国网冀北张家口风光储输新能源有限公司赵博超等：大容量电化学储能电站储能评价平台设计

本文发表在《全球能源互联网》2022年第4期，欢迎点击品读。受国家电网公司科技项目（DG71-19-003）、国家自然科学基金（52007112）资助。

电化学储能因其效率高、受地理和资源条件限制小等特点在电力系统中广泛使用，随着电化学储能技术的发展与成本的降低，中国储能产业发展迅速。与此同时，由于大容量的电化学储能电站规模大、站内协同控制方式复杂，运行过程中影响因素较多，在并入电网后难免会对电网的稳定运行造成一定冲击，因此必须在对大容量电化学储能电站进行性能检测及运行评价，以满足电网稳定安全运行的需求。本文针对上述问题，选取储能系统并网的电网适应性及故障穿越等指标，建立储能电站等值模型，构建储能电站评价平台，实现对储能电站运行的评价和检测，以提高储能系统并网的安全性和可靠性。

1）从单电池的等效电路模型入手，建立储能电站的等效电路模型，采用k-means聚类算法对运行状态相似的储能单元进行分类；

2）基于现有储能并网运行架构，以四象限变流器为核心，开发了测试大容量储能电站故障电压穿越能力和电网适应性的评价平台。

在国内贯彻落实“双碳”目标和大规模推广可再生能源的背景下，电化学储能作为提高新能源利用率的重要技术手段，近年来快速发展。但目前尚缺乏完备的大容量电化学储能电站储能效果评价平台。首先剖析了储能电池组和储能变流器模型的运行特性，采用k-means聚类算法提取电化学储能电站的等值参数并建立等值模型。其次，基于现有储能并网运行架构，以四象限变流器为核心，开发了测试大容量储能电站故障电压穿越能力和电网适应性的评价平台，以实现对大容量电化学储能电站的并网检测及运行评价。测试结果显示，提出的储能电站等值模型和大容量电化学储能电站评价平台能够在较短的仿真时间内对电化学储能电站做出较准确的评价。

四象限变流器为可编程交流电源，可以实时控制输出交流电压的幅值和频率，从而测试储能装置的电网适应性和故障电压穿越能力。

⬆ 图1  四象限变流器拓扑

根据装置功能需求，设计的系统包括输入断路器、四象限变流器、10 kV/6 kV隔离变压器、输出断路器和旁路断路器等。测试平台接入10 kV/6 kV电网，模拟10 kV/6 kV电网适应性扰动，电网电压适应能量双向流动能力，具备主回路旁路功能。测试平台工作时需串联在电网与储能系统之间，模拟电网扰动，并需要适应能量双向流动。

⬆ 图2  平台整体方案示意图

本文对35 kV/3 MVA的系统进行测试。35 kV电网通过开关柜、35 kV/10 kV降压变后，接入系统的10 kV内核，其输出经过10 kV/35 kV升压变和35 kV开关柜后接被测35 kV装置。

⬆ 图3  35 kV/3 MVA测试装置主回路结构

高电压穿越电压给定指令在0.1 s时由低电压变为高电压，持续0.1 s后经过2次阶跃减小。给定测试电压为1.3 Pu，测试时间为2 s，测试波形如图4所示。

⬆ 图4  高电压穿越输出电压仿真波形

低电压穿越电压给定指令在0.1 s时由高电压变为低电压，持续0.2 s后经过1次阶跃增大，再经过大约0.6 s后以一定斜率缓慢增大。电压跌落至0.2 Pu，测试时间为2 s，测试波形如图5所示。

⬆ 图5  低电压穿越输出电压仿真波形

三相电压不平衡仿真试验分别设置每相基准差值为：A、C相设置为100%基准值，B相设置为在0.06 s跌落30%基准电压，持续时间为0.01 s，仿真波形如图6所示。

⬆ 图6  三相输出电压不平衡仿真波形

设定输出电压幅值按照正弦规律波动，波动的频率为40 Hz，波动幅度为±25%，测试波形如图7所示。

⬆ 图7  输出电压波动以及闪变仿真波形

对系统装置分别进行5次、7次谐波扰动输出仿真，结果如图8所示。

⬆ 图8  含5次、7次谐波输出电压仿真波形

 研究团队