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永联科技杨惠坤:用户侧储能系统离并网切换技术的研究与应用

作者:中国储能电站网 来源:中国储能网 时间:2019-06-25 浏览:

中国储能电站网讯:6月19—20日,由中国化学与物理电源行业协会储能应用分会联合江苏省电机工程学会、全国微电网与分布式电源并网标准化技术委员会、中国能源建设集团江苏省电力设计院有限公司等单位联合召开的“第三届全国电网侧暨用户侧储能技术应用高层研讨会”在苏州市太湖假日酒店举行。来自电网公司、设计院、系统集成商、电池生产企业、投融资机构等单位的280余位嘉宾出席了本次研讨会。

会议期间,深圳市永联科技股份有限公司副总经理杨惠坤分享了主题报告《 用户侧储能系统离并网切换技术的研究与应用》,以下是演讲全文:

杨惠坤:大家好。下午跟大家分享储能系统在离网到并网,并网到离网的切换过程中碰到的问题,还有我们采用的一些解决办法。

永联科技在最近两年一直在做用户侧的储能系统项目,我们客户很多时候花了很多精力跟我们讨论的是,他一直有个疑问,储能系统能不能当应急电源来用,能不能做到不间断切换,针对他们这个需求我们也做了一些研究,在一些具体应用场景里面也去实施,最终实际使用的时候效果还是不错的。

我先说一下并离网切换比较常见的一些问题。这是市面上最常见的并离网切换的模式,在并网运行的时候,PCS工作是工作在电流源模式,离网运行的时候PCS切换到电压源模式,这种方式很常见也很常用,比较早的应用是来自光伏逆变器,光伏逆变器在离网运行的时候采用电流源的方式,所以这块很自然而然的做储能的时候就想到了采用这种方法。这种方法存在的问题,最直观的表现就是在进行切换的时候很容易出现离网到并网,或者并网到离网的时候,特别是并网到离网的很容易出现用户用电的中断,中间出现短时间的停电。

我们对这种方式进行了研究,从离网转到并网的过程中,在离网运行的时候PCS为了向负载提供稳定的电压,它会工作在电源模式,一旦接入电网的时候它要能够跟电网的电压进行很好的协调,它会切到电流源模式。它有两套控制环路,一个是PH的方式切换到VF方式,切换的时候它会出现调节器的饱和或者参数的跳变,最后的结果就是出现供电的中断。

这里就出现了几种状况,一个是电流源的饱和带来的问题,再一个是在切换的过程中一些图片,电压跌落还有重新建立的过程。

还有一个就是在切换的过程中它面临着预同步的问题。

这是它的另外一个工作方式,在接入电网然后切到离网的过程中会出现的问题,同样的一个问题,在切换的过程中它面临着要把电压源先关掉再开启电流源的过程,关闭这个环路需要时间,再开启一个新的环路也需要时间,这是最常见的方式。

用户侧用这个方式用户体验并不是很好,他觉得在使用过程中出现断电的话不是他们希望的效果。

针对这个问题我们提出了在实践中效果比较好的一种方式,就是在用户侧储能的时候,PCS在并网包括离网两种工作模式的时候,都工作在电压源方式,通过这种方式,电网这边是一个电压源,PCS本身也是一个电压源,做到电网如果出现中断的话,PCS的电压源能够有效的支撑顾客的用电。在这里它用到了几个技术点,一个是下垂控制,它通过下垂控制能够把PCS模拟成电网特性的电压源,比较容易处理并网跟离网的过程。

为了避免在离并网切换的过程中,电网频率比较大的跳变,频率的跳变会带来一些控制上的问题,我们在上面做了家用的断量(音),这么一个系统容积(音37:29)的方式。通过这种方式的实施,基本上能够解决掉并网到离网中间供电的电压的中断的问题,在这里面实际使用的时候还存在一个问题,在离网方式的时候两个独立的电压源相位还有频率会产生不一致,从离网转并网的过程中要做一个小的处理,就是预同步。在这块的做法,在离网转并网的时候做一个首相,然后再进行离网到并网的操作,这是采用的预同步的控制。

最后做完,这个是在广东江门一个项目使用的效果,做完之后实际在使用过程中,这套系统使用了有半年多,效果是比较好的。用户在使用过程中他是给整个办公楼来供电的,平时用电网供电,同说做削峰填谷,再一个是应急电源,这个系统承担两个功能,平时由EMS实现充放电,削峰填谷。掉电的时候他就会有效的把它切过去。

在解决这个问题的时候,永联设计了几个比较关键的基础设备,这是整套的带离并网无缝切换的PCS系统。首先PCS在这种应用场合的时候有个特征,它本身能够通过电压源并网的方式来控制,可以做到零毫秒的切换,我们就解决了切换过程中间断的问题。在实际使用的时候还有一个问题就是多级并联,当离网运行的时候,构成一个微电网的时候,多级并联存在环流问题,再一个是功率的分配,一个是动态的均衡还有暂态的均衡,同样也是利用下级控制以及其他的控制算法来解决掉并联的问题。

在实际应用中还面临一个问题,在厂区使用的时候,用户的负载不是总是平衡的,它会出现三相不平衡的问题,所以在切换的过程中要能够有效的处理这种三相不平衡。同时在稳态的时候设备也要能够对不平衡负载进行稳定的供电。

跟它配套的还有一个并离网切换柜,为了实现并离网切换,储能系统跟用UPS系统其实有个比较大的区别,UPS系统在实现不间断供电的时候,UPS本身是串联在电网跟负载之间,是一个串联的关系。所以说它本身的切换是比较好做的,但是UPS的缺点是它串在里面一直有个损耗存在。储能系统在不间断供电的时候,它是两个电压源并联供电的方式,不存在损耗,但是它有个缺点,当电网这边如果出现了断电的时候,原来挂在电网上的负载会要求由PCS来供电,这个时候如果不能有效的把这个电网上其他的负荷给切断的话,就会拉垮整个PCS的电压源,最终导致这个切换失败。

所以在这里我们就设计了一个并离网切换柜,采用半导体器件,用的是SCI,可以做到十个毫秒完成电网的断开。同时在这个系统里面,因为我们应用的有个场景,用户侧的负载带着变压器,在变压器头切的瞬间可以产生一个比较大的力磁(音)涌流,这个力磁(音)涌流往往是核定电流的五倍六倍甚至到七八倍都有,这个冲击如果是在离网的情况下去头切变压器,就会导致过载保护系统,开机开不起来。在这里面我们做了一些控制策略,有效的抑制变压器的力磁涌流,使切换的过程中冲击力量比较小。这是相应配套的EMS。

这个是直流的,我们有几个项目用到了这种无缝技术,一个是在安徽宣城的,还有江门这个项目它就当做一个替代UPS的应用场景。

还有一些其他的应用。

简单介绍一下永联科技,永联科技从2007年成立开始一直做新能源电力电池设备,主要产品有全系列充电桩解决方案,全系列的储能解决方案,我们在深圳有30几个充电站,一年提供1.3亿度电的充电服务。我们正在加快储能的研发,在用户侧的储能方面已经取得了很好的效果,特别在离并网这块,当一级电源使用的话,我们的产品在使用的时候,性能非常好,比UPS更省电,稳定性、可靠性更高。

我今天主要讲的就是这些,谢谢大家。

(本文根据会议录音整理,未经演讲人本人审核) 

关键字:用户侧储能

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