科华恒盛陈聪鹏：大型储能电站用 PCS 多机并联关键技术研究
中国化学与物理电源行业协会储能应用分会产业政策研究中心统计数据显示，截止到2017年底，全球光热及风光发电并网储能项目共计246个，装机总规模达10.3GW。新能源发电侧建大型储能电站对促进可再生能源消纳，缓解日益突出的弃风、弃光问题，提高电网安全稳定运行水平意义重大，备受行业关注。
9月19日-20日，2018首届全国发电侧储能技术与应用高层研讨会在西安召开，就进一步推进储能在发电侧上的项目规划、安全施工、系统集成技术应用、运营模式、电网接入、标准体系、风光储电站考核机制、调度模式、储能项目备案、审批流程和体制机制等方面展开深入讨论。
厦门科华恒盛股份有限公司新能源事业部技术总监陈聪鹏出席会议并发表主题演讲《大型储能电站用 PCS 多机并联关键技术研究》。
以下为发言实录：
陈聪鹏：
前面好多专家都提PCS的并机技术，我下午来跟大家分享一下我们做这方面技术战略的点。我今天汇报的主要内容分为四部分，一是技术综述，二是关键技术，三是储能应用方案，四是储能电站案例。
大家都清楚储能技术的路线，目前四个大方向，实际上研究比较火热的话，主要还是集中在电化学储能这边，电化学储能应用的话，前面介绍的比较多了，在发电、输配电、用电侧这几方面都有比较多的应用模式，我就不展开了。前面两年储能这方面主要还是单机或者小容量，更多的是释放性的一些项目，比如一些厂家做一些示范性工程，然后研究院、国家电网都会一些研究，容量规模都比较小，尤其是今年河南这一边百兆瓦以上的电站应运而生，在PCS方面要做比较多的突破。
下面介绍一下并机技术地我们科华主要从三个方面介绍这一块。并网方面的话，我们做完的话主要有三个点，对电网的大规模应用会比较突出的一个点，就是多机并联的稳定性，还有高、低频环流，还有系统响应性，离网功能的话也是它很重要的一个功能，主要是VF/VSG技术的探讨，还有离网的黑启动，还有抗冲击能力、电池平衡管理。
针对并机的这种稳定性的话，我觉得这个命题非常关键，因为对这种百兆瓦级的并机系统，一个系统的稳定性是非常关键的，尤其之前光伏可能接了双分类的变压器，体现不出这种太大的问题，目前储能是变压器容量的突破，或者是储能在低压侧并联的台数往往比较多，现在目前业内大家都在宣称8台或者10几台的容量，做这项技术的话，首先要考虑它的稳定性，这块稳定性的话我们怎么来研究呢？通过PCS本身的拓扑，我们通过分析它的系统并联的临界点，或多或少会有一个节点，这个节点就变成一个不稳定因素在里面。我们怎么保证呢？我们有两个措施，第一个就是输出滤波器有源阻尼设计，第二个就是在软件控制上对电网正反馈进行处理。
第二个主要是针对高、低频环流抑制，高频环流必须要PCS本身具备抑制能力，高频主要是体现在输出电流，正常的输出电流是很刚性的，它的THD应该是比较小，但是如果出现了高频环流的话，这张图片是以上我们应用上的一些图片，很多厂家或多或少都会存在这个问题，当然后面都要处理的，这是之前的一个经验，PCS在这边应用的话，我觉得应该借鉴之前失败的案例。第一个方法就是要做载波同步，第二个方法就是在拓扑上面要做LCL，第三个方法就是各机锁电网自同步，实现多机并联，无论在并网或者离网下，这样的话既省掉并机线的故障点，同时又降低了成本。并联的台数越多，环流越大，损害的是PCS本身的滤波电流，滤波电流肯定是扛不住稳波电流的，会使PCS寿命的降低。
在并网系统这么一个储能系统里面它实时的响应能力，河南、镇江这边两套系统都有提到这个响应能力，响应能力对于我们PCS这么一个系统应该怎么做？我觉得PCS这边的通信，从接收到指令到响应输出要求是100毫秒，我觉得这一块还可以突破，100毫秒对这么一个电站来说的话，看上去比较小，但是对它整个电站是时间比较长的，它会在通信电路上的一个时间耗费比较长，我们PCS这一块的话，尤其是响应能力还有充放电的转换时间要做比较大的突破，而且有能力做到这种突破。并网的一些技术，以上讲的常规的都比较成熟了，因为前几年光伏逆变器已经应用比较成熟，也不再多讲。
离网的话，储能更多的是并网，也有可能是离网，离网时下比较流行的两种控制方法，一是V/F控制，二是VSG控制，V/F输出的电源和频率是很稳定的，对用户的设备是比较好，VSG的话它有什么优点呢？它的优点就在于它不需要并机线，它的特性跟电网的接入会比较友好。两种技术都有人在用，而且效果应该都还可以。
离网的黑启动，在我们电力系统上面非常的关键，一旦电网停电了，整个系统就起不来了，我们储能是不是可以起到有益的作用，这一点我觉得可以，它起到什么作用，就具备我们单机设备的零电压启动，还有整个储能系统分布在好几个单元，多个单元会同时启动，同时启动完了以后要有同期并联的功能，所以这两三点是我们PCS或者多机并联系统上面要具备的功能，才能实现一个大规模的黑启动。
抗冲击能力，跟上面的黑启动有点类似，如果在以往运行的情况下，我们突然投入一个变压器或者接入一个比较大的冲击性故障，这种情况下它的电流是非常大的，那我们传统的并网离变器抗冲击能力是非常弱的，很多厂家因为前面做了并联逆变器才做的储能变流器，他对这一块分析不够，我们科华本身就是做逆变器的，对这一块研究比较多，对抗冲击能力这一块，在储能应用上这一块的特点会非常好。尤其是短路的时候，我们看短路能力也是非常强的，就是短路2、3秒，这种是可以扛过去，扛过去之后负荷或者短路卸掉的话可以自动恢复。
电池SOC均衡控制的话，这一块无论是并网还是离网，它的电池总会有不一致，容量也会有不一致，充放电也不会不一致，这样会导致电池的容量随着时间的变化它会慢慢的变化，慢慢的减小或者慢慢增大，就形成不一致，不一致的效果就导致有些PCS的就不在了，你要调度它，它出不来，或者它已经满了，这样有一个点就很关键，就是电池的均衡管理，并网和离网下都要有这个功能。
接下来是一个并离网的控制技术，并离网切的技术难点在哪里？有一个点很重要，就是PCS和能量管理器之间的通信电路要速度非常快，我们是在微秒级的速度可以实现它们的快速切换，同时同步的切换，由并网切到离网。这边是一个实验的波形，并网切到离网是无缝切换的。
下面分享一下我们实验室的一些情况。在公司那边的话有建了一个储能电站，这么一个储能电站我们分了三层的控制，这么一个系统的话，我们平时也有在运行，它是可以实现不同功率段100、150、250等随便并，我们各自通过变压器并在一起，这套系统已经在我们那边稳定运行超过一年以上，也可以并网也可以离网，我们园区停电的时候，这套系统可以作为我们应急供电使用。
分享一下大概的情况，我们实验室这边由于平台受限制，做了10台，理论上可以做到30、40台，甚至更多都没有问题，10台就是左边这个波形，它的电压电流波形效果非常好，右边是带有500千瓦的变压器，冲击电流达到4000A，我们可以达到电压微微动一下下，波形还是稳定增长的。又模拟PCS的加入和退出，热切入和热切出的实验，还有那种比较恶劣的RCD负载，还有短路的波形，我们会通过限流抑制对PCS造成的危害。
最后介绍一下我们并机的专利技术，并机在我们公司是比较早已经具备这个能力，而且是国内首家具备这种能力的公司，在2004年的时候，我们创始人就已经申请这么一个专利并联技术，所以我们在储能并联系统上的一个优势还是比较突出的。接下来简单介绍一下应用方案和案例，这是调峰调频的解决方案，主要是补偿原有的一个发电机组的控制、相应速度慢的问题，由前面的蓝色通过加入储能后变成后面红色的这么一个波形。还有计划性的解决方案也可以储能系统，平滑或者再利用光伏新能源的能量。这是用户侧的储能解决方案，这套系统可以实现并网，也可以实现离网，也可以实现并离网切换。
我们在储能电站上面也做了一些系统，也跟大家分享一下。这个是最新的一个钠离子电池的应用案例，这边是跟福州大学一起做的研究性项目，海外的一个项目，然后海外北美那边的一个大规模储能的应用项目，然后梯次电池的应用项目，跟一些厂家合作的一些项目，风电上的应用，然后电池厂家的一些合作项目，还有跟电科院的合作，还有海外的一些项目。
谢谢大家！
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