放電,來(lái)平抑新能源發(fā)電的功率波動(dòng)。
平抑波動(dòng)控制根據(jù)算法分為一階濾波控制方式和功率波動(dòng)限制控制方式,可通過(guò)控制字整定。一階濾波控制策略是根據(jù)電源端的輸出功率進(jìn)行一階低通濾波,對(duì)于變化快速且不滿足波動(dòng)限制要求的功率分量,利用儲(chǔ)能系統(tǒng)來(lái)消除,因此剩下的就是波動(dòng)小的平滑功率分量了。功率波動(dòng)限制控制策略是實(shí)時(shí)檢測(cè)電源端的輸出功率,統(tǒng)計(jì)其在一定時(shí)間周期內(nèi)的波動(dòng)量,若功率波動(dòng)分量超出裝置設(shè)定的波動(dòng)限制值,則儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行充、放電,抑制波動(dòng)量。 裝置內(nèi)可通過(guò)定值整定,使得控制目標(biāo)滿足不同時(shí)間尺度的功率波動(dòng)限制。
10、逆功率控制:協(xié)調(diào)控制器通過(guò) PT 和 CT 采集并網(wǎng)點(diǎn)的電壓、電流,并計(jì)算并網(wǎng)點(diǎn)的功率,當(dāng)檢測(cè)到并網(wǎng)點(diǎn)的功率流向電網(wǎng)時(shí), 在原有控制策略基礎(chǔ)上增加儲(chǔ)能充電功率或減少儲(chǔ)能放電功率,從而避免并網(wǎng)點(diǎn)功率流向電網(wǎng)。
11、功率分配方式:儲(chǔ)能協(xié)調(diào)控制器獲取各電池組的 SOC 狀態(tài),對(duì)于每次充、放電功率,根據(jù)各電池組的 SOC 按比例分配給各電池組。充電時(shí),SOC 小的電池組優(yōu)先充電,充電功率大;放電時(shí),SOC 大的電池組優(yōu)先放電,放電功率大。
儲(chǔ)能協(xié)調(diào)控制器的技術(shù)參數(shù)
工作電源:DC220V/DC110V 允許偏差±15%;AC220V 允許偏差±20%
額定頻率:50Hz
機(jī)箱:1U/2U,19英寸
重量:2.5kg
以太網(wǎng):2個(gè)對(duì)外通訊,1個(gè)調(diào)試口
串口:10個(gè)485串口對(duì)外通訊,1個(gè)調(diào)試口
通信協(xié)議:IEC870-5-101、103、104、61850及CDT、MODBUS等各種規(guī)約