中国储能网讯：11月24-26日，由湖南省工业和信息化厅、湖南省商务厅、长沙市人民政府、中国化学与物理电源行业协会储能应用分会联合主办，100余家机构共同支持的湖南（长沙）电池博览会暨第二届中国国际新型储能技术及工程应用大会在长沙圣爵菲斯大酒店召开。此次大会主题是“新能源、新机遇、新高度”。

会议期间，组委会邀请了平高集团储能科技有限公司主任工程师赵亚一分享主题报告《吉瓦时级储能电站的低成本高性能协调控制系统》。以下是发言主要内容：

赵亚一：大家好，我是平高的赵亚一，很高兴能有这个机会跟各位分享我们的协调控制系统。下面将从五个方面来展开介绍。

首先是公司简介，以前平高是直属国家电网公司的一个产业单位，去年经过国务院国资委重组，我们现在属于中国电气装备集团有限公司，总部设立在上海。平高集团储能科技有限公司作为平高集团储能业务专业化运营平台，在天津市东丽区，在全国各地有建设运营超过3.69GWh的储能项目。公司做储能设备集成，包括EPC工程、建设和运维等方面的业务，核心产品有电池管理系统BMS、储能变流器PCS，能量管理系统EMS，加上今天要介绍的协调控制系统产品。

这是公司通过的一些认证体系，获得的一些称号。我们是储能电站协调控制系统业内首个团体标准的参与单位。

下面，介绍一下行业的背景。在30/60“碳达峰”、“碳中和”的目标下，将会加快太阳能、风能产业的跨越式发展。根据国际能源署的预测，可再生能源在全球发电量中的占比将会从2017年的25%攀升到2050年的86%，风光为主的新能源将会是未来30年新能源的增长主力。我们知道，风光日内出力波动是比较明显的，电网传统上是“源随荷动”，在风光为主的情况下相当于是“随风而动，逐日而行”；但是要构建以可再生能源为主体的新型电力系统又必然要大幅提升可再生能源在社会发电中的占比，因此电力系统的调节难度会进一步增大。

未来的电网将会具有“超复杂性”。对于此，国网也提出了能源互联网，它主要是通过提升电网的输电能力和信息化水平来满足这个复杂性的要求，海外也提出平衡区的概念，实际上就是增加各电网区域内的控制能力，协助区域内电功率能够保持近乎瞬时的净功率平衡。目前能源结构的变化导致电力系统的结构形态特征发生变化：从确定性可控连续电源，变为不确定性随机波动电源；从以机械电磁系统为主，变为以电力电子器件为主；电力系统的系统惯量水平正在显著下降；高比例的可再生能源、高比例的电力电子设备带来“低旋转备用”的能源结构。这些电力电子并网设备导致多时间尺度物理过程紧密耦合。新能源机组快速调节特性支撑稳定控制技术向“以调代切”方向发展。目前储能参与的快速调节响应的时间尺度，比如惯性响应一般要求是在零毫秒级别，快频和一次调频一般是在百毫秒级别，二次调频本地响应一般要求是在秒级。

新能源厂站参与电网的频率调整目前已经成为国标的要求，国家能源局、科学技术部的“十四五”能源领域科技创新规划也提出要突破新能源发电参与电网频率/电压/惯量调节的主动支撑控制、宽频带振荡抑制等关键技术。

目前，储能还有一个规模化的发展趋势，根据CNESA的统计，去年中国储能市场进入真正意义上的规模化发展，有70余个百兆瓦的项目在规划和建设，随着风光大基地的建设，以及共享储能模式的推进，吉瓦时级别的储能电站将会逐步增加。目前吉瓦时级别的储能电站已经成为国家战略性新兴产业，它有几个特点，一是设备数量多，站内采用星型网络拓扑时电缆的成本、建设和维护的工作量、难度会增大。二是电站的占地面积大，预计会超过百亩，基于铜缆的以太网通讯系统无法满足长距离通信要求。三是随着电力市场调节服务种类的不断增多，对吉瓦时储能电站的控制调节功能要求也会不断扩展，很多功能会采用分区控制，站内的并网点数量往往会比较多。四是往往采用分期建设的模式，需要我们控制系统的可扩展性更强。五是对于储能电站主动支撑的需求也会越来越多，要求吉瓦时储能电站有同样高的快速功率响应性能，甚至会越来越高。

由于单站规模远超百兆瓦级，在吉瓦时级别大容量储能电站中信息接入的数据量显著增多。在其信息架构设计中，有一些关键点：首先，站内有约75%以上是电池的数据，对BMS的监测处理能力和上行信息的优化有一定要求；其次是PCS的运行调度，我们可以把吉瓦时级储能电站比作一个大城市，信息好比车子，网络链路好比城市道路，在这条道路上车水马龙，这时PCS的运行调控以及整站的快速调节实际上是要求数百辆车子从一个地方很快的同时到达另一个地方，我们需要深度思考一下怎样才能更快的到达指定的目的地，也就是确保PCS集群能够同步、快速以及精准的调节；第三因为EMS接入的数据量是比较大的，可能站内需要有数百万甚至千万级别的数据量接入，所以对它的接入能力也是有一个考验；最后，对控制设备后期的扩展性有较高要求。

在传统的监控系统控制架构中，一般在大容量的储能电站中会采用分布式部署，站控层有一个集中式的EMS，在多个就地间隔层区域会设置就地EMS，这种两级架构会产生二次处理的信息延时；而且由于网络中的数据量非常大，下行控制信息不一定能及时传输到位；所以EMS一般来实现秒级控制。面对这种大容量数据的接入，如果快速调节信息不能及时传输，控制指令的优先级没法保证，就会存在安全稳定运行风险。

这是一种添加协调控制层的控制架构，它在传统的监控系统网络上加了一层协调控制层，协调控制层独立组网，采用星型拓扑，这种部署能实现快速响应，但是它也有一些不足：一是主机接入数量有限，可能一套系统支持接入几十或一百台PCS，如果PCS数量多，可能需要扩展主机，主机之间需要做同步；不同数量PCS接到的快速指令同步性欠佳，导致总体响应时间变慢。在数据进行网络传输时，一是会受网络传输链条或路径影响，二是受网络两端的交换节点影响，在这种区域分布比较大的站，可能指令到达各个PCS所经过的交换节点数量和各节点延时不尽相同，传输延时的不同可能会进一步造成PCS响应不同步。

我们的一种解决方案——吉瓦时级别的大容量协调控制系统的产品解决方案，它的系统拓扑实际上是比较简单的，利用光纤环网来组建信息高速通道。拓扑上由两台PCS功率协调控制主机——如果不需要双网配置，单机也可以——再加上多台协调控制从站组成，主机和从站可以采用双光纤环网或者单光纤环网连接，基于实时工业以太网来实现快速功率的控制。

协调控制系统主要功能是具备一次调频、动态调节，以及紧急支撑的一些快速功率计算和下发功能，响应指标满足目前标准的要求，参数可以整定，比如一次调频的运行稳定、运行时间等等参数都是可以整定的。一次调频按照有功频率的下垂控制函数，动态无功按照无功电压的下垂控制函数来计算处理响应，当并网点的频率差或者电压差越过设定的死区后会立即开展一次调频或动态无功响应。协调控制系统采集PCS或BMS的一些关键信息，通过高速通道来实现关键信息和控制指令的上行和下达。系统主机进行各种响应指令的优先级判断，比如紧急功率支撑，可以要求优先级最高，其次是一次调频和AGC，并且可以辅助电网调控机构做一次调频裕量的评估，具备稳态暂态控制的友好互动功能。

协调控制系统可以针对目前多母线进行自适应的调整和控制，可以直采并网点的电压电流信号，把一些信息传输给PMU，图形化界面采用国产安全操作系统，采用分布式的采集控制技术，灵活调节各个节点的数量。目前单套设备可以支持200个CCU节点接入，以及直采32个并网点信息，每个CCU能接入4台PCS，如果我们按照1500V系统，每台PCS 1.5MW来计算接入容量，可以满足1.2GW/2.4GWh的储能电站控制需求。

下面谈一下我们这个产品方案的优势，一是同步性，各节点设备间的同步信号误差可以控制在1微秒内，PCS集群的响应特性极大接近于单台PCS，各节点实现纳秒级的抖动；数据下行时可以比喻成把数据帧组装成一列火车，它在到达各站点的时不需要等待进站再等待出站，在传输过程中处理数据，不用存储和转发，减少通讯延时；通过硬件来实现各个设备本地时间的精准同步。在快速性上，我们通过光纤通道，可以把控制指令在一毫秒内下发到PCS来执行。光纤高速通道只传输关键信息，网络负载没有问题；从站实现数据帧的硬件路由，不通过软件来寻址。采用EtherCAT高速通信的特性，可以保证PCS快速接收到指令，进行快速有功无功响应。

在精准方面，稳态条件下，并网点的电压电流采集的误差是不大于千分之二的，有功无功的测量误差不大于千分之五，频率的测量误差不大于0.002Hz，采样频率也很高。所有数据帧在网络中是以一种逻辑闭环的形式存在，每个节点只经过一次。稳定性上，通信是按周期来进行收发，可以保证数据传输的准确性，系统响应更加稳定；实时控制的网络和整个电站的信息网络是隔离的；采用双环网双冗余热备用技术时，比较单环网单机配置时可靠性再进一步大幅度提高；而且由于是光通信介质，不受现场电磁环境干扰，可保证通信质量。

系统方案的低成本实际上是体现在扩建以及通信设备、线缆、安装实施过程成本的减少。系统支持多个并网点的跟踪，可以单并网点控制，也能多目标汇聚控制，可以根据项目现场的灵活定制，减少不必要的开支；可以按实际的物理区域分区组网控制，减少线缆、工程建设成本；网络可随时扩展，例如要分期建设时，一期建完之后可以把环网闭环，保证一期可用，等二期建设时只需把二期的节点加入到一期的网络中就可以，不需要重新安装实施一套协调控制系统。环网架构可大幅减少工程现场的线缆数量和施工成本，也不需要采购大量专用的交换机来组柜安装，网络设施成本也进一步下降。系统拓扑实际上是比较简单的，也易于安装实施。

下面谈一个工程应用案例：苏州昆山百兆瓦电池储能电站，是为保障苏州地区特高压直流落点地区电网运行安全，增强受端电网事故应急响应能力贡献力量，电站接入大规模源网荷友好互动系统。该站规模是110.88MW/193.6MWh，项目入选国家能源局首批科技创新（储能）试点示范项目，经过了中国电科院的第三方测试，系统性能大幅优于国标以及江苏电网企标的要求。在该项目上，在同时控制176台PCS的情况下，通过协控的部署把监控系统的AGC响应时间缩短到了百毫秒级别;一次调频响应时间在95毫秒以内，动态无功的响应时间在30毫秒以内，源网荷响应——也就是常说的紧急功率控制的响应时间，是在85毫秒以内。

目前我们参与协控团标1项，正在联合申请行业标准，协控产品也获得过第五届国际储能创新大赛的创新典范。

我的汇报到此结束，谢谢！