中國儲能網訊：2019年3月16日，中國化學與物理電源行業(yè)協(xié)會儲能應用分會與全國微電網與分布式電源并網標準化技術委員會、中國科學院電工研究所儲能技術組、科華恒盛股份有限公司四家單位聯(lián)合主辦的“首屆全國儲能技術與綜合能源服務高層研討會”在福建廈門宸洲洲際酒店召開，來自電力公司、電科院、設計院、系統(tǒng)集成商、地方經信委、投資機構等230余人參加了本次會議。
本次研討會旨在推動儲能與綜合能源系統(tǒng)多環(huán)節(jié)技術與商業(yè)模式創(chuàng)新，持續(xù)提升客戶需求響應能力與業(yè)務整體盈利能力。
會議期間，國網電力科學研究院產業(yè)研究中心高級研究員陳遺志分享了主旨報告《光儲微電網靈活高效自主運行關鍵技術與裝備》，以下為報告原文：
陳遺志：各位領導，各位專家，大家好！我主要針對南瑞近期在光儲微電網的科研成果給大家做一個簡單匯報。
我的報告主要分幾部分，第一是面臨的背景和挑戰(zhàn)。分布式的光伏發(fā)展比較迅猛，已經超過集中式的光伏，特別是江蘇和安徽目前有一些地區(qū)，電網已經面臨著光伏的消納極限。
國家在《推進并網型微電網建設試行辦法》里面對規(guī)模、新能源占比、自治水平以及并網雙向互動能力提出了一系列要求，這是一個宏觀政策方面。南瑞課題組主要承擔2014年國家的863科技項目，題目叫做《光伏微電網核心設備與控制系統(tǒng)研制》，主要包括以下幾個關鍵技術：
第一，虛擬同步機特性的光伏逆變技術研究；第二，大功率自同步電壓源逆變器多機并聯(lián)技術；第三，光伏/儲能智能高效充電技術；第四，微電網能量管理與綜合控制技術。需要研制幾個核心裝備，一，500kW虛擬同步機光伏逆變器；二、500kVA自同步電壓源逆變器；三、500kW光伏+儲能充電控制器；四、能量管理與綜合控制系統(tǒng)。最后要實現(xiàn)一個示范工程，中新天津生態(tài)城中央大道光伏微電網工程示范。
分布式光伏虛擬同步機：由虛擬同步光伏逆變器與慣性儲能單元組成，根據系統(tǒng)電壓、頻率變化，模擬同步發(fā)電機一次調頻和勵磁控制機制，實現(xiàn)微電網的自動有功調頻、無功調壓以及阻尼系統(tǒng)功率振蕩。儲能是通過DC/DC環(huán)節(jié)，和光伏并聯(lián)起來以后，再通過DCAC送給電網。
核心技術，基于虛擬轉子勵磁特性和定子阻抗的并聯(lián)動態(tài)無功分配技術。一，分布式阻抗特性及逆變器輸出特性對無功動態(tài)分配的影響，分析一個現(xiàn)狀，最后得出的結論，阻抗特性和輸出特性對無功分配的影響： （1） 阻抗無論是感性、阻性或阻感性只要呈容量的反比，則控制逆變器輸出電壓相同，不需下垂控制，無功可按容量精確分配； （2） 采用傳統(tǒng)下垂控制，無功的分配與阻抗值有關，且無功的控制與阻抗呈耦合關系，阻抗任意但呈感性時，無功不按比例分配。
這個問題我們后面怎么樣的實現(xiàn)，首先要實現(xiàn)一個解耦，實現(xiàn)微源的輸出功率與耦合性分析。把里面的無功和有功耦合問題，通過目前兩輸入兩輸出的耦合系統(tǒng)變換為2個單輸入單輸出的獨立系統(tǒng)，首先就是解耦。由仿真結果可以得出，線路呈感性時，有功與無功耦合比較弱，它的控制策略可提高功率分配精度；線路呈阻性時，有功與無功耦合強，控制變量匹配性差，通過我們研制的前饋解耦控制可使控制失敗的功率變得可控。
虛擬慣量頻率響應和一次調頻快速性要求的光伏虛擬同步機可靠性鎖相環(huán)技術，提出雙二次廣義積分的正負序分離及鎖相技術，應對零電壓穿越中所出現(xiàn)的電壓對稱/不對稱跌落時，實現(xiàn)對微電網電壓相位的快速檢測、跟蹤。提出了基于PV工作點觀測的母線電壓控制，保證了在兼顧慣量響應穩(wěn)定性與調頻快速性前提下的光伏MPP跟蹤效率。
再一個是研究它的逆變器的故障穿越過程，開展了故障穿越技術研究。在故障穿越過程中，要求虛擬同步機能夠更好地支撐電壓。當系統(tǒng)發(fā)生三相非對稱跌落時，為提高三相電壓的對稱度，提出了基于陷波器的故障穿越方案，右下圖就是它的陷波器的數據。
另外，做了一個前饋的補償環(huán)節(jié)，為減輕控制環(huán)節(jié)所引起的電網電壓前饋分量相位滯后，提出了前饋分量中引入超前相位補償環(huán)節(jié)。當電壓跌落時，補償之后的電壓檢測速度加快，提高了控制系統(tǒng)魯棒性，降低了系統(tǒng)震蕩幾率。右邊的圖就是補償之后時間的曲線，可以看到有一定的提前量。
這是現(xiàn)場的應用圖，這個是張北國家風光儲光伏虛擬同步機，實現(xiàn)了500千瓦的虛擬同步機光伏逆變器的第三方檢測以及現(xiàn)場測試，實現(xiàn)了它的首臺首套示范應用。
下面講自同步電壓源逆變器，剛才用光伏逆變器，這個主要用在儲能上面，由電壓源逆變器與大容量儲能單元組成，是微電網離網運行時的組網主電源。離網時支撐微電網電壓、頻率穩(wěn)定；實現(xiàn)微電網的并離網切換等功能。下面幾個難題我們會分別介紹一下，就是說它實現(xiàn)了這些功能。
存在的難題：1.并離網“無縫切換”；2分布式多機對等并聯(lián)下功率動態(tài)均分技術；3.抗沖擊性負載擾動的魯棒控制技術；4.負荷不平衡控制技術。
基于同步發(fā)電機調速勵磁工作原理，在逆變器控制中引入虛擬功頻調節(jié)器和虛擬勵磁調節(jié)器，實現(xiàn)轉動慣量虛擬，以及近似AVR和AFR的一次調頻調壓功能，解決微電網并離網兩種運行模式下控制模型的統(tǒng)一問題。
并聯(lián)技術，有互聯(lián)線并聯(lián)技術，主從控制，對等控制和3C控制，無互聯(lián)線并聯(lián)技術主要是下垂控制。
環(huán)流分析，介紹一下環(huán)流的產生原因，主要模塊間輸出電壓矢量差以及線路寄生阻抗的差異，都會導致并聯(lián)系統(tǒng)間產生環(huán)流。我們采用單機控制環(huán)，外環(huán)再增加虛擬阻抗控制環(huán)實現(xiàn)對環(huán)流的抑制。下角是多機并聯(lián)現(xiàn)場波形，紅色是電流，綠色是電壓，這個地方在并聯(lián)過程中，電壓基本上沒有突變，電流是增加的。
離網實驗中，電壓源逆變器雙機并聯(lián)的穩(wěn)態(tài)與動態(tài)均流系數均能很好地滿足任務要求。就是說靜態(tài)的并流系數是大于98%，動態(tài)并流系數是大于90%，這個就是完成500kVA自同步電壓源逆變器廠內測試及第三方檢測，右邊就是第三方測試報告。
下面主要是講后面后臺的監(jiān)控和管理系統(tǒng)。這是我們研制的全套系統(tǒng)管理，主要從高端的調度管理層，主要是分布式電源接入控制系統(tǒng)，中間協(xié)調控制層，能量管理系統(tǒng)、微網運行控制器以及站域網站域穩(wěn)定控制裝置。下端的就地控制層主要是微網并網保護控制裝置、區(qū)域保護控制裝置、微網負荷控制裝置。
從功能上來說，底下是硬件平臺，中間是操作系統(tǒng)，然后是操作系統(tǒng)上的支撐應用軟件，后臺是高級應用。這里面是高級應用的主要功能，第一是發(fā)電和用電的預測；第二是黑啟動控制；第三實現(xiàn)了并離網的切換。同步電壓源在實現(xiàn)并離網切換過程中，能夠實現(xiàn)頻率穩(wěn)定平滑的自動控制功能。下面離網的能量調動和自動電壓的控制，以及調度交換功率控制，分布電源平滑出力控制，調度交換功率緊急控制，還有配網聯(lián)合調度。
上面能量管理系統(tǒng)，中間微網控制器，對分布式電源、儲能、負荷和保護測控實現(xiàn)統(tǒng)一管理。里面就是幾個運行模式和運行狀態(tài)，并網、離網和故障檢修，模式之間有切換。 里面對應的關鍵設備，一個是微電網運行控制器，下面是微電網的站域穩(wěn)定控制裝置，微電網并網點的保護控制裝置，微電網的區(qū)域保護控制裝置，以及微電網的饋線控制裝置。
我們講一下天津的示范工程，天津的示范工程是在濱海新區(qū)里面，目前示范工程主要是分布式電源，主要實現(xiàn)并離網切換，以及剛才講的多機并聯(lián)的系統(tǒng)，再一個能電管理系統(tǒng)，主要調監(jiān)控和PC這塊。這就是濱海新區(qū)負荷圖。
這幾個是我們現(xiàn)場應用的逆變器的圖，第一500千瓦時的鐵鋰電池通過500KW自同步電壓源逆變器和光伏逆變器。第二它兩個兩分別獨立的，是不同的變壓器接上去的。第三個500千瓦逆變器，光伏逆變器和500千瓦的鉛碳，光伏、鋰電池合在一起。通過這三種不同的方式在現(xiàn)場做了一些實驗。
這是后臺管理系統(tǒng)，智能網關將變電站、微電網全部數據發(fā)送到調度系統(tǒng)，開展了聯(lián)絡線功率控制，實現(xiàn)了有功無功負荷沖擊試驗，沖擊實驗的一些結果可以看右邊的圖以及數據，實現(xiàn)了并離網切換。并離網切換非計劃比較難，實際上就是計劃比較簡單，目前非計劃情況下，過渡過程要不要平穩(wěn)，如果非計劃系統(tǒng)故障不知道什么時候會來一個故障，所以這個時候情況一定要處理好。
我們在離網運行工況下開展了二次調頻調壓、有功無功負荷沖擊試驗，離網轉并網運行工況下開展了自動同期并網試驗，逆變器實現(xiàn)了4到6臺的直接并聯(lián)，500千瓦。
簡單總結一下：課題組主要開展虛擬同步技術應用新能源以及微網方面研究，探索虛擬同步機、自同步電壓源關鍵技術在大聯(lián)網的應用前景，研制了500千瓦的虛擬同步機光伏逆變器，還有虛擬同步機不同步電壓源的逆變器。
基本結論：一、提出了基于d/q坐標系下P/Q動態(tài)解耦統(tǒng)一控制模型，實現(xiàn)了自同步電壓源逆變器在微電網并網/離網切換下的電壓、頻率穩(wěn)定控制。二、提出了基于多機并聯(lián)環(huán)流抑制技術，使得微電網具備優(yōu)異的可擴展能力，以及多微電網的互聯(lián)與集群運行能力。三、自同步電壓源逆變器與光伏虛擬同步機的協(xié)同控制技術，降低了微電網棄光的幾率，提升了系統(tǒng)運行經濟性。四、構建了以微源終端、站控系統(tǒng)到云端管理的新型三層架構，增強了穩(wěn)定控制、優(yōu)化調度、綜合保護以及運維管理的資源整合，有利于提升新能源的綜合利用效率。
這個匯報基本介紹到這里，另外我們近期在儲能站方面一些研究，我們在調度這塊基本上實現(xiàn)一些高級應用，比如儲能站實現(xiàn)一些有功的數據平滑，削峰填谷以及系統(tǒng)的調頻能力。我們在電網方面的研究比較多，我們希望儲能站對電網動態(tài)特性提供更好的支撐。我們希望電池充放電的速度實現(xiàn)更快一點，因為電網買一個東西，像常規(guī)發(fā)電機一樣，他肯定希望能到1.8倍到2倍的強力，也希望儲能電池實現(xiàn)4到6倍的充放電，逆變器希望你能實現(xiàn)按照國家標準1.1倍10分鐘，1.2倍幾秒鐘，如果說你對系統(tǒng)的貢獻，肯定希望1.2倍、1.5倍，甚至你最好能夠實現(xiàn)2倍的短時間。所以這些功率器件，甚至變壓器都能夠實現(xiàn)快速的擴展到1.5倍到2倍。我們希望功率對電網的貢獻比較大一點，而不是僅僅考削峰填谷，實際上對電網的安全性作用不是特別明顯。
第二個關于儲能站的安全問題，鋰電池本身的電解液的影響，目前沒有更好方式的情況下，還是要從系統(tǒng)角度考慮這個問題。第一個BMS，從電壓、電流、溫度這方面做一些檢測。第二個還有氣體、一氧化氮、甲烷、氫氣，氣體有一個泄露，我們希望這個氣體能夠做一個提前的預警。
說到儲能站，后面的BMS和PCM和EMS要實現(xiàn)快速的功率部署，里面通過PCS能夠實現(xiàn)電壓、電流快速的檢測，以及各種保護功能。后端的維護也比較重要，比如機器人巡檢等模式，但是這個受限于成本，這也是一個比較大問題。
基本上就這些，謝謝大家！
（本文內容根據錄音整理，未經演講人本人審核）
