ES-K储能双向变流器-技术方案

青海项目PCS技术方案北京索英电气技术有限公司二〇一五年四月目录一、双向变流器方案...................................................................................................................11、功能与指标......................................................................................................................21.1能量双向流动功能.........................................................................................................21.2有功/无功功率（P/Q）控制功能.................................................................................21.3电压无功调节功能.........................................................................................................31.4并网电压异常耐受能力.................................................................................................31.5低电压穿越能力(LVRT)..................................................................................................31.6宽频率范围运行功能.....................................................................................................41.7通信接口与监控功能.....................................................................................................52、系统构成..........................................................................................................................73、结构和工艺......................................................................................................................94、本机监控与通讯.............................................................................................................111一、双向变流器方案双向变流器是构成电池储能系统的一个重要组成部分。双向变流器的功能和性能，对于整个电池储能系统的功能实现和性能优劣，以及系统的安全性，可靠性具有决定性的影响。本系统15MW储能变流器由30台500kVA储能变流器组成。单台变流器采用我公司最新的第二代ES-500K储能变流器。该变流器主要特点是：单级无DC/DC结构，转化效率高，更具市场推广意义索英电气ES-500K采用一级DC/AC变换，省略了一级DC/DC，在提升1%~2%的系统效率的同时，大大降低了装置控制复杂程度，降低了控制难度，提升了系统响应速度。技术上更先进，更具长期市场推广意义。根据铅酸、锂离子电池、超级电容目前的技术条件及实际案例应用经验，其组串电压都完全可以串联至700V左右，如此既减小了电流大小，提高了整体效率，也减少了并联的组数，降低了因组串间可能的差异而导致的环流。无变压器直接并联，转化效率更高索英电气为国家风光储输示范工程(一期)所提供的磷酸铁锂储能系统，双向变流器在交流380V直接无变压器并联，经过实际验证，系统在克服了变流器无变压器并联的谐振、EMI干扰等核心技术难题后，取得了优异的整体性能。该系统在评测中与同期项目其他系统相比，能量转换效率最高（省略掉DC/DC和设备变压器，最大效率可达98.5%以上）、调度响应最快（实测电网调度响应时间1s以下，包含通讯、控制等延滞）、系统最稳定、与上位监控系统通讯最友好等，在项目中得到示范项目业主和监控系统协作方的一致好评。新一代ES-500K，结构更优化、性能更稳定本系统单台变流器采用索英电气最新的第二代ES-500K储能变流器，该变流器在经过国家风光储输示范工程(一期)项目验证的第一代ES-500K变流器基础上升级而成。与原机型相比，该机型结构更优化、体积更小，节省了安装空间，性能更稳定。该机型在南方电网1MW“分布式储能系统”项目中应用，具备并、2离网（1MW，两机并联）功能，已完成相关评测，并稳定运行中。ES-500K储能双向变流器具有功率控制响应速度快，精度高，效率高，系统稳定性好的优点，能够充分满足电池储能系统的功能与性能需要。其直流侧电池推荐的组串额定电压700V，工作电压可满足500～900V，交流侧额定电压为380V，最大效率98.0%，欧洲效率97.2%。1、功能与指标1.1能量双向流动功能ES-500K双向变流器实现双向充放电功能，既可以工作在有源逆变模式，实现直流到交流的变换向电网输送电能，如图1所示，也可以工作在有源整流模式，实现交流到直流的变换，从电网吸收电能储存在电池中如图2所示。开关柜交流开关柜交流电能直流电能交流电能蓄电池堆储能双向变流器变流器工作在有源整流状态变压器图1有源逆变模式开关柜交流开关柜交流电能直流电能交流电能蓄电池堆储能双向变流器变流器工作在有源逆变状态变压器图2有源整流模式1.2有功/无功功率（P/Q）控制功能ES-500K双向变流器采用了电网电压定向的矢量控制，实现了有功和无功功率的正交解耦，实现了功率的解耦控制。同时根据瞬时功率理论，也实现了有功和无功功率的瞬时控制。可根据储能监控系统运行控制指令等信号自动调节有功/无功功率的输出与吸收，并快速准确响应。有功功率最大调节范围：±500kW(充电：－发电：＋)无功功率最大调节范围：±500kVar(进相：－滞相：＋)有功功率额定调节范围：±500kW(充电：－发电：＋)3无功功率额定调节范围：±500kVar(进相：－滞相：＋)系统设定参数：有功功率值（kW），无功功率值（kVar）1.3电压无功调节功能ES-500K双向变流器可根据交流侧电压水平、储能电站监控系统发出的控制指令等信号，在一定范围内实时跟踪调节无功输出，达到抑制电网电压过高/过低和剧烈波动，直到电压恢复的目的。基本控制策略如下：由无功负荷造成的电网电压过高—〉变流器发出滞相无功功率；由无功负荷造成的电网电压过低—〉变流器发出进相无功功率；双向变流器的调节方式、参考电压、电压调整率、功率因数等参数可由储能电站监控系统远程设定。1.4并网电压异常耐受能力变流器具有较强的耐受电压异常能力，变流器交流输出端三相电压的允许偏差为额定电压的+10%、-15%。1.5低电压穿越能力(LVRT)ES-500K具有低电压穿越能力。在电网电压异常时通过对输出电流瞬时限制保持并网，起到对电网的电源支撑作用。当电网发生故障引起电网电压跌落时，变流器为输出系统调度需要的功率，输出电流会大幅增加，为增强变流器的电网电压异常耐受能力，避免触发变流器的过流保护值，引起变流器停机。当输出电流达到变流器最大值时，变流器退出功率控制模式，进入电流控制模式，输出电流被控制在变流器的最大值，使其不会触发过流保护值，三秒钟之后若变流器仍然工作在最大电流控制模式，则变流器脱离与电网的连接，进入保护模式。若按照上位机（就地监测单元或储能电站监控系统）发出的功率调度指令输出的电流没有达到变流器最大值，则变流器工作在功率控制模式，按照上位机的调度指令运行。运行模式的切换如0所示。OCP为过流保护点。4NnU/ts0.20.40.60.80.91.01.101−01T2TINImaxI电流控制模式功率控制模式必须保持并网运行可以从电网切除电网故障引起的电压跌落OCP/ts功率控制模式1213TsTs==图3低电压耐受功能示意同类型主回路产品SEE-500K已通过中国电力科学研究院低电压穿越认证。1.6宽频率范围运行功能双向变流器采用基于矢量变换的数字锁相技术，当电网电压频率有较大波动时，变流器仍能够快速准确跟踪电网电压的频率和相位，使得变流器能在宽泛的频率范围内正常运行，并且变流器频率异常耐受的范围(45-55Hz)和保护动作时间可通过就地控制器分段设置。变流器频率工作范围：45～55Hz判断阈值设定范围：下限45～49.5Hz；上限50.5～55Hz动作延时设定范围：0.2s～持续运行表1频率异常响应特性频率范围运行方式低于45Hz变流器欠频停机545～48Hz能够连续运行或根据判断阈值动作，延时时间和阀值可设，同时具备0.2s内转为放电模式的能力48Hz~49.5Hz能够连续运行或根据判断阈值动作，延时时间和阀值可设，同时具备0.2s内转为放电模式的能力49.5Hz~50.2Hz连续运行50.2Hz~50.5Hz能够连续运行或根据判断阈值动作，延时时间和阀值可设，同时具备0.2s内转为充电模式的能力高于50.5Hz在0.2s内停止送电，并转为充电模式1.7通信接口与监控功能双向变流器具备与电池管理系统（BMS）、微网监控中心的通信接口。双向变流器能够与电池管理系统通信，获取电池系统电压、电流、SOC、故障告警信息等；能将自身运行信息上送至就地监控系统系统；同时，变流器与储能电站监控系统直接通信，开放功率调节功能、参数设定功能等通信接口，满足电网运行控制系统控制要求。表2ES-500K储能双向变流器技术参数直流侧参数最大直流电压900V（dc）直流电压工作范围600～900V（dc）直流额定电压700V（dc）直流额定电流730A最大直流功率560kW最大输入电流933A交流侧参数额定输出功率500kW额定交流电压380V(ac)额定交流电流760A工作交流电压范围±15%(ac)额定交流频率50Hz工作交流频率范围48~50.5Hz系统参数最大效率97.8%(含控制损耗)欧洲效率97.0%(含控制损耗)允许环境温度-25～+55℃6允许相对湿度0~95%，无冷凝冷却方式温控强制风冷系统功能功率控制功能具备蓄电池充放电功能具备离网运行功能具备远程通讯功能具备保护功能直流过、欠压保护具备交流过、欠压保护具备交流过、欠频保护具备短路保护具备设备过温保护具备极性反接保护具备系统性能并网模式额定电网电压380V允许电网电压范围323~437V额定电网频率50Hz允许电网频率范围48~50.5Hz额定功率下的功率因数0.99功率因数可调范围-1(超前)~1(滞后)最大总谐波失真2%(额定功率时)过载能力120%（10s）低电压穿越功能具备反孤岛保护功能具备（与LVRT互锁）离网模式额定输出电压380V电压精度±2%额定输出频率50Hz电压动态变动范围10%频率动态变动范围0.1Hz过欠压保护具备机械参数外形尺寸（WxHxD）2200x1800x700mm重量2000kg显示与通讯显示触摸屏电池管理通讯接口LAN/CAN调度通讯接口LAN/RS-48572、系统构成双向变流器由以下部分构成：主功