锂电池储能电站一次调频设计优化及验证

doi:10.19799/j.cnki.2095-4239.2022.0410

储能科学与技术 ›› 2022, Vol. 11 ›› Issue (12): 3862-3871.doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2022.0410

锂电池储能电站一次调频设计优化及验证

王立娜¹^,³(), 谭丽平²^,³, 徐志强²^,³, 谭鑫¹^,³, 吴昌龙¹^,³, 叶晖⁴, 李爱魁⁴()

^1.湖南经研电力设计有限公司
^2.国网湖南省电力有限公司经济技术研究院
^3.规模化电池储能应用技术湖南省工程研究中心，湖南长沙 410001
^4.大连理工大学电气工程学院，辽宁大连 116024

收稿日期:2022-07-19 修回日期:2022-09-04 出版日期:2022-12-05 发布日期:2022-12-29
通讯作者: 李爱魁 E-mail:wln759@yeah.net;liaikui@dlut.edu.cn
作者简介:王立娜（1988—），女，硕士，工程师，主要研究方向为储能与新能源、电力系统及其自动化等，E-mail：wln759@yeah.net；
基金资助:
基于主动稳定支撑和经济调度运行的储能电站并网指标体系研究(5216A221000Z)

Lithium battery energy storage power station primary frequency modulation design optimization and verification

Lina WANG¹^,³(), Liping TAN²^,³, Zhiqiang XU²^,³, Xin TAN¹^,³, Changlong WU¹^,³, Hui YE⁴, Aikui LI⁴()

^1.Hunan Economic Research Power Design Co. , Ltd.
^2.Economic and Technological Research Institute of State Grid Hunan Electric Power Co. , Ltd.
^3.Hunan Engineering Research Center for Large-scale Battery Energy Storage Application Technology, Changsha 410001, Hunan, China
^4.College of Electrical Engineering, Dalian University of Technology, Dalian 116024, Liaoning, China

Received:2022-07-19 Revised:2022-09-04 Online:2022-12-05 Published:2022-12-29
Contact: Aikui LI E-mail:wln759@yeah.net;liaikui@dlut.edu.cn

摘要/Abstract

摘要：

一次调频是储能电站支撑新型电力系统稳定运行的关键技术。本工作研究了锂离子储能电站一次调频集成设计，包括响应时间和过载能力两方面的分析及优化，主要通过信息采集与传递、策略算法运算周期两方面缩短响应时间，通过储能变流器内部功率器件开关频率控制方案提升其过载能力，并通过20 MW/10 MWh锂电池储能电站实现了上述指标优化验证。结果表明，锂离子储能电站应用于一次调频工况时，变流器响应时间为60～80 ms，变流器过载能力30 s内均能达到150%，提高了储能电站功率性价比。该储能电站在孤网中的一次调频试验中可有效平滑频率波动，减少发电机组的动作频次，可为后续功率型储能电站设计提供思路。

关键词: 锂离子电池, 储能电站, 一次调频, 集成设计, 过载

Abstract:

Primary frequency regulation is a key technology for energy storage power stations to support the stable operation of new power systems. In this paper, the integrated design of primary frequency modulation of lithium-ion energy storage power station is studied, including the analysis and optimization of response time and overload capacity. The response time is shortened mainly through information collection and transmission, and the operation cycle of strategy algorithm. The switching frequency control scheme of the power device inside the energy storage converter is proposed to improve its overload capacity, the optimization of the above indicators is verified by the 20 MW/10 MWh lithium battery energy storage power station. The results show that when the lithium-ion energy storage power station is applied to the primary frequency regulation condition, the response time of the converter is 60—80 milliseconds, and the overload capacity of the converter can reach 150% within 30 seconds, which improves the power cost performance of the energy storage power station. The energy storage power station can effectively smooth the frequency fluctuation in a frequency regulation test in the isolated network, reduce the operating frequency of the generator set, and provide ideas for the design of the subsequent power energy storage power station.

Key words: lithium-ion battery, energy storage power station, primary frequency modulation, integrated design, overload

中图分类号:

TM 73

王立娜, 谭丽平, 徐志强, 谭鑫, 吴昌龙, 叶晖, 李爱魁. 锂电池储能电站一次调频设计优化及验证[J]. 储能科学与技术, 2022, 11(12): 3862-3871.

Lina WANG, Liping TAN, Zhiqiang XU, Xin TAN, Changlong WU, Hui YE, Aikui LI. Lithium battery energy storage power station primary frequency modulation design optimization and verification[J]. Energy Storage Science and Technology, 2022, 11(12): 3862-3871.

图/表 15

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参考文献 21

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名称	规格/设计参数
储能电站容量	20 MW/10 MWh
升压变压器容量	2500 kVA
升压变压器额定电压	37±2×2.5%/0.4/0.4 kV
储能变流器(PCS)额定功率	500 kW
储能变流器(PCS)直流工作电压	500～850 V
储能变流器(PCS)交流最大电流	1008 A
单体电池容量	92 Ah，LFP
通信协议	IEC104、CAN

参数名称	赋值	单位	范围	备注
基准频率	50	Hz	50～60	—
高频保护值(异常值)	51	Hz	50～51(电网装机容量在300万千瓦及以上的，为±0.2；300万千瓦及以下的，为±0.5)	《供电营业规则》第五十三条(3)：在电力系统非正常状况下，供电频率允许偏差不应超过±1.0赫兹，采样频率偏离±1.0赫兹认为异常，闭锁调频功能
低频保护值(异常值)	49	Hz	49～50
频率死区上限(退出值)	50.05	Hz	50.05～50.2	基于储能电站装机容量、电网容量、储能寿命确定频率调节死区，避免频率调节反复动作
频率死区下限(退出值)	49.95	Hz	49.95～49.8	基于储能电站装机容量、电网容量、储能寿命确定频率调节死区，避免频率调节反复动作
上调触发频率	50.1	Hz	50.1～50.2	把触发频率偏离值大于死区频率值，降低储能电站的频繁出力，建设储能退出时的冲击
下调触发频率	49.9	Hz	49.9～49.8	把触发频率偏离值大于死区频率值，降低储能电站的频繁出力，建设储能退出时的冲击
调差率	0.025%	—	0.5%～3%	—

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Lithium battery energy storage power station primary frequency modulation design optimization and verification

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