儲能系統(tǒng)的組成

　　儲能系統(tǒng)是指將能量存儲在設(shè)備或裝置中，在需要能量時釋放能量，以供應(yīng)用。目前主要的儲能技術(shù)包括電池儲能、超級電容器儲能、壓縮空氣儲能、水泵蓄能、飛輪儲能等。不同類型的儲能技術(shù)，其組成和原理也不盡相同。以下是電池儲能系統(tǒng)的主要組成部分：

　　1.電池組：電池儲能系統(tǒng)的核心部件。通常包括多個單體電池，電池組中的電池會共同輸出電能。

　　2.電池管理系統(tǒng)（BMS）：用于監(jiān)測、保護(hù)和控制電池組，確保電池組的安全運(yùn)行，并實(shí)現(xiàn)充放電控制及故障保護(hù)等功能。

　　3.電力逆變器（Inverter）：主要是將電池組儲存的直流電轉(zhuǎn)換為交流電，以滿足各種用電設(shè)備的需求。

　　4.電力轉(zhuǎn)換器（Converter）：用于將交流電轉(zhuǎn)換為直流電供電給電池組進(jìn)行充電。

　　5.熱管理系統(tǒng)：負(fù)責(zé)控制電池組內(nèi)部的溫度，保證其在正常工作范圍之內(nèi)。

　　以上是電池儲能系統(tǒng)的主要組成部分，不同的儲能技術(shù)在組成和原理方面可能有所不同，但整體而言，其主要都包括電能儲存設(shè)備、電能轉(zhuǎn)換設(shè)備及系統(tǒng)控制管理設(shè)備等組成部分，并通過相互之間的配合協(xié)調(diào)來實(shí)現(xiàn)對能量的儲存和利用。

　　儲能系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)

　　儲能系統(tǒng)的技術(shù)主要包含對儲能變流器的控制、對儲能電池的管理，以及監(jiān)控與調(diào)度管理單元對系統(tǒng)能量合理調(diào)度。

　　1.變流器控制策略

　　儲能變流器又叫功率變換系統(tǒng)（PCS），是儲能單元中功率調(diào)節(jié)的執(zhí)行設(shè)備，在監(jiān)控與調(diào)度系統(tǒng)的調(diào)配下，實(shí)施有效和安全的儲電和放電管理。目前常用的變流器控制策略有PQ控制、VF控制、下垂控制、虛擬同步機(jī)控制四種方式。

　?。?） PQ控制

　　PQ控制是指恒定有功無功控制，控制儲能變流器輸出的有功功率和無功功率等于其參考功率。PQ控制是新能源并網(wǎng)最常用的控制方式，只有在儲能系統(tǒng)并網(wǎng)模式下才可能運(yùn)用，其控制原理圖如圖2-1所示。

　?。╝） 恒定有功控制 （b） 恒定無功控制

　　圖2-1 PQ控制示意圖

　　圖2-1表明，在頻率、電壓變化范圍（fmin《f《fmax，Umin《U《Umax）PQ控制可以穩(wěn)定有功、無功輸出。

　?。?） VF控制

　　VF控制是指儲能變流器維持輸出電壓和頻率不變；而輸出的有功功率和無功功率由負(fù)荷決定，其控制原理如圖2-1所示。不論輸出的有功功率和無功功率如何變化，VF控制的儲能變流器自動調(diào)整運(yùn)行曲線，滿足負(fù)荷隨機(jī)變化，保持電壓頻率恒定，因此，其外特性為電壓源。

　　（a） 恒定頻率控制 （b） 恒定電壓控制

　　圖2-2 VF控制示意圖

　　VF控制常用于微網(wǎng)的孤島模式，支持電網(wǎng)的電壓和頻率，相當(dāng)于電力系統(tǒng)的平衡節(jié)

　?。?）下垂控制

　　下垂控制是一種無互聯(lián)線逆變器并聯(lián)均流的控制方法，下垂控制變流器模型可以簡化為如圖所示交流電源：

　　當(dāng)PCS輸出阻抗主要呈現(xiàn)感性時，其輸出有功P近似于相角差成正比，無功功率近似于電壓的幅值差成正比，因此可以通過調(diào)節(jié)變流器輸出電壓的相位和幅值來調(diào)節(jié)逆變器輸出的有功功率和無功功率。

　?。╝） 恒定頻率控制 （b） 恒定電壓控制

　　圖2-3 下垂控制示意圖

　　下垂控制既可以工作在獨(dú)立帶載的情況，也可以工作在多機(jī)并聯(lián)的情況下。在組建微電網(wǎng)時候，可以使用下垂控制模式建立微電網(wǎng)的電壓頻率，在無上層控制的情況下，逆變器可以根據(jù)本地設(shè)置參數(shù)分配系統(tǒng)的負(fù)荷；在有上層控制的情況下，逆變器按照上層控制器設(shè)置的參數(shù)運(yùn)行，同時還可以根據(jù)自身情況選擇是否進(jìn)行二次調(diào)頻。

　?。?） VSG控制

　　虛擬同步機(jī)（VSG）控制是一種基于同步發(fā)電機(jī)暫態(tài)模型的新型微電網(wǎng)逆變電源控制方法，借鑒同步發(fā)電控制中調(diào)速器和勵磁調(diào)節(jié)器的控制方法來設(shè)計(jì)變流器的控制器，使微源的輸出特性類似一個同步發(fā)電機(jī)系統(tǒng)，對電力系統(tǒng)具有更加友好的并網(wǎng)特性，便于使用電力系統(tǒng)中成熟的方法對微源進(jìn)行管理調(diào)度，同時外特性接近同步機(jī)，有利于電力系統(tǒng)的建模分析，避免了現(xiàn)在并網(wǎng)變流器模型多樣給電力系統(tǒng)分析帶來的困難。

　　圖2-4 VSG控制示意圖

　　2.電池管理系統(tǒng)

　　電池管理系統(tǒng)（BMS）安裝于儲能電池組內(nèi)，負(fù)責(zé)對儲能電池組進(jìn)行電壓、溫度、電流、容量等信息的采集，實(shí)時狀態(tài)監(jiān)測和故障分析，同時通過CAN總線與PCS、監(jiān)控與調(diào)度系統(tǒng)聯(lián)機(jī)通信，實(shí)現(xiàn)對電池進(jìn)行優(yōu)化的充放電管理控制。系統(tǒng)每簇電池組各自配一套電池管理系統(tǒng)，能達(dá)到有效和高效地使用每簇儲能電池及整體合理調(diào)配的目的。

　　BMS應(yīng)具有電池電壓均衡、電池組保護(hù)、熱管理、電池性能的分析診斷等功能。BMS要求能夠?qū)崟r測量蓄電池模塊電壓、充放電電流、溫度和單體電池端電壓、并計(jì)算得到的電池內(nèi)阻等參數(shù)，通過分析診斷模型，得出單體電池當(dāng)前容量或剩余容量（SOC）的診斷，單體電池健康狀態(tài)（SOH）的診斷、電池組狀態(tài)評估，以及在放電時當(dāng)前狀態(tài)下可持續(xù)放電時間的估算。

　　3.監(jiān)控與調(diào)度管理系統(tǒng)

　　監(jiān)控與調(diào)度管理系統(tǒng)是儲能單元的能量調(diào)度、管理中心，包含中央控制系統(tǒng)（MGCC）和能量管理系統(tǒng)（EMS），負(fù)責(zé)收集全部電池管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)、儲能變流器數(shù)據(jù)及配電柜數(shù)據(jù)，向各個部分發(fā)出控制指令，控制整個儲能系統(tǒng)的運(yùn)行，合理安排儲能變流器工作；系統(tǒng)既可以按照預(yù)設(shè)的充放電時間、功率和運(yùn)行模式自動運(yùn)行，也可以接受操作員的即時指令運(yùn)行。

　　其中，能量管理系統(tǒng)是儲能系統(tǒng)的大腦，主要實(shí)現(xiàn)能量的合理調(diào)度，根據(jù)電網(wǎng)峰谷平特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)微網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，具有運(yùn)行優(yōu)化、負(fù)荷預(yù)測、發(fā)電預(yù)測、微源調(diào)度、潮流控制等功能。