電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)接入電網(wǎng)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)方案①

胡 旦，楊智皋，顧正建

(國(guó)家高端儲(chǔ)能產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)檢測(cè)中心(江蘇)，江蘇 無(wú)錫 214028)

1 電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)概述

近年來(lái)，隨著新能源產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，以鋰離子電池為代表的電化學(xué)儲(chǔ)能載體的應(yīng)用已從消費(fèi)類和動(dòng)力類領(lǐng)域逐步擴(kuò)展到儲(chǔ)能領(lǐng)域，從而帶動(dòng)了電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)的同步發(fā)展[1-5]。隨著全國(guó)儲(chǔ)能電站、光儲(chǔ)充一站式結(jié)構(gòu)體數(shù)量的不斷增加，其驗(yàn)收方案和運(yùn)行評(píng)價(jià)方法的發(fā)展也在逐步加速[6,7]。

電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)指以電化學(xué)電池為儲(chǔ)能載體，通過(guò)儲(chǔ)能變流器進(jìn)行可循環(huán)電能存儲(chǔ)、釋放的系統(tǒng)，一般包含電池系統(tǒng)、儲(chǔ)能變流器及相關(guān)輔助設(shè)施等[8]。近年來(lái)，電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)或儲(chǔ)能電站相關(guān)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)主要有GB/T 36547-2018《電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)接入電網(wǎng)技術(shù)規(guī)定》[9]；GB/T 36548-2018《電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)接入電網(wǎng)測(cè)試規(guī)范》[10]；GB/T 36549-2018《電化學(xué)儲(chǔ)能電站運(yùn)行指標(biāo)及評(píng)價(jià)》[11]；GB/T 36558-2018《電力系統(tǒng)電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)通用技術(shù)條件》[12]和GB/T 40090-2021《儲(chǔ)能電站運(yùn)行維護(hù)規(guī)程》[13]。GB/T 36547-2018和GB/T 36548-2018主要從基本性能、基礎(chǔ)功能、電能質(zhì)量、電網(wǎng)適應(yīng)性、系統(tǒng)反應(yīng)時(shí)間、功率調(diào)控能力、電網(wǎng)故障應(yīng)對(duì)能力等方面對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行宏觀的評(píng)價(jià)。GB/T 36558-2018則將儲(chǔ)能載體分為鉛炭電池、鋰離子電池和全釩液流電池，并將評(píng)價(jià)內(nèi)容進(jìn)一步延伸，從電池單元、儲(chǔ)能變流器，到電池模組、電池管理系統(tǒng)，再到電池單體的微觀層面。GB/T 36547-2018、GB/T 36548-2018和GB/T 36558-2018在內(nèi)容上關(guān)聯(lián)度較高。以鋰離子電池為儲(chǔ)能載體的系統(tǒng)為例，GB/T 36547-2018和GB/T 36548-2018所涵蓋的儲(chǔ)能系統(tǒng)相關(guān)內(nèi)容通過(guò)GB/T 36558-2018的“橋梁”作用，與GB/T 36276-2018《電力儲(chǔ)能用鋰離子電池》[14]進(jìn)一步關(guān)聯(lián)，使得鋰離子電池三大應(yīng)用(消費(fèi)、動(dòng)力、儲(chǔ)能)之一的儲(chǔ)能分支在標(biāo)準(zhǔn)體系上得到了內(nèi)容方面的擴(kuò)充，對(duì)鋰離子電池儲(chǔ)能應(yīng)用相關(guān)行業(yè)的發(fā)展具有重要作用和深遠(yuǎn)意義[15]。

就現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)而言，GB/T 36547-2018、GB/T 36548-2018和GB/T 36558-2018共同構(gòu)成了針對(duì)電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)的評(píng)價(jià)和測(cè)試方法體系，對(duì)于電化學(xué)儲(chǔ)能電站的驗(yàn)收具有較高的指導(dǎo)意義。而GB/T 36549-2018和GB/T 40090-2021主要側(cè)重于儲(chǔ)能電站在運(yùn)行過(guò)程中的維護(hù)與評(píng)價(jià)。GB/T 36549-2018側(cè)重于儲(chǔ)能電站整體的電能使用能力、使用過(guò)程能效和故障率，通過(guò)權(quán)重評(píng)分的形式將電站的綜合效益量化。GB/T 40090-2021主要涉及儲(chǔ)能電站的巡檢內(nèi)容、故障及異常排除方法和日常維護(hù)要求等，有助于保障電站處于安全、高效的運(yùn)行狀態(tài)，從而提高綜合效益[16]。

本文主要圍繞GB/T 36547-2018、GB/T 36548-2018展開(kāi)電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)接入電網(wǎng)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)方法的研究。首先，研究梳理標(biāo)準(zhǔn)中各項(xiàng)檢測(cè)內(nèi)容，明確具體流程、檢測(cè)要求、判定依據(jù)等關(guān)鍵信息；其次，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容制定現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)方案，并結(jié)合實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)過(guò)程分析匯總方案中存在的問(wèn)題。最后，總結(jié)論證可操作性強(qiáng)、效率高、嚴(yán)格符合標(biāo)準(zhǔn)要求的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)方案。

2 GB/T 36547-2018與GB/T 36548-2018解讀

GB/T 36547-2018與GB/T 36548-2018規(guī)定電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)接入電網(wǎng)共有檢測(cè)項(xiàng)目21項(xiàng)，如表1所示。其中第15—21項(xiàng)涉及電網(wǎng)模擬設(shè)備或僅需現(xiàn)場(chǎng)檢查記錄，第1—14項(xiàng)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)必要性高、可操作性強(qiáng)，故作為現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)方案重點(diǎn)討論對(duì)象。

前14個(gè)檢測(cè)項(xiàng)目中，可預(yù)期測(cè)試時(shí)間的項(xiàng)目累計(jì)需要至少9.12 h可完成，“額定能量”和“額定功率能量轉(zhuǎn)換效率”的測(cè)試時(shí)間需結(jié)合儲(chǔ)能電站技術(shù)參數(shù)和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況確定，因此討論時(shí)間時(shí)將其排除在外。

表1中編號(hào)為1—14的檢測(cè)項(xiàng)目，其具體步驟統(tǒng)計(jì)于表2。具體表達(dá)方式為功率設(shè)定值加步驟持續(xù)時(shí)間，如“-0.25PN 30 s”表示以儲(chǔ)能系統(tǒng)額定功率PN的0.25倍充電30 s。

由表2可知，“電壓不平衡度”與“諧波”測(cè)試、“充電響應(yīng)時(shí)間”與“充電調(diào)節(jié)時(shí)間”測(cè)試、“放電響應(yīng)時(shí)間”與“放電調(diào)節(jié)時(shí)間”測(cè)試、“額定能量”與“額定功率能量轉(zhuǎn)換效率”測(cè)試的步驟完全一致；“充電到放電轉(zhuǎn)換時(shí)間”與“放電到充電轉(zhuǎn)換時(shí)間”測(cè)試的步驟部分重疊，并與“額定能量”測(cè)試的步驟重疊。因此，在實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)過(guò)程中，為了簡(jiǎn)化現(xiàn)場(chǎng)操作過(guò)程和提高檢測(cè)效率，可將參數(shù)調(diào)節(jié)過(guò)程合并，即僅通過(guò)一個(gè)流程同步完成“電壓不平衡度”與“諧波”測(cè)試。同理，其他具體步驟一致的測(cè)試也可由一個(gè)流程同步完成。最終通過(guò)這種步驟精簡(jiǎn)的方式可實(shí)現(xiàn)編號(hào)為8、9、10、11的測(cè)試項(xiàng)目同步完成，4、6同步完成，5、7同步完成，2、3同步完成。而編號(hào)為1、12、13、14的測(cè)試項(xiàng)目需要通過(guò)獨(dú)立的參數(shù)調(diào)節(jié)過(guò)程完成。

此外，8號(hào)測(cè)試項(xiàng)目最終步驟與1號(hào)測(cè)試項(xiàng)目(兩種模式順序可調(diào)換)首個(gè)步驟內(nèi)容一致，均為“PN 30 s”；1號(hào)測(cè)試項(xiàng)目?jī)蓚€(gè)模式的首尾步驟內(nèi)容一致，均為“0PN 30 s”。因此，均考慮合并以省去2個(gè)工步。

表1 檢測(cè)項(xiàng)目統(tǒng)計(jì)Table 1 Statistics of test items.

表2 電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)接入電網(wǎng)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)項(xiàng)目步驟統(tǒng)計(jì)Table 2 Statistics of field test steps of EESS connected to power grid.

續(xù)表

3 現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)方案制定

現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)過(guò)程的可操作性和檢測(cè)效率至關(guān)重要，除受檢測(cè)設(shè)備、現(xiàn)場(chǎng)條件等客觀因素的影響以外，全面、高效的實(shí)施方案可以大幅提高現(xiàn)場(chǎng)工作效率。在實(shí)際儲(chǔ)能系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)中，大部分測(cè)試項(xiàng)目對(duì)于起始狀態(tài)有一定的要求，比如2號(hào)測(cè)試項(xiàng)目的充電模式下，假設(shè)完成測(cè)試時(shí)會(huì)向系統(tǒng)累計(jì)充電1 MWh，那么對(duì)于4 MWh的系統(tǒng)，理論上就必須在荷電0～3 MWh的狀態(tài)下開(kāi)始才能順利完成，否則將出現(xiàn)測(cè)試中斷的現(xiàn)象，從而降低現(xiàn)場(chǎng)工作效率。而10號(hào)(11號(hào)同步)測(cè)試項(xiàng)目的內(nèi)容為在任意狀態(tài)下開(kāi)始測(cè)試，接著通過(guò)3個(gè)完整充放電過(guò)程將系統(tǒng)狀態(tài)調(diào)節(jié)為完全放電狀態(tài)。因此將其設(shè)定為現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的首項(xiàng)工作內(nèi)容，可以省去儲(chǔ)能系統(tǒng)狀態(tài)調(diào)節(jié)時(shí)間，同時(shí)還可以明確儲(chǔ)能系統(tǒng)的狀態(tài)為完全放電態(tài)，后續(xù)測(cè)試項(xiàng)目采用先充電模式后放電模式(或先升功率模式后降功率模式)的順序即可順利完成。因此，1—11號(hào)測(cè)試內(nèi)容最終可轉(zhuǎn)化為圖1a所示輸入信號(hào)設(shè)置流程和圖2所示工步流程。

綜上所述，按照?qǐng)D1a和圖2所示的設(shè)置流程可按順序完成10(8、9、11同步)、1、4(6同步)、5(7同步)、2(3同步)號(hào)檢測(cè)項(xiàng)目。12號(hào)項(xiàng)目涉及過(guò)載，13、14號(hào)項(xiàng)目涉及無(wú)功調(diào)節(jié)，因此需要通過(guò)圖1b、1c、1d所示過(guò)程分別獨(dú)立完成。其中測(cè)試都在0時(shí)刻開(kāi)始，圖1a中t1表示完成額定功率下3個(gè)完整充放電循環(huán)的時(shí)刻。

4 結(jié)果分析

采用上述對(duì)檢測(cè)項(xiàng)目科學(xué)整合排序以精簡(jiǎn)檢測(cè)步驟方式可以大幅提高現(xiàn)場(chǎng)工作效率，最終方案具備效率高、可行性高等優(yōu)勢(shì)，一次設(shè)置即可完成1—11號(hào)檢測(cè)項(xiàng)目，降低了現(xiàn)場(chǎng)工作的復(fù)雜程度。按照?qǐng)D1a和圖2所示，最終方案中除去無(wú)法預(yù)計(jì)時(shí)間的檢測(cè)項(xiàng)目以外，1—11號(hào)項(xiàng)目所需時(shí)間僅為單項(xiàng)時(shí)間累計(jì)的50%(140 40 s/28 020 s)，所有14個(gè)項(xiàng)目實(shí)際所需時(shí)間僅為單項(xiàng)時(shí)間累計(jì)的57%(188 40 s/328 20 s)，即實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)方案可節(jié)省40%以上的時(shí)間。需要特別指出的是，在儲(chǔ)能系統(tǒng)允許調(diào)節(jié)頻率較低(無(wú)法實(shí)現(xiàn)每30s變化功率)的情況下，現(xiàn)場(chǎng)工作所需時(shí)間將大大加長(zhǎng)，該方案節(jié)省的絕對(duì)時(shí)間也會(huì)成倍增加，這對(duì)于減少現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)工作中的資源消耗和降低現(xiàn)場(chǎng)工作難度等均具有重要意義。

圖1 現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)參數(shù)設(shè)置流程Fig.1 Flow chart of field test parameter setting.

圖2 現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)方案工步流程Fig.2 Flow chart of field test program.

5 結(jié)論

GB/T 36547-2018、GB/T 36548-2018規(guī)定了21項(xiàng)電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)接入電網(wǎng)的檢測(cè)內(nèi)容。本文分析了21項(xiàng)檢測(cè)參數(shù)的試驗(yàn)方法、技術(shù)要求及檢測(cè)時(shí)耗等。在此基礎(chǔ)上，首先通過(guò)分析試驗(yàn)方法和實(shí)際操作，確定將現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)必要性高、可操作性強(qiáng)的14個(gè)檢測(cè)項(xiàng)目作為重點(diǎn)討論對(duì)象；接著對(duì)檢測(cè)項(xiàng)目進(jìn)行科學(xué)整合排序，精簡(jiǎn)檢測(cè)工步；最終確定現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)方案。最終方案僅需對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)做一次設(shè)定操作即可連續(xù)完成11項(xiàng)內(nèi)容的測(cè)試，降低了現(xiàn)場(chǎng)工作復(fù)雜程度，提高了工作效率，并且累計(jì)可節(jié)省現(xiàn)場(chǎng)工作時(shí)間40%以上。提出的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)方案實(shí)用性強(qiáng)、效率高，可順利完成電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)接入電網(wǎng)的科學(xué)檢測(cè)，用于電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)的驗(yàn)收或基本評(píng)價(jià)。