中國儲能網(wǎng)訊：隨著互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心IDC的快速發(fā)展，為其配備的不間斷電源系統(tǒng)UPS規(guī)模越來越大，由于UPS的電池系統(tǒng)只有在少數(shù)的停電時段應用，造成了大量的資源閑置。在保證備電的前提下，充分挖掘UPS中電池系統(tǒng)的儲能功能，是一種經(jīng)濟高效的儲能形式。在常規(guī)UPS的基礎上，提出了儲能型不間斷電源系統(tǒng)（energy storage type of UPS， EUPS）的實現(xiàn)架構，EUPS多種“備電+儲能”應用功能的控制策略，以及EUPS參與電網(wǎng)多場景調(diào)節(jié)的協(xié)調(diào)控制策略。最后，基于建成的EUPS示范系統(tǒng)，驗證了所提的EUPS系統(tǒng)架構和控制策略的有效性。
我國新能源發(fā)展正處于快速上升期。國家能源局的數(shù)據(jù)顯示，2023年，我國可再生能源發(fā)電新增裝機超過全球的一半，累計裝機規(guī)模占全球比重接近40%。不過隨著高比例新能源的發(fā)展、新型電力系統(tǒng)的建設，新能源在開發(fā)、利用、經(jīng)濟性等多方面面臨的挑戰(zhàn)也不容忽近年來，隨著5G、云計算、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、人工智能等數(shù)字技術的快速普及與應用，互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心(internet data center, IDC)行業(yè)規(guī)模增長迅猛，數(shù)據(jù)顯示，截至2022年底，中國在用IDC規(guī)模達到650萬標準機架，近5年年均復合增速超30%。與此同時，IDC已經(jīng)成為電力系統(tǒng)主要電力負荷之一，2022年IDC總用電量達2700億千瓦時，已占社會總用電量的3%，并呈現(xiàn)逐年增加的趨勢。
數(shù)據(jù)中心作為一種體量龐大、增長迅猛的新興負荷，如何挖掘其可調(diào)節(jié)能力，對于支撐未來新型電力系統(tǒng)的發(fā)展非常有意義。通過對IDC負荷進行動態(tài)調(diào)節(jié)可以參與電力系統(tǒng)需求響應，文獻[7]提出計及IDC負荷優(yōu)化運行的電網(wǎng)規(guī)劃與運行方法，以及時空耦合需求響應定價與聚合方法，實現(xiàn)IDC負荷按系統(tǒng)需求調(diào)整用電行為的目標。文獻[8]分析了IDC電力負荷在時間靈活性、空間靈活性和多能轉(zhuǎn)換靈活性方面的潛力。文獻[9]在考慮未來云服務任務不確定性的基礎上，利用基于場景的隨機優(yōu)化方法將工作負載分配給不同時區(qū)的IDC，研究了單個IDC的最優(yōu)需求響應能力。
為保證可靠供電，IDC需要配置不間斷電源系統(tǒng)(uninterruptible power supply, UPS)，UPS含容量可觀的電池系統(tǒng)，但電池僅僅在少數(shù)的停電時段放電運行，大部分時間為閑置和冗余狀態(tài)。在保證備電功能的前提下，挖掘UPS的儲能功能，參與電力系統(tǒng)調(diào)峰、調(diào)頻、需求響應等，可以提高UPS的資產(chǎn)利用率，以較少的邊際成本實現(xiàn)新型電力系統(tǒng)的靈活性調(diào)節(jié)。
IDC中增加儲能功能的技術途徑可以包括常規(guī)UPS電池增容、獨立儲能系統(tǒng)和PCS/UPS融合三種方式。其中，常規(guī)UPS電池增容方式根據(jù)電網(wǎng)電價和自身負荷情況單方向調(diào)節(jié)，靈活性較差。獨立儲能系統(tǒng)方案與常規(guī)的用戶側(cè)儲能電站基本無異，由于要單獨配置儲能及其接入系統(tǒng)，成本較高，投資收益性難以保證。PCS/UPS融合技術集成方案的結(jié)構較為復雜，對現(xiàn)有IDC的設計與建設方案改動大。
基于此，本工作從挖掘數(shù)據(jù)中心UPS電池系統(tǒng)的儲能功能的思路出發(fā)，基于已有的在線雙變換式UPS系統(tǒng)結(jié)構，不對其做出本質(zhì)改動，提出EUPS的交流和直流兩種實現(xiàn)架構。然后，圍繞實現(xiàn)EUPS系統(tǒng)的備電與儲能控制功能的實現(xiàn)，本工作進一步提出EUPS多種儲能應用功能的控制策略，以及EUPS參與電網(wǎng)多場景調(diào)節(jié)的協(xié)調(diào)控制策略，實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心UPS“備電+儲能”功能，并基于示范系統(tǒng)驗證了該技術架構和控制策略的有效性。視，需在基礎設施建設、支持政策等多方面持續(xù)發(fā)力，進一步確保新能源“立得穩(wěn)、靠得住”。
1、儲能型不間斷電源系統(tǒng)架構
數(shù)據(jù)中心的UPS一般采用在線雙變換式結(jié)構，根據(jù)負荷供電制式可以分為交流型和直流型，配置高功率鉛酸電池，電池容量滿足特定的備電時長需求，電池系統(tǒng)在運行中長期處于浮充狀態(tài)。為了充分挖掘UPS的儲能功能，本工作在此基礎上，提出EUPS交流架構和EUPS直流架構，其實現(xiàn)的基本思路以目前的在線雙變換式結(jié)構UPS為基礎。這種方式對常規(guī)UPS的系統(tǒng)架構不進行本質(zhì)調(diào)整，而是對UPS網(wǎng)側(cè)變流器進行功能升級、使其輸出直流電壓值可在線調(diào)節(jié)，實現(xiàn)網(wǎng)側(cè)能量雙向流動。根據(jù)備電和儲能的時長需求，可靈活配置電池系統(tǒng)的容量，隨著鋰電池系統(tǒng)安全性能的提升，也可以應用于EUPS系統(tǒng)。在該架構下，EUPS實質(zhì)上是與常規(guī)儲能系統(tǒng)共用變流控制和管理設備的，所以增加的邊際成本相對較小，而且不會降低ICT負荷的供電可靠性。另外，由于數(shù)據(jù)中心供電的冗余性較大，通過該EUPS架構可有效盤活電池系統(tǒng)資源，是一種低成本的儲能系統(tǒng)方案。
1.1 EUPS交流架構
EUPS交流系統(tǒng)架構如圖1所示，包括UPS交流輸入側(cè)雙向AC/DC變流器、單相DC/AC逆變器EUPS交流輸出至服務器負荷之間的AC/DC和DC/DC變流器以及電池系統(tǒng)。
圖1 EUPS交流架構
圖1中的EUPS交流架構通過調(diào)整網(wǎng)側(cè)變流器，使其具有雙向能量流動、直流側(cè)電壓可調(diào)的能力。通過控制網(wǎng)側(cè)變流器的直流電壓輸出值，可以控制服務器負荷的能量來自市電或電池系統(tǒng)，進而實現(xiàn)負荷用電的峰谷調(diào)節(jié)。通過控制網(wǎng)側(cè)變流器的功率輸出，可以實現(xiàn)參與電網(wǎng)調(diào)頻、調(diào)壓、需求響應等儲能功能。
在該架構下，EUPS具備了“備電＋儲能”功能，一方面EUPS的供電可靠性與常規(guī)UPS相同，而通過對電池系統(tǒng)設置最小荷電狀態(tài)(state of charge, SOC)可以滿足市電故障時負荷的持續(xù)工作時間；另一方面，電池系統(tǒng)多余的電量，又可稱為儲能型UPS的可調(diào)度容量，可以通過EUPS網(wǎng)側(cè)變流器的控制，發(fā)揮儲能功能，如一次調(diào)頻、AGC/AVC和峰谷調(diào)節(jié)等。
數(shù)據(jù)中心負荷的功耗影響了儲能型UPS的可調(diào)度容量，數(shù)據(jù)中心負荷的功耗越大，儲能型UPS的可調(diào)度容量越小。結(jié)合提出的儲能型UPS交流架構，數(shù)據(jù)中心負荷在0~t時段內(nèi)的功耗模型為：
式中，Ploh為數(shù)據(jù)中心負荷的功耗，Pload表示t時刻的數(shù)據(jù)中心負荷功率，η1和η2分別為負荷與儲能型UPS交流輸出端的DC/DC和AC/DC變換器的轉(zhuǎn)換效率，η3為鋰電池與UPS交流輸出之間的DC/AC變換器的轉(zhuǎn)換效率。
此時，儲能型UPS的可調(diào)度容量可表示為：
式中，Qdis為儲能型UPS可調(diào)度容量，Qlis為鋰電池的可用容量。
1.2 EUPS直流架構
EUPS直流系統(tǒng)架構如圖2所示，包括雙向網(wǎng)側(cè)AC/DC變換器、全橋整流AC/DC變換器、鋰電池系統(tǒng)，以及UPS直流輸出至服務器的DC/DC變換器。
圖2 EUPS直流系統(tǒng)架構
圖2中的EUPS直流架構通過調(diào)整網(wǎng)側(cè)雙向變流器，實現(xiàn)鋰電池系統(tǒng)的充放電和服務器負荷的供電控制。EUPS直流系統(tǒng)架構同樣通過控制網(wǎng)側(cè)變流器的功率雙向流動，在保證備電功能的前提下，實現(xiàn)EUPS參與電網(wǎng)的一次調(diào)頻、AGC/AVC等儲能功能。
1.3 EUPS控制架構
EUPS的控制采用電流內(nèi)環(huán)和功率外環(huán)相結(jié)合的雙環(huán)控制方式，如圖3所示。首先功率外環(huán)依據(jù)電網(wǎng)頻率f，電價信息Pprice及峰谷調(diào)節(jié)功率PPRI，AGC調(diào)節(jié)的有功功率指令值PAGC和AVC調(diào)節(jié)的無功功率指令值Qref等，通過調(diào)節(jié)控制器執(zhí)行相應的控制策略，從而產(chǎn)生外環(huán)的有功功率和無功功率參考值Pref、Qref。將參考值Pref、Qref與實際值作比較，經(jīng)過PI控制器產(chǎn)生內(nèi)環(huán)電流參考值Idref和Iqref，然后與內(nèi)環(huán)電流實際值Id和Iq比較，經(jīng)PI控制器、dq反變換及空間矢量調(diào)制，生成控制EUPS網(wǎng)側(cè)AC/DC變換器開關管的PWM信號，實現(xiàn)EUPS的控制。
圖3 EUPS控制架構圖
2、EUPS的儲能控制策略
2.1 EUPS一次調(diào)頻策略
EUPS的一次調(diào)頻可充分發(fā)揮EUPS響應速度快、可精確控制優(yōu)勢。EUPS一次調(diào)頻采用虛擬慣性控制和下垂控制結(jié)合的控制方式，控制策略如圖4所示。
圖4 EUPS一次調(diào)頻控制策略
如圖4所示，EUPS的一次調(diào)頻控制策略主要包含以下環(huán)節(jié)：①當檢測到電網(wǎng)頻率變化后，通過微分控制器得到頻率變化率，將頻率變化率乘以增益系數(shù)KD，得到功率差值P1；②同時將檢測到的電網(wǎng)頻率與額定頻率fN比較，求出頻率偏差，根據(jù)設定的下垂曲線特性和增益系數(shù)Kx，得到功率差值P2；③將以上兩個環(huán)節(jié)的功率差值求和PFRE=P1+P2；④將PFRE作為功率指令下發(fā)到EUPS，在電池系統(tǒng)的SOC滿足備電需求前提下，實現(xiàn)功率輸出和一次調(diào)頻功能。一次調(diào)頻功能的控制方程為：
2.2 EUPS的AGC/AVC策略
EUPS的AGC/AVC調(diào)節(jié)是根據(jù)調(diào)度下發(fā)AGC或AVC功率指令到調(diào)節(jié)控制器，調(diào)節(jié)控制器接收到功率指令后，判斷EUPS的電池是否滿足備電需求、以及是否大于可參與AGC和AVC的可調(diào)節(jié)容量，如同時滿足備電需求和不大于可調(diào)節(jié)容量，此時調(diào)節(jié)控制器下發(fā)控制指令，通過控制EUPS網(wǎng)側(cè)變流器的直流電壓實現(xiàn)AGC/AVC調(diào)節(jié)。如不滿足EUPS電池的備電需求或大于可調(diào)節(jié)容量，則調(diào)節(jié)控制器不下發(fā)控制指令到EUPS，EUPS不參與AGC/AVC調(diào)節(jié)。同時，考慮到儲能的AVC無功調(diào)節(jié)屬從屬場景，故在計算其可用無功裕度Qavl時，應首先考慮主應用場景調(diào)節(jié)的有功功率需求Pr，每時刻的可用無功裕度約束為：
式中，Spcs為儲能變流器的額定容量?？紤]到變流器無功容量限制，最終下達給EUPS的無功指令Qref為：
式中，QB(t)為分析計算所得的儲能期望無功出力。
2.3 EUPS的峰谷調(diào)節(jié)策略
峰谷調(diào)節(jié)是根據(jù)用電電價的變化，控制負荷的用電或儲能的充放電行為，從而降低用電成本的一種方法。本工作提出EUPS的峰谷調(diào)節(jié)控制策略，根據(jù)峰-平-谷電價或?qū)崟r電價信息，調(diào)節(jié)EUPS網(wǎng)側(cè)變流器的直流輸出電壓值，控制ICT負荷的用電電量來自市電或電池系統(tǒng)，從而實現(xiàn)用電的峰谷調(diào)節(jié)。
當電價處于低谷時段，電網(wǎng)為負荷提供電能的同時給EUPS的電池系統(tǒng)充電，直至電池系統(tǒng)的SOC達到上限值，不再對電池充電，從而實現(xiàn)低谷時段充電。當電價處于平時段，EUPS網(wǎng)側(cè)變流器直接給負荷供電，電池系統(tǒng)一般處于浮充狀態(tài)或小電流補電狀態(tài)。當電價處于高峰時段，首先判斷EUPS是否滿足系統(tǒng)備電時長需求，如滿足備電時長需求，EUPS網(wǎng)側(cè)變流器通過調(diào)節(jié)直流輸出電壓低于電池系統(tǒng)電壓，從而由電池系統(tǒng)通過負荷側(cè)逆變器為負荷供電。
在以上控制過程中，基本的前提是電池系統(tǒng)的SOC應滿足備電時長需求，如不滿足，則EUPS網(wǎng)側(cè)變流器在任何電價下都應首先給電池系統(tǒng)充電，以盡快恢復EUPS的備電功能。
各電價時段內(nèi)EUPS的充放電模型可表示為：
其中，PPRI為EUPS網(wǎng)側(cè)變流器的充放電功率，a為某時刻的實際電價，avalley為谷時電價，acom為平段電價，apeak為峰段電價，Pbat為EUPS最大充電功率，Pload為不間斷負荷功率。
2.4 EUPS參與電網(wǎng)多場景調(diào)節(jié)協(xié)調(diào)控制策略
由于EUPS具備常規(guī)儲能系統(tǒng)響應快速、控制靈活的優(yōu)勢，可以同時參與電網(wǎng)的多場景調(diào)節(jié)，以獲取更大的運行效益，本工作提出EUPS同時參與電網(wǎng)多場景調(diào)節(jié)的協(xié)調(diào)控制策略，如圖5所示。
圖5 EUPS多場景電網(wǎng)調(diào)節(jié)的協(xié)調(diào)控制策略
由圖5所示，當EUPS接收到同時需要參與一次調(diào)頻、AGC/AVC和峰谷調(diào)節(jié)指令時，首先判斷是否滿足UPS的備電需求，數(shù)據(jù)中心EUPS備電功能是指EUPS留有一定時間的備電容量，避免因為市電中斷后備電時長不夠?qū)е仑摵晒╇姇r間不足問題，保證負荷供電可靠性。EUPS的備電容量是通過設置電池系統(tǒng)SOC下限值實現(xiàn)的，如不滿足數(shù)據(jù)中心備電功能，則不參與電網(wǎng)調(diào)節(jié)。如滿足備電所設定的電池系統(tǒng)SOC和備電時長需求，EUPS將參與多場景電網(wǎng)調(diào)節(jié)。然后由一次調(diào)頻控制策略、AGC/AVC和峰谷調(diào)節(jié)控制策略確定需要EUPS參與調(diào)節(jié)量PFRE、PAGC、PPRI和Qval；再判斷PFRE、PAGC、PPRI指令是否為同一方向，如同為電池充電指令或同為放電指令，則將有功功率指令疊加下發(fā)到調(diào)節(jié)控制器；如出現(xiàn)矛盾指令，指令的方向相反，或者指令值超過EUPS功率限額時，則通過優(yōu)先級約束不同指令執(zhí)行的先后順序。
按照儲能參與電力系統(tǒng)運行的安全穩(wěn)定與經(jīng)濟高效的邏輯，優(yōu)先級設定的順序為：①一次調(diào)頻；②AGC；③峰谷調(diào)節(jié)。按照優(yōu)先級順序下發(fā)指令到調(diào)節(jié)控制器；系統(tǒng)接收到無功調(diào)節(jié)指令時，即AVC，在確定Qval時，需滿足功率三角形約束，即：圖片。同時設定的優(yōu)先級指令之間是互鎖關系，如根據(jù)優(yōu)先級順序執(zhí)行指令①，其他指令將被鎖住，不再被執(zhí)行。同理如按照優(yōu)先級順序執(zhí)行其他指令，剩余的指令將被鎖住，不會再執(zhí)行。
3、實驗及結(jié)果分析
3.1 示范系統(tǒng)
基于上述研究，本工作建立了EUPS示范系統(tǒng)，驗證提出的EUPS系統(tǒng)架構及控制技術。EUPS示范現(xiàn)場如圖6所示，EUPS示范系統(tǒng)包含電池系統(tǒng)和控制系統(tǒng)。其中，控制系統(tǒng)中額定功率為150 kVA的EUPS設備是基于本工作提出的EUPS交流架構研發(fā)的，采用模塊并聯(lián)技術、EUPS網(wǎng)側(cè)變流器由3個50 kVA變流器模塊并聯(lián)組成、負荷側(cè)變流器由3個50 kVA變流器模塊并聯(lián)組成，EUPS網(wǎng)側(cè)AC/DC變換器的交流側(cè)額定電壓為380 V、直流側(cè)電壓變化范圍為600～900 V。控制系統(tǒng)中選用倍福PLC工控機作為調(diào)節(jié)控制器，并配置顯示屏。調(diào)節(jié)控制器對上實現(xiàn)與電網(wǎng)調(diào)度的通信，對下采用EtherCat協(xié)議實現(xiàn)與EUPS系統(tǒng)的通信和控制；同時通過modulbus TCP協(xié)議實現(xiàn)與電池管理系統(tǒng)通信，完成單體電池信息的直接采集。EUPS系統(tǒng)的變流器部分通過RS485協(xié)議實現(xiàn)與EUPS電池系統(tǒng)的通信和控制，EUPS設備配置容量為115 kWh的磷酸鐵鋰電池系統(tǒng)，電池單體容量為40 Ah，電池采用3簇并聯(lián)，簇電壓為716.8 V，支持0.25 C～2 C的功率實驗。
圖6 EUPS參與電網(wǎng)調(diào)節(jié)示范現(xiàn)場(左邊集裝箱為控制系統(tǒng)，右邊集裝箱為電池系統(tǒng))
3.2 結(jié)果與分析
3.2.1 一次調(diào)頻實驗
預先編制電網(wǎng)頻率模擬表，設置實驗負荷為30 kVA。當控制系統(tǒng)檢測到電網(wǎng)頻率發(fā)生變化并超出頻率調(diào)節(jié)死區(qū)時，執(zhí)行一次調(diào)頻策略，按照圖4計算功率PFRE并將PFRE指令下發(fā)到EUPS，實現(xiàn)電網(wǎng)頻率的快速調(diào)節(jié)。電網(wǎng)頻率模擬變化曲線如圖7所示，圖8為系統(tǒng)網(wǎng)側(cè)有功功率跟隨曲線。
圖7 預先編制的電網(wǎng)頻率變化曲線
圖8 一次調(diào)頻網(wǎng)側(cè)有功功率跟隨曲線
對比圖7和8可知，EUPS可及時響應電網(wǎng)的頻率變化。當電網(wǎng)頻率高于額定頻率時，EUPS通過充電的方式降低電網(wǎng)頻率。如圖7所示，在120 s之前出現(xiàn)了多段電網(wǎng)頻率高于額定頻率的情況，對應圖8可以清晰看出，網(wǎng)側(cè)變流器的有功功率輸出一方面保證30 kVA負荷供電，另一方面給電池系統(tǒng)充電，以響應電網(wǎng)頻率的變化；同樣如圖7所示，在130 s之后出現(xiàn)多段電網(wǎng)頻率低于額定頻率的情況，對應圖8可清晰看出，網(wǎng)側(cè)變流器的有功功率輸出多次響應電網(wǎng)頻率變化，此時電池系統(tǒng)放電，實現(xiàn)了參與電網(wǎng)頻率調(diào)節(jié)的目的。
3.2.2 AGC調(diào)節(jié)實驗
通過上位機模擬調(diào)度，向PLC控制器下達有功功率調(diào)節(jié)指令，PLC控制器接收到上位機指令后將有功調(diào)節(jié)指令下發(fā)到EUPS。上位機下發(fā)的功率指令依次為：-30 kW，+15 kW，-30 kW，-60 kW，-30 kW。EUPS參與AGC實驗結(jié)果如圖9和10所示。
圖9 AGC有功功率跟隨曲線
圖10 AGC電流曲線
圖9為EUPS參與AGC調(diào)節(jié)過程中網(wǎng)側(cè)有功功率與下發(fā)的AGC調(diào)節(jié)指令之間的跟隨關系，分析可知，網(wǎng)側(cè)變流器的有功功率響應AGC功率指令快速且及時；圖10為EUPS AGC調(diào)節(jié)過程中網(wǎng)側(cè)電流和電池系統(tǒng)電流的變化曲線。
3.2.3 AVC調(diào)節(jié)實驗
EUPS參與AVC調(diào)節(jié)實驗與EUPS參與AGC調(diào)節(jié)實驗原理相同，利用上位機模擬調(diào)度，向PLC下達無功功率調(diào)節(jié)指令，PLC調(diào)節(jié)控制器接收到無功調(diào)節(jié)指令后將指令下發(fā)到EUPS，測試無功功率的指令響應情況。上位機下發(fā)AVC無功功率指令依次為：0 kVar、-45 kVar、0 kVar、+45 kVar、0 kVar，實驗結(jié)果如圖11和12所示。
圖11 AVC無功功率跟隨曲線
圖12 AVC電流曲線
圖11為EUPS參與AVC調(diào)節(jié)過程中網(wǎng)側(cè)無功功率與下發(fā)的AVC調(diào)節(jié)指令之間的跟隨關系，分析可知，網(wǎng)側(cè)變流器的無功功率響應AVC無功指令快速及時；圖12為EUPS AVC調(diào)節(jié)過程中電池電流和網(wǎng)側(cè)電流變化曲線。
3.2.4 峰谷調(diào)節(jié)實驗
實驗中EUPS的峰谷調(diào)節(jié)是由PLC調(diào)節(jié)控制器根據(jù)分時電價引導，控制EUPS充放電實現(xiàn)的。實驗以一分鐘模擬實際一小時，即24分鐘模擬一天完整的峰谷調(diào)節(jié)過程。實驗過程中，基于示范實際情況，電價選取廣東省粵北區(qū)電價。詳細的電價信息如表1所示，該電價全天高峰時段共計7小時，平時段共計9小時，低谷時段共計8小時?；陔妰r信息，PLC調(diào)節(jié)控制器給EUPS下發(fā)控制指令，下發(fā)的功率指令如表1所示，峰谷調(diào)節(jié)的實驗結(jié)果如圖13和14所示。
表1 電價和功率指令信息
圖13 峰谷調(diào)節(jié)有功功率跟隨曲線
圖14 峰谷調(diào)節(jié)電流曲線
圖13為EUPS參與峰谷調(diào)節(jié)過程中網(wǎng)側(cè)有功功率與調(diào)節(jié)指令之間的跟隨關系，從圖13可知網(wǎng)側(cè)有功功率對調(diào)節(jié)控制器下發(fā)的峰谷調(diào)節(jié)指令快速響應；同時可以看出，當電價處于谷時段(0～480 s時段內(nèi))，PLC下發(fā)功率指令為-60 kW，此時由電網(wǎng)為30 kVA負荷供電，并以30 kW功率給EUPS充電；當電價處于平時段(480～600 s、720～840 s和1140～1400 s時段內(nèi))，PLC下達功率指令為-30 kW，此時由電網(wǎng)給負荷供電，EUPS處于不充不放狀態(tài)；當電價處于峰時段(600～720 s時段內(nèi)和840～1140 s時段內(nèi))，PLC下達功率指令為0 kW，此時EUPS放電給負荷供電。圖14為EUPS參與峰谷調(diào)節(jié)過程中網(wǎng)側(cè)電流和電池電流的變化，可以發(fā)現(xiàn)在電價峰值時段，PLC下發(fā)到網(wǎng)側(cè)功率指令為0 kW，而圖中網(wǎng)側(cè)電流并不為0，這是因為網(wǎng)側(cè)存在無功功率電流。
3.2.5 多場景電網(wǎng)調(diào)節(jié)仿真驗證
EUPS參與電網(wǎng)多場景調(diào)節(jié)的仿真實驗場景構造系統(tǒng)正常運行，負荷為30 kVA。需要EUPS同時參與一次調(diào)頻、AGC、峰谷調(diào)節(jié)和AVC多場景的電網(wǎng)調(diào)節(jié)，各功能的下發(fā)功率指令如圖15所示。根據(jù)本工作所提的協(xié)調(diào)控制策略，網(wǎng)側(cè)和電池的實際有功功率如圖16所示，網(wǎng)側(cè)與電池側(cè)電流如圖17所示。
圖15 多場景下功率指令曲線
圖16 多場景下網(wǎng)側(cè)和電池側(cè)有功功率
圖17 多場景下網(wǎng)側(cè)與電池側(cè)電流
對比圖15、16可知，本工作提出的EUPS參與電網(wǎng)多場景調(diào)節(jié)的協(xié)調(diào)控制策略有效解決EUPS在參與電網(wǎng)多場景調(diào)節(jié)時的協(xié)調(diào)控制問題。在圖15中18～30 s時段內(nèi)，多場景功率調(diào)節(jié)指令出現(xiàn)矛盾、相反的情況，此時一次調(diào)頻功率指令為-34.2 kW、AGC調(diào)節(jié)指令為15 kW、峰谷調(diào)節(jié)功率指令為-30 kW。此時對應圖16中的結(jié)果表明該時段內(nèi)只是按照設定的優(yōu)先級順序執(zhí)行一次調(diào)頻策略，其他調(diào)節(jié)指令被鎖住，并未執(zhí)行。分析可知：網(wǎng)側(cè)有功功率為-34.2 kW，其中30 kW為負荷供電，另外4.2 kW給電池充電。在圖15中140～185 s時段內(nèi)，PLC下發(fā)的調(diào)節(jié)指令之間并未出現(xiàn)矛盾的情況，此時一次調(diào)頻功率指令為0 kW，AGC調(diào)節(jié)功率指令為-60 kW，峰谷調(diào)節(jié)功率指令為-60 kW，對應圖16中結(jié)果表明該時段各功率指令按照本工作所提的協(xié)調(diào)控制策略被疊加后執(zhí)行。通過分析可知：EUPS網(wǎng)側(cè)接收到的功率指令為-60 kW，其中30 kW給負荷供電，剩余的30 kW給電池充電。
4、結(jié) 論
本工作基于數(shù)據(jù)中心常規(guī)不間斷電源系統(tǒng)UPS的供電模式，提出儲能型不間斷電源系統(tǒng)EUPS系統(tǒng)典型架構，以及“備電+儲能”控制方法及參與電網(wǎng)多場景調(diào)節(jié)的控制策略，為數(shù)據(jù)中心閑置資源盤活、儲能發(fā)展提供了新思路和新方法。本工作的主要結(jié)論如下：
（1）提出的EUPS交流供電架構和直流供電架構盤活了數(shù)據(jù)中心閑置的電池資源，且不影響數(shù)據(jù)中心原有供電可靠性。
（2）基于提出的EUPS架構，在控制策略上以備電需求為強約束，通過調(diào)節(jié)網(wǎng)側(cè)變流器，實現(xiàn)EUPS的一次調(diào)頻、AGC/AVC和峰谷調(diào)節(jié)等儲能功能。
（3）所提出的EUPS參與多場景電網(wǎng)調(diào)節(jié)的協(xié)調(diào)控制策略，可以有效解決電網(wǎng)對儲能的并發(fā)需求，實現(xiàn)對電網(wǎng)的高效、主動支撐。
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