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PCS技術特征及發展趨勢

發布時間:2024-02-22 作者:中國儲能網

電化學儲能系統由功率和能量兩個單元進行耦合,其中能量單元由儲能電池能量來決定,而功率單元則由PCS來決定。

PCS是電化學儲能系統實現交直流雙向轉換的核心設備,提供有功和無功的功率輸出,同時對電力系統提供穩態和暫態支撐能力。

PCS按照儲能單元拓撲主要分為集中式、組串式、級聯型三種技術路線;按照冷卻方式可以分為自然冷卻型、風冷型和液冷型。 

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按照不同應用場景,PCS功能具有差異化的特征,除常規有功調節能力外,在新能源側和電網側,PCS一般需具備慣量支撐和一次調頻有功支撐能力,同時需提供無功的調節能力,用于滿足場站自身的無功平衡要求并對電網提供無功支撐能力,隨著新型電力系統的建設,構網型儲能愈發得到重視,PCS 是實現構網型儲能的核心設備;在用戶側,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景,此外,并離網切換也是部分用戶側儲能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《電化學儲能系統儲能變流器技術要求》(GB/T34120-2023)正式實施,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主要技術特征如下。

首先,隨著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,在新能源并網發電比重較高的地區,新能源場站應提供必要慣量支撐能力。國標適應相關要求,提出中壓接入電網的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%,一次調頻響應時間不大于100ms,調節時間不大于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間窗口宜為100ms~200ms,參與慣量響應控制時,響應時間不大于100ms,調節時間不大于300ms。

其次,新國標提出無功控制能力,不同于新能源場站普遍配置SVG提供無功支撐能力,儲能電站特別是共享儲能電站逐步采用PCS的無功出力能力提供無功能力,新國標規定PCS具備電壓/無功控制、功率因數控制、恒無功功率控制等模式,具備四象限功率輸出能力,最大可提供1.05Pn的無功輸出能力,無功功率控制響應時間不大于100ms,調節時間不大于300ms。

再次,過載能力可提升PCS對電網的有功和無功支撐和調節能力,新國標規定PCS過載能力,在額定電壓下,PCS交流端口電流在1.1倍額定電流下,持續運行時間不小于10min,在1.2倍額定電流下,持續運行時間不小于1min。行業主流廠家普遍滿足1.1倍額定電流長期穩定運行,超過國標的要求。

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、RS485、以太網等通信接口,支持CAN2.0B、Modbus、DL/T860等通信協議;PCS與監控系統支持ModbusTCP、DL/T860等通信協議,宜采用雙網冗余通通信。

隨著新型電力系統的建設和技術的發展,構網型、大容量、液冷冷卻等是目前PCS主要的技術發展重點。

隨著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,系統的慣量、電壓、頻率、阻尼控制等基本特性發生了深刻的變化,構網型技術通過提供短時的過載能力(例如3倍過載能力持續時間10s),并將PCS端口塑造為與同步機類似的電壓源外特性,提高電網強度和穩定性,提高電網的可調可控性。

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,組串式和級聯型PCS的功率也將逐步提升。

隨著基于液冷技術的儲能集成設備的普及,液冷型PCS也得到發展,通過與電池系統共用液冷機組,并獨立進行熱交換,提升儲能系統功率和能量密度,提升綜合效率,并滿足對高海拔、高溫高濕、鹽霧、沙塵等復雜環境的適應能力。 

來源:中國儲能網


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