直击储能大会｜长沙理工大学夏向阳：电网储能系统安全并网控制技术探讨

中国储能网讯：第十二届中国国际储能大会演讲速记如下：

夏向阳：各位专家、各位同仁，中午好！

上午各位专家从不同的角度对储能系统，可能更多从储能系统的底层角度（电池）来讨论，长沙理工大学是原来的长沙电力学院，我们可能更多是从电力系统角度来看，在并网过程中对储能电池的影响，昨天我们跟高特公司徐总也进行了交流，他从材料方面对并网的要求，我们从并网的要求对材料的需求方面进行了探讨。规模化电池储能应用技术湖南省工程研究中心也是我们长沙理工大学跟国家电网湖南公司一起成功申报并建设中，可指导在湖南几个储能电站应用。

我将从四个方面跟各位专家做逐一介绍。

第一，背景。

储能这几年的发展，包括一些政策出台了很多，包括安装补贴、设施推广等等这些方面做了很多，也包括发改委、能源局等积极推动储能市场调度等等。

这些背景可以看到，这些政策主要是这几个方面：一个是实施方案，包括项目管理、辅助服务、并网协议、调度使用、顶层设计，很多相关的形成了一个储能系统政策体系。

同时这里也提到很多，包括前面几位专家也提到的，为什么出来这些政策？实际上就是在储能系统中，包括对并网的调控层，面对规定仍然模糊，制约了储能电站的标准化建设的应用。如果通过建立储能电站的安全指标体系，能够全面了解储能电量真实的并网特性，能够客观地评价储能并网的情况，来保证并网安全的可靠运行。因为储能电站最终是要并网的，我们看到事故经常还是会出现，所以对储能系统如何安全并网控制技术研究就是非常重要的，储能电站怎么样可以安全的并网？不是储能系统安全了，并网就安全了？ 不一定。

所以可以看到，国内外对电池这个对象的模型是怎样的，包括化学、电力学，包括老化模型有很多，针对电力不同特性也做了很多的研究，但是可以看到，我们对储能电站评价体系，更多的是集中在直流侧的电池本体的评价，另外是交流侧电气参数的评价，两者之间现在研究的还很少，两者在联接之后会发生什么情况？会对电池产生影响吗？会对系统产生冲击吗？这个可能还没有，像国家的标准基本上没有涉及到并网时电网的安全参数，没有考虑到储能电站性能衰减的问题，就是并网以后电池衰减影响问题，没有考虑过电池衰减影响惯量、调频等动态稳定支撑的特性，这时调频是怎么样的，调峰是怎么样的，这些不同工况发出的功率对储能电站电池是多大的影响。昨天跟高特公司的徐总讨论很多，如这个调频要快速，电流很大，与储能电站的调峰慢慢去控制影响区别在哪里？对电池的安全影响在哪里？

徐总也谈到了电池管理系统，现在谈的比较多的，像SOC估算、SOH估算，内特性参数等，基本上大多数厂家可以肯定内特性的参数影响，现在主要是监测电流、电压、温度等外在特性，电池内在的特征基本上在BMS系统中都没有体现，就是BMS只有电流、电压、温度，实际上这些特性都是一些外特性，就是表面上它的温度是多少，它的内在是怎么样的？因为它的内在是发生变化的，因为电池是电化学产品，电化学发生过程中电流是有化学反应的，它的内特性是怎么样的？所以在准确提高电池的监测精度，实现并网控制，这样的话才能实现并网的控制安全。所以我们提出了新型的SOH计算方法和综合评价策略，还有一个是实现内特性参数的监测，就是电池内在的特性变化情况。

大的方向，第一是储能电池运行安全状态分析。有四个方面：第一，从不同电网环境下对电池的外特性的影响；第二个是基于电池模型，对锂电池内特性参数的辨识，来辨识电池内部的参数的变化；第三个是通过对电池内外特性参数的变化，来准确判断这个电池健康还是不健康；最后我们想建立一个基于锂离子电池行为机理分析的储能系统安全控制理论体系。在这个基础上，就能明确并网的时候是不是安全，并网的时候是不是能够输送这么多容量？这就是最后我们形成一个体系。

可以看到这张图，从电气角度来说，在运行当中右边是通电的，右边通过对左边是有电气接触的，我们通过分析，发现会产生2倍频波动，直流侧就会有波动，这个波动就是在电池上进行波动，对我们电池有一定的影响。也就是，并上电网以后就会发生影响，即使没有其他的影响，也会对电池的衰老有所影响。

我们做了相关的实验，可以得出一个结论，大家可以看到，在不同的二次谐波分量对电池寿命重要的影响是充放电的平均值。我们同时也可以发现，在二次谐波分量有些情况下是影响电池的老化。因为我们团队中也有学材料的，也做了相关实验，可以看到在并网以后，电网产生了二次谐波对电池直流侧产生影响，直流侧影响了我们的电池。

同时，通过锂离子电池模型进行内特性参数辨识，内特性现在没有很好的测试模式，通过数据建模，左边是我们参考了一些文献，可以看到电池容量和欧姆内阻，包括它的极化内阻，这些特性随着不同充电深度的循环老化过程中，内特性是在发生变化的，它的欧姆内阻、极化内阻这些参数发生了变化，能够更好的反映电池的老化特征，就不是单纯凭它的电流、电压和温度来判断这个电池是否老化，更多是通过它的内在特征，包括欧姆内阻、极化内阻等来进行判断。我们提出寻找这个参数，我们通过大量的数据建模，像湖南几个储能电站的真实数据，通过建模不断的寻找出这些特征参数，把这些特征参数作为判断这个电池衰老寿命比较可靠的依据，这个依据就为储能电站中将来这个电池舱是否并还是不并网，能够投入多少容量提供依据。

结合内外特性进行综合评价，结合我们的电流、电压、极化电容、极化电阻来综合评价这个电池的安全状态、健康状态，最终我们团队要形成一个储能电池系统的综合评价系统，形成一个安全控制评价体系。

第二，并网指标的电网储能系统安全并网控制。

储能并网是什么条件？现在还没有很相关的指标，更多是参考光伏并网，光伏并网是多少，它的谐波是多少等等要求，我们现在更多的是按照储能并网的时候对系统产生了什么影响。同时，因为并网有一定的功能，是无功支撑还是PCS运行等等多变量的保护，在故障情况下PCS怎么穿越？同时我们想接入区域电网参与调频，包含储能模型，根据储能真实状态投切电容、投切储能。

这是我们对电网储能电站并网指标的研究，储能在什么时候参数是多少，储能电站的谐波是多少，我们都做了相关的研究，包括储能电站从一种工况切换到调频状态，如开始在调峰的时候，突然切换到调频的时候对电网的冲击，现在电网是什么样，现在储能电站能不能承受投上去，储能的容量是不是能够承担等等，大家能够看到储能电站工况变化仿真情况。

我们考虑在多变量协同保护的储能变流器，在故障的时候我们要提供无功支撑，故障穿越控制，我们考虑在电网发生不平衡故障的时候，而PCS怎么投切上去？我们是考虑无功支撑为首要目标，同时以无功支撑PCS运行性能为首要条件，我们不可能为了实现某个目标把性能降低。所以我们构建了一个无功功率的柔性控制策略和安全运行区域，这篇文章已经在《太阳能学报》上发表了，同时我们做了一些半实物仿真验证了。

这是我们做的一些场景，模拟在某种情况下发生的情况。大家可以看到，有时候我们储能的直流侧波动很大。

场景二，不同的应用场景。还有一个是做储能电站，你要参与安全调频，你的优化控制策略，就是要准确判断你的储能电站的能力，你的健康状态，如储能电站已经有百分之几十电池不行了，你强行投运会加速电池的老化，甚至可能导致事故。所以我们必须在准确判断各储能站之间的健康状态情况下，来准确投切，储能电站是安全参与，而不是储能电站参与电网一次调频，我们是安全的情况下去参与调频。

这是我们的研究成果。原来我们是做储能并网控制的指标，现在是做储能系统支撑电网稳定方面并网控制。

这是我们团队，博士和硕士将近20位，我们还有一个储能运行平台，100千瓦、200千瓦时，我们可以做一些实验和测试。

这是我们在《太阳能学报》发表的文章，包括储能电站的安全参与，包括我们现在牵头制订了多个地方标准。这是电力储能的极化电容，欧姆内阻和极化电阻的标准，现在在征求意见中。如果把这些参数能够准确把握以后，我们就可以把握的电池健康状况，能够安全的投切到电网。

包括我们已经授权了多个发明专利，包括储能电站参与电网的一次调频，考虑到健康状态的风电平滑控制，改进锂电池寿命预测等，包括我们自己开发的一套电池储能的安全评价系统，就是基于这个内在特征参数安全评价，你这个电池能不能投切，能够投切多少，采用什么控制方式等等，都在我们这个新的系统，现在这个系统是跟现有储能系统平台系统并联的，它的数据也传到我这个系统来，我这个系统进行分析，也不影响原来的系统。

感谢聆听。