电池储能系统在“强”电网点的业务关键路径思考

蓝狮平台网讯：关于电池储能系统的业务场景的思考，我计划从一个销售角度整理三篇学习随笔，谈谈在储能系统在强，弱电网点和微电网下的业务关键路径。

1.如何定义“强”电网点和“弱”电网点

评价电网某个给定点的“强”或“弱”，是指其是否可以在稳定状态下传输电能的同时，保持足够的电压和频率稳定性水平的能力，我们在讨论这个话题时需考虑给定连接点的系统特性和其连接的发电系统的大小。所以通常我们会使用系统短路比(SCR)、X/R比和频率变化率(RoCoF)来综合量化连接点的强度。从一个销售的视角简化看这个问题，当SCR≥5视作强电网，当SCR＜5视作弱电网，当SCR＜3视作极弱电网。图(b)显示强电网向电网输送的有功功率遵循参考值并出现一些振荡，并在不到半秒的时间内稳定下来，X/R比对强电网中的电力输送、振荡或稳定时间没有显著影响。随着SCR的降低X/R比非常低，这意味着电网更具有电阻。X/R比增加会更容易震荡，导致功率传输性能差。

有时很容易把强电网和弱电网与电网的大和小，先进和落后混淆，而实际情况是随着新能源发电占比的增加及高比例的渗透，原本坚强的电网SCR也会不断下降，从而给电网运行人员带来一系列的挑战。

2.功能需求

在强大的网络中，储能变流器通常在电网跟随模式下运行，跟随另一个发电源提供的电压和频率参考。此时储能变流器当作电流发生源，并从一级控制或二级控制接收P、Q设定值。

a.一级控制

一级控制在功率设备自身运行的控制功能，一般嵌入在逆变器固件或OEM的控制器中。这些控制功能通常紧密、快速地整合在储能资产的充、放电能量转换过程。

-符合电网规范（Grid-code）的保护控制功能

-模拟惯量

-频率下垂控制

-AVR/电压下垂控制

一次控制还接收来自二级控制的设定点指令，以及将接受的设定点指令，根据本地测量值以参考值转换为实际功率输出。这些控制功能由储能变流器的固件执行。固件功能是参数化的，可以配置为对客户的最优值。

而如果面向基于同步电机的资产（如传统发电机和同步调相机），最快的响应（如短路电流注入和惯量预留）本质上是由电机和电网之间的机电相互作用提供的。

一级控制的关键目标是在正常运行和突发事件期间无需任何（或有限依赖于更高级控制）实现稳定性。

b.二级控制

二级控制通常指电网控制中心级和厂站级之间的“电能管理”，通过电网控制中心和厂站间的通信网络，对现场电站控制器PPC装置发送相应指令。PPC接受到指令后，再通过变电站OT通信协议与站内储能系统、电表和变电站自动化(SAS)设备，协作完成控制任务。[OT通信协议一般指IEC61850，MODBUS等和IOT通信协议，如MQTT区分]。二次控制一般以数十/数百毫秒的周期运行，并在几秒钟内启动执行功能。

二级关键目标是实现厂站级系统中不同资产的协调，以实现不仅满足稳定性，还满足电网或厂站需要的特定功能要求。

二级电平控制功能有：

-自动管理不同的运行条件和过渡（并网/离网、柴油开启/柴油关闭、高/低可再生能源渗透率等）

-同步频率和电压控制

-有功和无功负载共享

-辅助服务，电网互连点(POI)的无功功率/电压/功率因数控制和频率支持

-新能源输出平滑

关于一级控制和二级控制之间一定存在重叠和交互。有明显只属于一级控制的功能，也有只属于二级控制的功能，但也些控制功能可能被划分到任一级别，所以需要根据项目实际进行一定的协调。

3.业务开拓中需要注意的问题

3.1明确当地市场需求

IPP和BESS所有者和运营商面临着改善其现场运营的压力，他们需要更少和更短的停机时间，以具有成本效益和降低运营成本的方式交付高质量的可参与电力市场并获利的解决方案。理解和满足当地电网运营商的要求，实现与TSO/DSO的无缝集成是成功执行项目和顺利获得并网程序许可的关键。

3.2市场参与的关键路径

3.2.1遵守相关法规及电网规范要求

规范和标准旨在涵盖BESS的安全相关方面，从开发到安装和调试，然后是操作、维护，直至退役，甚至梯次使用的目的。BESS的每个组件都应有自己的法规标准，并且每个组件的标准应与BESS整体兼容。

对于储能变流器和电池均根据最知名且广泛使用的国际安全和EMC标准进行测试。如UL9450系统级评估的一部分，BESS不仅对硬件本身进行了严格评估，还要对控制、保护、通信以及火灾探测和灭火方法进行了严格评估。

电网规范旨在确立作为输电系统运营商一部分的所有参与者的义务。他们设定了并网条件，规定了有关安全和稳定运行的所有相关方面的最低技术、设计和运行企业标准，例如供电质量、保护规范、发电厂规范、计量要求等。虽然在大量规范/指南中出现了某些通用规范，但每个电网机构都可以设置自己的标准。许多输电网规范现在包含一个条款，要求需要提供拟建发电厂的模拟模型，才颁发并网许可证，并将其作为并网条件合规性的一部分。区分产品和系统（或工厂）级别的合规性也非常重要。在仅销售储能变流器时，提供产品级电网规范认证即可。但如果客户要求BESS系统级合规，这通常意味着需要对整个运行的BESS系统（不仅是PCS）的测试，这个问题需要单独跟踪。一般储能变流器可以同时符合AU、US和多个EU电网规范，但BESS系统是定制化解决方案，证明其合规性并不容易，它既费时又费钱，而且电网规范也在不断变化。

3.2.2满足网络安全要求

随着技术的发展，纯OT架构很难满足资产运维的需求，而无规范地部署IT资产，无序使用IT通信规约，也会造成网络安全的问题。在储能销售中也需要提前了解网络安全的相关要求，并提前规划满足网络安全的行动路径。

3.3规划堆叠的服务和功能

在强电网点销售储能时，峰谷套利特别是固定时间点的峰谷套利一般是不足以支撑项目获利的，时常在销售前期审核最常提到的一个问题，你准备销售的储能是哪种服务？如果我回答我销售的就是储能，那么很可能接下来的问题就是那你怎么和电池供应商竞争？或者是为什么电池供应商自己不直接参与这个项目？这样就基本不用再继续跟踪了。

但有经验的销售这么回答，我们的背景是我们理解电网的需求，首先我们的电网接入解决方案基于同一电网客户已经完成的变电站解决方案，可以确保和TSO/DSO的无缝集成，且我们提供的储能是满足电网运营商的某某特定的功能，如提供核心发电厂出现故障的紧急电源和黑启动服务，那么至少在前期阶段这个销售故事是成立，可以继续跟踪的。

3.4接入电网和电力市场

接入电网和电力市场，需要能源管理可以深入了解实时设施信息（状态、测量和铭牌数据）之外的元素，并考虑时间表、预测（负荷、可再生能源发电、能源价格）和市场机制，并与第三方系统的接口，准确预测的可用性对于能源管理系统至关重要。

由于它们以较慢的循环时间运行，三级控制依靠较低的二级和一级控制来保证系统的稳定性和安全性，并在可行的情况下启动其根据能源管理策略计算的设定点。可以说的大一点，在满足系统安全性的前提下，是否可以平滑接入电力市场并获利是系统解决方案商的评价关键。