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PCS技術(shù)特征及發(fā)展趨勢
電化學(xué)儲能系統由功率和能量?jì)蓚€(gè)單元進(jìn)行耦合,其中能量單元由儲能電池能量來(lái)決定,而功率單元則由PCS來(lái)決定。
PCS是電化學(xué)儲能系統實(shí)現交直流雙向轉換的核心設備,提供有功和無(wú)功的功率輸出,同時(shí)對電力系統提供穩態(tài)和暫態(tài)支撐能力。
PCS按照儲能單元拓撲主要分為集中式、組串式、級聯(lián)型三種技術(shù)路線(xiàn);按照冷卻方式可以分為自然冷卻型、風(fēng)冷型和液冷型。
按照不同應用場(chǎng)景,PCS功能具有差異化的特征,除常規有功調節能力外,在新能源側和電網(wǎng)側,PCS一般需具備慣量支撐和一次調頻有功支撐能力,同時(shí)需提供無(wú)功的調節能力,用于滿(mǎn)足場(chǎng)站自身的無(wú)功平衡要求并對電網(wǎng)提供無(wú)功支撐能力,隨著(zhù)新型電力系統的建設,構網(wǎng)型儲能愈發(fā)得到重視,PCS 是實(shí)現構網(wǎng)型儲能的核心設備;在用戶(hù)側,光儲一體機在分布式光伏與儲能耦合方面具有一定的應用場(chǎng)景,此外,并離網(wǎng)切換也是部分用戶(hù)側儲能PCS具備的應用模式,用于對重要負荷提供應急支撐能力。
2023年12月28日,國標《電化學(xué)儲能系統儲能變流器技術(shù)要求》(GB/T34120-2023)正式實(shí)施,作為現行2017版國標的修訂,國標規定了儲能變流器啟停機、功率控制、并離網(wǎng)切換、報警和保護、絕緣電阻檢測、通信、檢測規則等要求。PCS主要技術(shù)特征如下。
首先,隨著(zhù)電力系統對一次調頻、慣量支撐能力的要求,例如國標《電力系統安全穩定導則》(GB38755-2019)規定35kV及以上電壓等級接入電力系統的電源均應具備一次調頻、快速調壓等能力,在新能源并網(wǎng)發(fā)電比重較高的地區,新能源場(chǎng)站應提供必要慣量支撐能力。國標適應相關(guān)要求,提出中壓接入電網(wǎng)的PCS宜具備一次調頻和慣量響應控制能力,并提出具體技術(shù)要求,其中一次調頻死區宜設置為±(0.03~0.05)Hz,調差率應為0.5%~3%,一次調頻響應時(shí)間不大于100ms,調節時(shí)間不大于300ms。慣量響應頻率變化死區宜設置為±(0.03~0.1)Hz,計算頻率變化率的時(shí)間窗口宜為100ms~200ms,參與慣量響應控制時(shí),響應時(shí)間不大于100ms,調節時(shí)間不大于300ms。
其次,新國標提出無(wú)功控制能力,不同于新能源場(chǎng)站普遍配置SVG提供無(wú)功支撐能力,儲能電站特別是共享儲能電站逐步采用PCS的無(wú)功出力能力提供無(wú)功能力,新國標規定PCS具備電壓/無(wú)功控制、功率因數控制、恒無(wú)功功率控制等模式,具備四象限功率輸出能力,最大可提供1.05Pn的無(wú)功輸出能力,無(wú)功功率控制響應時(shí)間不大于100ms,調節時(shí)間不大于300ms。
再次,過(guò)載能力可提升PCS對電網(wǎng)的有功和無(wú)功支撐和調節能力,新國標規定PCS過(guò)載能力,在額定電壓下,PCS交流端口電流在1.1倍額定電流下,持續運行時(shí)間不小于10min,在1.2倍額定電流下,持續運行時(shí)間不小于1min。行業(yè)主流廠(chǎng)家普遍滿(mǎn)足1.1倍額定電流長(cháng)期穩定運行,超過(guò)國標的要求。
最后,為解決目前監控系統、PCS、BMS、其余二次設備通信規約雜亂的問(wèn)題,新國標提出了PCS通信規約的要求,其中PCS與BMS可采用控制器局域網(wǎng)、RS485、以太網(wǎng)等通信接口,支持CAN2.0B、Modbus、DL/T860等通信協(xié)議;PCS與監控系統支持ModbusTCP、DL/T860等通信協(xié)議,宜采用雙網(wǎng)冗余通通信。
隨著(zhù)新型電力系統的建設和技術(shù)的發(fā)展,構網(wǎng)型、大容量、液冷冷卻等是目前PCS主要的技術(shù)發(fā)展重點(diǎn)。
隨著(zhù)新能源為主體的新型電力系統的建設,逆變器、PCS等電力電子器件呈現電流源特性,具有快速控制性及自身保護裕度低等特點(diǎn),系統的慣量、電壓、頻率、阻尼控制等基本特性發(fā)生了深刻的變化,構網(wǎng)型技術(shù)通過(guò)提供短時(shí)的過(guò)載能力(例如3倍過(guò)載能力持續時(shí)間10s),并將PCS端口塑造為與同步機類(lèi)似的電壓源外特性,提高電網(wǎng)強度和穩定性,提高電網(wǎng)的可調可控性。
儲能集成能量密度的提升,PCS功率也在提升以匹配電池系統,以集中式儲能為例,5MWh+儲能集成設備將在今年逐步得到迭代升級,集中式PCS將由目前主流的1.735MW迭代到2.5MW,組串式和級聯(lián)型PCS的功率也將逐步提升。
隨著(zhù)基于液冷技術(shù)的儲能集成設備的普及,液冷型PCS也得到發(fā)展,通過(guò)與電池系統共用液冷機組,并獨立進(jìn)行熱交換,提升儲能系統功率和能量密度,提升綜合效率,并滿(mǎn)足對高海拔、高溫高濕、鹽霧、沙塵等復雜環(huán)境的適應能力。
來(lái)源:中國儲能網(wǎng)