中国储能网讯：7月9-10日，由中国化学与物理电源行业协会储能应用分会联合江苏省电机工程学会、国网江苏省电力公司电力科学研究院、国网四川综合能源服务有限公司、国网浙江综合能源服务有限公司、中国能源建设集团江苏省电力设计院有限公司、中国科学院电工研究所储能技术组等单位共同主办的“第五届全国电网侧暨用户侧储能技术应用高层研讨会”在江苏南通文峰酒店召开。
在本次会议上，科华数据股份有限公司应晓航分享了主题报告《双碳背景下储能特殊场景的应用与探索》。现在，小编经过授权，将演讲内容整理如下：
应晓航：各位行业专家，各位新能源同仁们，大家下午好！
今天我给大家汇报的主题是《双碳背景下储能特殊场景的应用与探索》。
介绍主要分四个板块来进行阐述，第一部分是微电网的应用与发展；第二部分是科华在储能与燃气机组多维度的应用和探索；第三部分是科华储能系统技术的沉淀；第四部分是应用实践。
相较于传统电网，微电网应用其实是另外一种技术的发展和形态的回归，根据微电网应用的场景，可以分为海岛区域微电网，偏远区域微电网，以及城市区域的微电网。
整个微电网的技术和发展，其实也是离不开整个大电网的依托，它其实做到了你中有我、我中有你。在目前双碳的基础下，整个微网技术路线发展，一直围绕着可持续发展进行。整体电网、微网的建设，还是要依托安全以及清洁高效来执行。所以传统的微电网，更多是以柴油发电机或者是燃机来进行配套。在当前可再生能源大规模发展和应用下，储能系统的参与可以更好地解决这部分清洁能源的灵活应用。面对计划性能或者大规模停电的时候，也能做到相应的供电支撑。
整个微电网的发展，离不开新型储能的助力。截止到2020年，全球电化学储能项目的累计装机规模已经达到了14.2GW，同比增长49%以上。整个中国的市场，也已经占到了全球份额的第二。习总书记在提出2030年实现碳达峰，这位微电网的发力和将来的市场带来了巨大的想象空间。这种强有力的增长，主要围绕以下三点推进。
第一，成本下降。依托电动汽车的快速发展，促使电池成本迅速下降；装机量的突增，促使成本进一步下降，很多应用场景下储能已具备经济价值。
第二，技术成熟。过往科华通过探索多种模式的应用，目前产业内基本形成了以磷酸铁锂为主流、多种储能应用形式并存的态势，技术更进一步提升、成熟。。
第三，安全保障。相应的配套认证和验收手续也应逐步完善。
科华数据股份有限公司在储能与燃机基础多维度的探索，主要分两个部分展开讨论。第一部分，与小型燃机基础的微网项目应用；第二部分，与大型燃机配套的黑启动项目。
整个电力系统黑启动的概念，是指整个系统因故障停运后，系统全部停电，处于全“黑”状态，不依赖外界网络帮助，通过系统中具有自启动能力的发电机组启动，带动无自启动能力的发电机组，逐渐扩大系统恢复范围，最终实现整个系统的恢复。储能在参与此过程中担任什么角色？储能可以辅助燃气机组进行黑启动，从而使这个电网达到“星星之火，可以燎原”的整体效果。
科华近期在南网广东区域完成了某个燃气机组黑启动项目，该项目建设规模是9MW/9MWh，分为三个3MW/3MWh的储能单元，每个储能单元由6台500千瓦的PCS组成，共用18台500千瓦PCS，连接3个燃气机组，相当于通过18台PCS同步以VSG模式进行并网，带动整个燃气机组的某一台燃气机组。目前行业内具备该解决方案的厂商极少，该项目属于业内第二个项目。储能与大型燃气机组的黑启动技术难点包括以下几方面：一是负荷瞬间冲击电流大；二是多台PCS离网多机并联稳定性；三是多台PCS在带载情况下实现多次同期调相、调压；四是谐波、无功电流大；五是负荷功率间隙性快速波动。
所以在这种情况下，PCS需要根据微网整体的负荷波动情况，来继续调节其频率和电压范围的波动。对于此，科华也在自己的实验平台，首先搭建测试模型和仿真，在各方面都得到相关验证后，最终实现该项目成功并网和稳定运行。
对照整个燃机同期并网相应流程的框图可以看出：首先整个项目需要具备黑启动过程的时候，18台PCS以VSG的模式进行离网的启动；启动完成后，下发信号至燃气机组，燃气机组也可以进行启动电机。当燃气机组顺利启动电机后，同科华的18台PCS燃机进行同期的锁相和同步的过程。当整体完成并网结合之后，整个项目的黑启动顺利完成，储能系统后续逐渐退出。
科华提出的储能与燃气机组的结合应用解决方案，可以有效地完成单个燃气机组和燃气厂的黑启动，然后带动整个区域电网的启动。根据南网的两个细则要求，该解决方案也可以参与AGC的辅助和调频的功能。
科华的储能与小型燃气机组结合和应用的项目，也入选了2021年十大储能创新示范项目，本套燃气+储能的钻机供电系统采用了科华数据股份有限公司自主研发的自适应虚拟阻抗下垂控制策略，实现三大功能解决客户痛点，保障电力持续稳定供应。与传统发电方案相比，该燃气发电方案的运营成本、NOx排放、碳排放、噪声污染大幅度降低。燃气机组在部分负荷下效率低、损耗大，微网环境下运行时负荷突加或突卸容易造成宕机。
这些问题困扰着钻井公司等燃气机组的使用者。拥有33年电力电子技术积淀的科华，致力于以电力电子手段解决客户痛点。经过深入钻研，科华研发团队自主研发了自适应虚拟阻抗下垂控制策略，并加入到储能与燃气机组的联合应用中，通过引入自适应调节系数来自动调节虚拟阻抗的大小，与燃气机组友好匹配，满足客户三大功能需求，大幅提高系统稳定性。面对随机性冲击负荷对燃气发电机组造成的微电网母线频率震荡，储能系统快速响应负载波动，维持母线电压和频率稳定。当负载超过燃气发电机组的设定功率值时，储能系统根据频率的下降波动自动介入补充峰值功率，避免波动和失稳；当负载低于燃气发电机组的设定功率值时，储能系统能够自动进行充电，快速恢复额定储能能量。当燃气发电机组发生故障时，储能系统作为备用电源立即启动，确保不断电持续运行，有效提高燃气机组的运行效率；燃气发电机组故障排除重新启动后，储能系统通过自动控制进行充电。
对此，科华进行了多次仿真模拟和分析，现场也罗列了相应的波形供各位专家参考。左图可以明显看出，单燃机运行的时候，当负载突加350千瓦的时候，其额定交流交流输出电压应该是600V，最低跌到550V时，整体频率振荡约4-5Hz。当储能与PCS结合通过储能参与调节后，可以看出针对突加负载，系统最小的电压波动大概十几伏，整体频率的波动基本上也是维持在50Hz。对于突卸负载更加明显，由于燃机相应的滞后性，所以其调节能力比较差，振荡了大概四个周波，电压波动50V以上。在系统增加储能后，可以维持整个频率一直在正常的范围之内，整个电压的波动范围在1%以内。
对于这种燃机突然掉电和相应的故障，科华也针对这种并网转离网，整个储能系统可以做到适应跟踪和毫秒级响应。同时，科华也模拟了燃气机组故障和掉电的过程，可以看到前后波形基本维持在0ms之内，做到了离网转并网的无缝切换。
基于以上的分析，针在储能系统与燃气机组结合应用的创新，科华也提出了虚拟阻抗下垂控制的策略，与燃机可以进行友好匹配，大大提高了系统的稳定性。对于VSG模式下的SOC的控制，科华根据多台PCS的电池组，根据其SOC进行灵活控制，使储能系统的效率和寿命也得到极大地延长。对于负载不均衡性的分配，科华对并离网切换做了相应的设置，可以提高整个微电网运行的效率。
针对项目落地和工程应用方面，因为项目位于新疆高风沙区域，科华也专门进行了结构仿真，实现IP65防护等级以及相应的抗风沙设计。
整个储能系统，包含了结构、安全、散热、电池、电池管理系统和能量管理系统等方面的设计，这其实是涉及学多科交叉的领域。作为业内领先的储能系统集成商，科华数据今年成立已愈33年。在行业发展的大趋势下，科华深度参与整个储能系统和新能源系统集成，而非单一的设备供应，通过光伏、储能融合降本为碳中和积极贡献力量。科华在研发方面进行了大量的仿真模型和丰富的案例积累。比如在申能新动力上海外三电厂5MW/5MWh储能调频项目，实现了业内首家三层集装箱堆叠方案，这是基于有限的元建模，对于集装箱结构进行了承载模拟。
针对不同应用场景，科华可以实现灵活的IP55和IP65等级设计，科华通过三方面保证电池系统的高可靠和安全性的应用：
第一方面，通过电芯自身的安全性能实现。科华通过正极材料、电池隔膜、电解液、电芯形状和电芯品牌来进行安全可靠分析。
第二方面，通过热安全设计、差异冷热风道设计，控制温差温升、温差横向加纵向分析比较，保证系统的热稳定安全运行。
第三方面，电池管理系统，通过三级的电池管理系统结构进行设计。
对于整个储能系统，科华也搭建了相应的MW级PCS仿真平台和电池仿真平台，针对整个电芯的全生命周期进行了相应的仿真和建模。对于整体集装箱储能系统，进行了相应的热数据和仿真模拟。通过各方面的设计和仿真，不仅是简单地将各系统拼接在一起，还需要通过自有核心产品和技术，支撑整个储能系统安全稳定的运行。
对于科华的核心产品——PCS，科华一直优化设计和相应的功能，比如故障录波、在线升级等技术。结构上采用专利的共风腔+风机采用抽屉式维护的设计，能够保证PCS散热风机单个模块损坏的时候，还可以保持完整的运行状态，有效降低故障率。对于核心元器件的选型，科华始终坚持选用业内一线品牌，依托三十余年核心元器件选型经验，经验积累十分专业深厚。
对于整个能量管理系统控制研发，科华也有近两百名工程师组成的研发团队在不断创新。
最后，就科华数据股份有限公司近几年从事的项目应用，向各位专家做汇报展示。科华在发电侧、电网侧、用户侧多种应用场景下形成非常多的项目应用。在用户侧领域科华成为国内用户侧装机规模第一；在电网侧科华深入参与了湖南电网、河南电网、的项目建设；在发电侧，科华参与了4项调频项目，在安徽、山东、湖南等省份，也落地多项新能源发电侧+储能的应用项目。截至2020年底，光伏全球累计装机量超过18GW，储能全球累计装机量超过1.1GW/3GWh。科华数据作为高可靠的光储专家，一直秉承“客户至上，服务先行”理念，以产品和技术创新为客户创造更高价值。科华将不遗余力地继续加强光储领域的创新，解决能源存储和新能源高渗透率供电稳定性等实际问题，为碳中和和碳达峰贡献自己的一份力量。
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