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pcs技术特征及发展趋势

发布时间:2024-02-22 作者:中国储能网

电化学储能系统由功率和能量两个单元进行耦合,其中能量单元由储能电池能量来决定,而功率单元则由pcs来决定。

pcs是电化学储能系统实现交直流双向转换的核心设备,提供有功和无功的功率输出,同时对电力系统提供稳态和暂态支撑能力。

pcs按照储能单元拓扑主要分为集中式、组串式、级联型三种技术路线;按照冷却方式可以分为自然冷却型、风冷型和液冷型。 

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按照不同应用场景,pcs功能具有差异化的特征,除常规有功调节能力外,在新能源侧和电网侧,pcs一般需具备惯量支撑和有功支撑能力,同时需提供无功的调节能力,用于满足场站自身的无功平衡要求并对电网提供无功支撑能力,随着新型电力系统的建设,愈发得到重视,pcs 是实现构网型储能的核心设备;在用户侧,光储一体机在分布式光伏与储能耦合方面具有一定的应用场景,此外,并离网切换也是部分用户侧储能pcs具备的应用模式,用于对重要负荷提供应急支撑能力。

2023年12月28日,国标《电化学储能系统储能变流器技术要求》(gb/t34120-2023)正式实施,作为现行2017版国标的修订,国标规定了储能变流器启停机、功率控制、并离网切换、报警和保护、绝缘电阻检测、通信、检测规则等要求。pcs主要技术特征如下。

首先,随着电力系统对一次调频、惯量支撑能力的要求,例如国标《》(gb38755-2019)规定35kv及以上电压等级接入电力系统的电源均应具备一次调频、快速调压等能力,在新能源并网发电比重较高的地区,新能源场站应提供必要惯量支撑能力。国标适应相关要求,提出中压接入电网的pcs宜具备一次调频和惯量响应控制能力,并提出具体技术要求,其中一次调频死区宜设置为±(0.03~0.05)hz,调差率应为0.5%~3%,一次调频响应时间不大于100ms,调节时间不大于300ms。惯量响应频率变化死区宜设置为±(0.03~0.1)hz,计算频率变化率的时间窗口宜为100ms~200ms,参与惯量响应控制时,响应时间不大于100ms,调节时间不大于300ms。

其次,新国标提出无功控制能力,不同于新能源场站普遍配置svg提供无功支撑能力,储能电站特别是共享储能电站逐步采用pcs的无功出力能力提供无功能力,新国标规定pcs具备电压/无功控制、功率因数控制、恒无功功率控制等模式,具备功率输出能力,最大可提供1.05pn的无功输出能力,无功功率控制响应时间不大于100ms,调节时间不大于300ms。

再次,过载能力可提升pcs对电网的有功和无功支撑和调节能力,新国标规定pcs过载能力,在额定电压下,pcs交流端口电流在1.1倍额定电流下,持续运行时间不小于10min,在1.2倍额定电流下,持续运行时间不小于1min。行业主流厂家普遍满足1.1倍额定电流长期稳定运行,超过国标的要求。

最后,为解决目前监控系统、pcs、bms、其余二次设备通信规约杂乱的问题,新国标提出了pcs通信规约的要求,其中pcs与bms可采用、rs485、以太网等通信接口,支持can2.0b、modbus、dl/t860等通信协议;pcs与监控系统支持modbustcp、dl/t860等通信协议,宜采用双网冗余通通信。

随着新型电力系统的建设和技术的发展,构网型、大容量、液冷冷却等是目前pcs主要的技术发展重点。

随着新能源为主体的新型电力系统的建设,逆变器、pcs等电力电子器件呈现电流源特性,具有快速控制性及自身保护裕度低等特点,系统的惯量、电压、频率、阻尼控制等基本特性发生了深刻的变化,构网型技术通过提供短时的过载能力(例如3倍过载能力持续时间10s),并将pcs端口塑造为与同步机类似的电压源外特性,提高电网强度和稳定性,提高电网的可调可控性。

储能集成能量密度的提升,pcs功率也在提升以匹配电池系统,以集中式储能为例,5mwh 储能集成设备将在今年逐步得到迭代升级,集中式pcs将由目前主流的1.735mw迭代到2.5mw,组串式和级联型pcs的功率也将逐步提升。

随着基于液冷技术的储能集成设备的普及,液冷型pcs也得到发展,通过与电池系统共用液冷机组,并独立进行热交换,提升储能系统功率和能量密度,提升综合效率,并满足对高海拔、高温高湿、盐雾、沙尘等复杂环境的适应能力。 

来源:中国储能网


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