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    中国电科院许守平:电池储能电站并网要求与质量监督的思考和探讨

    作者:中国储能网新闻中心 来源:中国储能网 发布时间:2021-06-10 浏览:
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    中国储能网讯:5月24日,由中国化学与物理电源行业协会主办,200余家机构共同支持的第十一届中国国际储能大会在杭州洲际酒店召开。此次大会主题是“坚守储能安全底线,推动产业创新发展”。来自行业主管机构、国内外驻华机构、科研单位、电网企业、发电企业、系统集成商、金融机构等不同领域的718家产业链企业,1952位嘉宾参加了本届大会,其中88家企业展示了储能产品。

    在5月26日上午的“储能电站运维与并网调度”专场,中国电力科学研究院有限公司储能与电工新技术研究所电池储能技术实验室许守平副主任分享了主题报告《电池储能电站并网要求与质量监督的思考和探讨》。经演讲人本人授权同意,小编整理了演讲速记,并将速记内容分享如下:

    许守平:各位同仁大家好!

    我来自中国电力科学研究院储能与电工新技术研究所。我们实验室是电池储能技术实验室,是国家电网的重点实验室,也是国家重点实验室中的一部分,主要做储能电池、电池管理系统、储能变流器和储能系统并网检测和认证等工作。

    我们所从2006年开始做储能,至今已经15年,刚开始做研发,这几年开始做储能关键设备和储能并网检测。今天,借着储能大会这个机会,给大家分享一下我们在并网过程中发现的一些问题。毕竟这个专场的主题是并网,我今天也听了很多报告,但并网上的问题不是很多。我的报告内容大都基于我们在并网现场发现的一些问题。这个报告只是代表我个人的观点,拿来与大家分享,可能存在一些不足之处。如果觉得对我们的设备、产业有帮助,请思考;如果觉得观点有些问题,我们可以在会后进行探讨。

    我的报告大概分为五个部分:背景、现在储能并网的要求及现状、并网中存在的问题、并网应对建议,最后是对我们实验室的介绍。

    储能的背景这几天已经讲了太多了,最受关注的还是“双碳”目标,中央提出的“30.60”的愿景。这次大会很多专家都在说这个事。我们这里不讲太多。但要注意,电力领域的碳排放占据中国整个碳排放总量的40%以上,所以要实现两碳目标,电力碳中和是我国碳排放降低的一个重要的环节,也是避免不了的环节。所以基于此,国家电网公司最早提出落实“双碳”目标的实施路径和行动方案,源网荷储各环节共同发力,主要体现在两个方面:能源供给侧、能源消费侧,这两个方面,储能都发挥了很重要的作用。

    基于储能在能源互联网中的核心作用,在电力系统中,储能涵盖源网荷储各个环节,国家政策也在支持储能的发展。就在昨天晚上(注5月25日)微信上有一个新的推送,国家出了一个新的文件,要把储能纳入到电价机制当中去。从这个形势发展看,政策出的越来越多,储能发展的也越来越快,技术越来越成熟,储能的前景广阔。但随着储能的大力发展,规模和容量越来越大,最后都要接到电力系统中去,都要和大电网进行互通,那么这个大规模的储能,它对电网到底有什么影响,电网要应对这么多的储能并网要准备什么?怎么接纳储能?这就是我们今天要讨论的。

    我们都知道储能有很多特点,比如时间转移、空间转移、快速吞吐、保留备用、零存整取、整存零取等等,基本可以应用在电力系统源网荷的各个部分,发挥像平滑新能源波动、削峰填谷、光储充等作用。

    储能的发展趋势前边的专家也讲了很多。抽蓄仍旧占据储能市场的大部分份额。我们不过多讲抽蓄。毕竟抽蓄体量很大,受到的条件限制比较多。所以从目前技术发展来看,电化学储能技术发展还是比较快的,特别是锂电储能。前一段时间国家能源局推出储能发展的征求意见稿,储能在2025年装机规模要达到三千万千瓦。其实根据很多专家的推算,这个数还是偏保守的,2025年肯定不止。这么大体量的储能接入电网,对电网有没有影响?电网能不能完全消纳?

    我们都知道,储能也是依靠电力电子器件与电网发生联系的。电力电子器件耐压、过流的能力都比较差,如果大规模接入电网,对电网稳定运行有没有挑战?而且现在的储能技术,不管是选用500kw还是630kw的变流器,在一个储能系统中都是多机并联的。多机并联之后,它很容易发生不稳定运行、振荡,电池本身的电流电压尖峰也很易引起电池系统电场畸变,这些都可能加深系统的安全风险,对电网的安全生产也提出了新的要求。

    储能并网到底依据什么,很多人都说标准体系不健全,没有可参考的依据。其实储能并网标准有很多,包括企标、国标、行标。目前储能系统并网的标准,国标有36547、36548;行标有33014、33015、33016,都是对储能并网的技术要求;另外还有,国网公司的企标676和1564,当然这个企标发布很早,但有些条款仍然适用;还有去年发布的电力行业标准2246,2246里面很多的内容跟36547、36548很相近,大多数技术要求都参考了国标36547的要求。国际上关于储能并网的标准不是很多,但对于分布式电源、微网的标准很多,包括1547、62933、P20230、61427等,有些也适合于储能。最近,我们参与编写的P2836标准也已经通过审查,这是光储充储能系统性能测试规范,正在走最后的流程,校稿,可能要马上发布。在所有的并网标准,我们现在用的最多的、被大家公认的还是国标36547和36548。目前我们也是按照这两个标准在进行储能系统的并网测试。四一六事故发生后,公司针对内部的储能正在核查,其中储能系统的并网要求,就是看是否符合36547标准要求。关于储能并网,储能所做了很多工作,包括各种电池类型,有锂电的,液流的,铅炭电池的。最近,有飞轮储能厂家也在跟我们在谈飞轮储能并网事宜,但飞轮储能目前还没有并网标准,所以飞轮储能也可能会借鉴36547的标准做并网的要求。

    GBT36547,大家可能比较熟,这个标准已经发布两年,2018年发布,2019年实施,它主要规定了储能系统的电能质量、功率控制、电网适应性、?;ぐ踩远爸?、通信与自动化、电能计量、接地与安全标识等技术要求。GBT36548是和GBT36547配合使用的,36548是讲怎么测、怎么把36547要求的内容实现出来。目前,36548测试项目大概有13项,主要包括电网适应性、功率控制、过载、高低压穿越、?;?、充放电响应时间、额定能量、额定功率能量转换效率、通信等。很有幸,这两个标准我都参与了编写,这两个标准都是2015年立项,2018年编成,内容呢,也基本反映了当时的储能技术水平,从现在来看这两个标准要求的某些技术指标还是偏低的。但就这么一个低指标要求,现在很多电站在并网中仍存在很多问题。

    下面就和大家探讨一下我们在储能并网过程中发现的问题,主要从设备层面和系统层面两个层面来分享。设备层面主要包括电池、电池管理系统、储能变流器和能量管理系统。电池又包括单体电池、电池??楹偷绯卮?。目前储能集成方式主要有两种,集装箱式和厂房式。不管集装箱式还是厂房式,??榛蛘叩绯卮刂械牡ヌ宓绯匮共钐?,基本上很多压差都超过800mv以上,其次就是SOC估算值差别太大,有些甚至是15%-85%的差距,这么大的压差和SOC偏差,这个系统还能不能正常使用,每个人心里应该都有数。在测试过程中,很多站没有办法连续运行,刚做一个小时就要马上停掉,造成测试不能完成,为什么?就是因为电池根本不达标,短期运行可以,长期运行一致性太差。电池第二个问题是实际使用参数与电池型式试验、电池抽检参数不符,要不就是人为放大,要不就是人为缩小。人为放大,本来你想你的实际容量达不到你的设计容量,测试的时候为了满足设计容量,人为把参数放开了,可能测试的时候会达到,但是却忽略了电池的安全性。使用过程中人为缩小电池使用范围,可能是为了考虑电池的安全,但缩小了之后,容量能否满足设计的要求,能否按照调度要求的容量出力,都是有疑问的。第三个问题就是电池舱内电池之间的温差太大,甚至出现过温差是20多度、30多度的情况。这种情况下,开机运行一两分钟就会发生跳机,系统停止运行。出现这种情况,可能就是集装箱内根本没做过热场仿真设计,没有严格按照热场分布做好热管理,可能就是有样学样,简单的把所有电池堆积起来。不要小看集成,集成做不好,实际运行问题多多。企业都会说自己的产品很好,集成商也都在宣称集成没问题,但实际使用和宣传差别比较大。关于电池??榈奈侍?,电池??榈奈侍飧?,严重的情况是在运行过程中发生电火花现象。电池系统在运行一段时间之后突然发生拉弧打火,但此时电池管理系统的预警功能却没发挥作用,也并没发生切断动作。直到约半个小时之后,电池管理系统发现电池出现了问题,出现?;ざ?。等电池系统断电,停止运行之后,现场才发现电池??橐丫沾?,??橹蟹⑸鸹ǖ奈恢?,两块电池已经被烧穿,出现了两个大洞,很庆幸,这次没有引起大的事故。第四,测试过程中还发现过电池禁充又禁放的现象,电池既不让充,又不让放,那要这个电池储能干什么呢?事后检查发现是整个电池??槌鱿至宋侍?,只能整体更换。第五,就是电池的衰减太迅速。曾经有一个站在测试过程中发挥都比较好,数据比标准要求的要好很多,我们就想把它作为一个示范,想一直跟踪,看一下它的运行效果,因为我们后续还有运行评价的标准,也想考察电站的运行情况,据此得到一些运行评价数据。结果那个站,两年之内,在没怎么使用情况下,电池容量两年衰减了将近百分之十二,衰减量已经很大了。本来电站运行时是100%,第二年就衰减到了88%,第三年也许就会衰减到80%,就要更换电池了,这会增加多少成本。

    电池管理系统,最大的问题就是丢帧丢数据现象太严重,特别是在满功率的时候,误报率较高,满功率连续运行一段时间,警报就会乱响,从监控上看,电池并没发生异常情况,但电池管理系统却发出了不能使用的信号,不知道为什么会出现这种情况。电池管理系统的厂家应该要注意,不能为了安全,认为调低了阈值,特别是温度,比如南方的夏天,本来集装箱内温控系统和热仿真就做的不好,系统运行中很快就会超过设定的阈值,电池管理系统就会发生相应动作。这样,电池还怎么运行?根本运行不了。第三个问题是均衡,有厂家说主动均衡、被动均衡做的很好,随着技术的发展,我也承认大家都有这个能力去做的很好。但在实际过程中,我们却发现了这样有趣的现象,就是在均衡过程中,电池的电压在毫无征兆的情况下突然发生跳变,致使电池管理系统发出?;ざ?,系统?;?。第四,BMS与PCS的通讯中断包括与EMS通讯中断,这也是很常见的。而且中断之后,很多数据都还在往上传,都不知道数据哪里来的,这样的数据还是实时可靠的吗?第五就是电池确实发生了明显的过压或者欠压的情况,BMS却没有?;ざ?,?;すδ苊挥型耆⒒??;褂芯褪窃谖颐堑牟馐怨痰敝蠦MS突然对所有的参数进行初始化处理,这很让人想不明白。

    接下来是PCS的情况。大家也都知道PCS,最早是从光伏逆变器和风电逆变器发展过来的。光伏逆变和风电逆变做了很多年,技术早已经很成熟, PCS应该也是技术成熟度很高的,但实际运行过程却理论上完全不一样。第一个问题,PCS直流侧的过流?;の蟊ㄑ现?,存在以交流断路器代替直流断路器的情况。第二个问题, BMS和PCS的通讯不稳定,存在丢数据,数据不准的现象。第三个问题,储能系统在进行无功调节能力测试时,有功功率下降显著。第四个问题,PCS的IGBT??樯鹿?,发生一级报警,特别是在测重载的时候,造成测试不能连续进行。第五个问题,PCS多机并联的时候,低压穿越时存在或多或少的问题,易发生振荡。第六个问题,功率控制过程中,爬坡速度比较慢。最后,PCS交流侧发生拉弧打火现象。以上就是这是PCS在并网测试过程中遇到的一些情况。

    能量管理系统,相对来说问题少一点,毕竟它是上层的,硬件部分的问题比较少。目前主要是,厂家众多,控制节点不一致,缺乏统一的标准。第二个问题是EMS不做出厂调试,存在以现场调试代替出厂调试的问题,易发生安全隐患。第三个,也是比较严重的是EMS和PCS、BMS的数据不一致,可能还是存在一定的时间延后,实时性不强。

    系统和整站问题也比较大。第一是开关柜的?;ざㄖ蛋ū溲蛊髋渲枚疃üβ什宦阆低郴蛘叩缯竟氐囊?。36547中明确要求了储能系统在过载1.1倍和1.2倍应该达到什么条件,但实际过程中很多站因为设计的时候没有考虑这个,造成由于变压器和开关柜选型的问题,无法进行过载试验。第二,系统或者电站实际测的可用容量和设计容量差别太大。第二,能量效率循环测试过程中,存在某些PCS降功率或者对PCS功率进行限制情况,输出功率永远达不到额定功率,那是不是可以说,额定功率对于调度来说无意义。第三,整站没有功率因数调节的模式。第四,整站无法下无功调节指令。当然还有其他一些问题,这里就不详细介绍了。储能电站是一个新的事物,需要统筹考虑,特别是在设计阶段就要考虑清楚,这样才有利于后续的建设、调试和运行。

    分析一下出现这些问题的原因,我认为主要由以下几个方面:第一,储能关键设备没有严格执行标准,或者说对于标准不重视。目前储能关键设备都有相应的标准,锂电池有36276,电池管理系统有34131,储能变流器有34120等。第二,储能系统集成技术不过关,系统中各部件协调能力和兼容性的不好,只是对于设备的简单堆砌,缺乏必要的热场、电场仿真分析。第三,储能系统整体的形态确定度还不是很高。第四,储能系统的使用边界条件还不够明晰,这个需要大量的试验数据和实验验证,真正把储能的边界条件摸清楚,真正发挥出储能电网中的作用。再说一下储能标准的问题,储能的标准,目前国标有14项,如果把国标、行标、企标、团标,目前已经发布了77项,而且在网站都能查得到,这是目前储能标准的情况。

    个人对出现这些问题的一些建议,主要就是四点:加强质量监督、加强技术措施、加强技术标准、加强试验验证。

    随着储能新技术的出现,包括中高压直挂储能系统, 1500V的电池系统,MW级的储能变流器等,这些新技术的出现,对于储能并网的技术要求也发生了很大的改变。特别是GB38755电力系统安全稳定导则的实施,对于新能源厂站、风电、光伏、储能都进行了明确的规定,现有标准可能已经落后于技术发展。所以后续储能并网要求也会根据实际需要进行相应调整,目前储能并网检测项目大项是13项,后续我们会根据38755的要求,相应增加储能的惯量支撑能力、功率调节能力、短路能力等技术要求,包括在高低穿过程中,储能的无功要求。后续并网要求,可能不仅仅是性能的要求,还有功能的验证。

    关于并网的测试方法,储能并网测试涉及面比较多,不仅仅是测试并网点系统的性能,在并网前还会进行一系列的验证工作,包括对于储能电站、储能系统关键设备的资料和参数核查,主要检查这个参数是否按照设计参数去执行。

    最后介绍一下我们实验室。我们实验室属于储能与电工新技术研究所管理,主要有三个地点,昌平特高压基地、张北储能并网实验室和河北霸州安全实验区。实验室是国家电网公司的重点实验室,也是国家重点实验室的重要组成部分,目前提供电池储能全链条闭环的解决方案,包括电池单体、???、电池簇、电池管理系统、储能变流器、能量管理系统的检测、认证和评价,储能系统并网验收、并网检测和并网运行评价等。储能所还挂靠两个标准委员会:全国电力储能标准技术委员会、中国电机工程学会电力储能专业委员会,全国电力储能标准技术委员会主要对口IEC的TC120。储能所是支撑国网公司储能发展的主要单位,我们也将秉承专业的精神引导储能向着健康良性发展。

    沉舟侧畔千帆过,病树前头万木春。新型电力系统给储能提供了发展良机,也希望各位同仁秉承严谨、专业、认真的态度,共同努力,严把质量关,严把储能电站安全底线,把储能行业做好!。

    谢谢大家!

    关键字:电池 储能电站

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