中国储能网讯：4月24-26日，由中国化学与物理电源行业协会储能应用分会主办的第九届中国国际储能大会在浙江省杭州市洲际酒店召开。在4月25日上午的“储能电站与技术应用（二）专场”，南京南瑞继保电气研究院柔性输电研究所副所长/研究员级高级工程师刘为群在会上分享了主题报告《大容量储能系统的控制技术研究》，以下为演讲实录：

刘为群：大家好！储能系统大家都比较熟悉。今天关注的基本上是在电化学储能这一类。储能系统的作用，我们可以看到在发输配用各环节都能发挥作用。电源侧，用储能平抑新能源发电的功率波动，从而减少弃光弃风，辅助电厂调频也有很多应用案例；在电网侧，比如说辅助调峰；在负荷侧，进行削峰填谷。电网侧还有调频调压、紧急控制、黑启动等高级作用，这方面的应用案例还比较少，这一块可以共同探讨。

换一个维度来看储能的作用，对于电网测应用，在不同的时间尺度上，储能能够发挥不同的作用。在短时毫秒到秒级，储能参与一次调频和调压，还能参与暂态紧急控制；中短时间秒到分钟级别，储能可以参与二次调频调压；长时间就用来作为电网的调节优化。电源侧和负荷侧的作用就不详细讲了。储能的现状：2018年也参加了这个会议，前面讲的很多问题，也分析了原因。2019年以后，我们的形式有很多改善。比如现在的项目多起来了，原来商业项目不多，现在多起来了且实施很快。政策的主动性、积极性非常高。国网南网专门对储能发文了。但还有问题，就是储能的收益模式，并没有明朗。怎么获得经济效益不清楚，储能还没有电价政策。投资主动性、积极性也没有看到。这都是问题。原因简单分析一下，储能的作用被认识，但是储能控制的重要性仍然认识不到位。现在还局限在削峰填谷，储能实际上对电网有重大的调节作用，这一点我认为我们的认识还不到位，要去增加认识。储能作用即使被认可，但是价值实现较难。如何充分发挥储能价值的研究是不够的。最后，储能系统的成本，也是比较高，成本控制还有一段路程要走。

第二部分，介绍一下储能有这么多好处，没有实现，但是有很多工作可以做。从技术方面还有哪些工作可以做呢？储能变流器首先有自身的控制策略，储能有整个系统的控制模式。先看看储能变流器本身有哪些控制策略。第一个是储能单元架构，大家都很清楚。这可以等效于右上角的模型，它跟电网之间通过连接阻抗联系在一起。储能系统与电网交换的有功和无功功率见表达式，这个表达式里面电网的电压幅值Us，储能作为电源的幅值是Uc，两个电压相量的夹角δ，也称为功角。通过调节变流器输出的Uc和δ值，可以实现变流器输出的有功和无功双向可控，它在四象限可以运行，调节性能非常优秀，充分发挥储能的调节性能。具体如何实现这样的调节？右下角的图，Uc是怎么来的，Uc是控制出来的。变流器在PWM载波控制下，其输出幅值及与系统电压的相位是由控制系统调节计算得到的调制波决定的。请看控制框图，最左边Xd*是某一个被控目标值的给定值，Xd是被控目标的测量值，当闭环控制系统达到稳定平衡的时候，Xd*就等于Xd，同样的另外一个维度，Xq*就等于Xq。假如把目标值设定成有功功率和无功功率，那么控制系统稳定时，储能系统输出的有功功率就会等于有功功率给定值，无功功率也等于无功功率的给定值，这时的控制就称为PQ模式。当Xd和Xq分别为频率和电压时，这时的控制就称为VF模式这是变流器的一种控制策略。

另外一种，我们把PCS输出外特性控制成为同步电机的外特性，那么这样的控制模式就是虚拟同步机模式，这里面的模型比较复杂。我们在变流器的常规控制环之外，再加上电压控制外环，使得其呈现电压源外特性，并实现电压无功下垂特性；在功角输入支路上增加惯性环节、频率有功关系曲线，使得变流器输出电压在扰动后按照一定的惯性摇摆并接近新的平衡工况、同时实现频率有功下垂特性。

有了变流器控制策略以后，把它用到大容量储能系统里面，储能系统有哪些控制模式呢？第一，以一次调频一次调压模式运行是可以的。还有二次调频二次调压，就是PQ模式。离网的时候可以恒频恒压，还有可以PQ模式。作为一个储能系统，顶层是EMS加PMS，功能强大，系统就很好。大容量储能系统比如100MW系统，按目前的一个PCS功率500KW考虑，就要两百台的PCS。并网运行如果参与电网的调节，需要大家行为一致，才能对系统做最好的贡献，但要求200台PCS行为一致是不可能的，个体存在的微小偏差，在动态过程中相互作用，可能会放大并对最终结果产生较大影响，甚至不能达到系统控制的要求。我们的解决方案是在PCS之上增加一个控制设备，叫PMS协调控制器。协调控制器可以根据需要配置多台，形成中间控制层，这就构成了一个EMS+PMS+PCS的三层次控制管理架构。有什么好处呢？高级控制功能可以放在中间层来做，根据不同应用要求可以定制系统控制策略。中间层根据高级应用策略进行控制计算，计算结果出来之后平均分给各个PCS执行。这样PCS的输出一致性就会非常好，不会有很多偏差，总的控制效果就会很好。

下面看看储能系统的控制技术。并网有哪些控制功能，第一个功能就是一次调频调压。有三种情况，分别是（1）PCS设备的一次调频调压，（2）系统整体的一次调频调压，（3）虚拟同步发电机。这里仅就调频进行展开。PCS一次调频：各个PCS按照频率-有功下垂曲线运行。一个系统频率就对应一个P，这个P就是我的目标值，按照这个目标值来闭环控制。当系统有功有波动，比如一个大容量的负荷失去了，整个系统电源有功功率是盈余的，这样系统频率就会上升。系统频率由F1上升，每个参与一次调频的电源都根据下垂特性曲线把自己的有功下调一些，当系统频率上升到F2时，在这条曲线上对应的有功功率下降到P2，整个系统电源和负荷的有功功率达到新的平衡，系统频率就会稳定F2上运行。PCS参与一次调频，PCS数量比较小是可以的。如果PCS很多的时候，因各个PCS性能参数存在差异，会影响一次调频的总体效果。这里就采用第二种方案，系统整体一次调频，设置一个协调控制器，按下垂特性获得整个PCS群的有功无功指令。再把这个指令分配给下面的各个PCS。下面的PCS就按PQ模式来运行。这种方式适用PCS数量多，系统容量大的场合。协调控制器的计算结果要快速下发下去，延时不能多，否则一次调频的效果会打折扣。第三个方式，所有PCS都按虚拟同步机的模式运行，设置频率-有功功率的下垂外特性，每个PCS都会主动参与频率调节，当然也存在着多PCS情况下的输出外特性差异，相互作用，影响调节结果的情况。

第二个功能，储能参与二次调频调压。一次调频调压结束以后，假设F2的频率仍然过高，不符合电能质量要求，整个系统就要进行二次调整：把电源的有功出力再降一些。方法就是把所有参与二次调频的电源下垂特性曲线下移，。在频率不变的情况下，输出有功由P2变成P3。大家都降低了有功以后，整个系统在频率F2的工况下有功是不足的。整个系统的频率就会下降，向50HZ靠近。下降的时候，所有源都会沿着曲线2回调一点。最后有功会到P4点。这样，频率就下来了。再一个就是PQ模式和调峰模式，不详细讲了

第三个功能，除了一次调频二次调频以外，储能有这么好的可控性，能够参与电网的紧急控制。电网运行的任何时候，电源和负荷的功率是平衡的，当电力系统发生事故平衡打破时，将会由稳定控制系统动作建立新的平衡，措施有切机、切负荷。稳定系统会根据事故后的电网状态计算出稳定方案，切除一定数量的机组或负荷。有了储能系统之后，储能系统的快速调节能力，可以以调代切，先于切机或切负荷动作，尽可能减少切机切负荷量。储能调节性能非常快，响应时间短，执行效果优于同等容量的切机或切负荷。减少切机或切负荷以后，系统恢复能力比切机切负荷方案要强。实现逻辑是协调控制器接受稳控制子站的控制命令，分解控制目标，快速下发给各PCS。参与紧急控制的系统架构是：上面是稳控系统主站、稳控子站，下面是储能站，包括上层的协调控制装置、下层的PCS。最终PCS快速接受指令，快速执行达成目标。并网储能系统的这些功能如果用得好，对电网调节会非常好的作用。这是一个案例，印度国家电网储能系统。储能系统参与调频和调压，参与削峰填谷。

离网方面，储能系统作用更大。在离网模式下，整个系统惯量比较小，常常用虚拟同步机模式运行，也可以V/F模式运行。离网储能系统的控制，实现离网系统多VSG并联稳定运行的技术。我们提出一些自有的技术，比如说自校正的转子运动方程优化控制等。下面不详细讲。离网储能系统也有一个案例，新疆微电网。我们实现32台PCS虚拟同步机模式并联，作为主电源支撑整个微电网的电压和频率稳定。左边是监控，中间是现场照片。储能变流器承受变压器直接冲击，系统电压、频率平稳过渡。整个系统黑了以后，实现自动逻辑的PCS黑启动。

最后总结一下，储能的技术优势就是调节控制速度快，系统响应快。这里有几个数据：PCS满充与满放之间转换时间小于30ms，超过任何常规电源的调节速度。第二，一个储能站对功率控制响应的时间小于60ms，超过任何常规电厂的调节速度。还有一个储能站对稳控系统的响应时间小于100ms，超过任何电源和负荷控制速度。这是非常好的优势。它有什么样的作用呢？在并网系统中可以作为快速调节电源，是电网暂态时的快速调节和稳定控制的优秀工具。第二主动参与电网的频率和电压调节，提高电网电能质量。第三作为PQ源，进行削峰填谷。离网系统中，作为频率和电压稳定电源，自动进行电网的功率平衡和稳定控制。作为黑启动主电源，提升黑启动的速度和成功率。第三，作为PQ源，参与电网功率平衡调节。

最后，储能发展的技术关键是控制策略先进，控制性能优，控制器可靠性高。还有一个就是电池效率高，寿命长，可靠性高。我的汇报就这么多，感谢大家的关心关注，谢谢！