作者：甘生元1，李相俊2（1．青海時代新能源科技有限公司，青海 西寧810000；2．新能源與儲能運行控制國家重點實驗室（中國電力科學

研究院），北京100192）丨《供用電》

概要：格爾木時代新能源50MWp并網光伏電站是當時國內首座規模最大的商業化光儲聯合電站，包含50MWp光伏電站及15MW/18MWh鋰離子電池儲能電站。

本文重點闡述了光伏發電系統、鋰電池儲能系統的組成及系統集成，介紹了光儲電站的運行模式及控制策略，并結合實際運行結果進行驗證。理論和實踐表明，光儲聯合發電模式具有可行性，符合新能源并網的要求，是解決大規模集中式光伏發電送出和消納難題的重要途徑之一，對新能源大規模并網具有一定的示范作用。

1 工程概況及系統集成技術介紹

格爾木市年日照總時數達3 061.1h，年太陽總輻射量約為6 788MJ/m2，是青海省太陽輻射資源較好的地區之一，非常適宜建設光伏電站。

本電站位于青海格爾木東出口光伏發電園區，距格爾木市中心東側約20km，南距109國道約1km，場地占地面積1.13km2，站址平均海拔2 800~2 900m。工程主要包含光伏電站1座、儲能電站1座、35kV開關站1座。

1.1 光伏系統

光伏電站設計容量為50MWp，實際安裝容量為53.545 68MWp，全部采用310Wp多晶組件，以固定支架方式安裝，共設50個常規集中式1MWp子方陣，光伏區面積為 1.02015km2。光伏組件主要技術參數見表1。

表1　光伏電池組件主要技術參數

35kV開關站采用單母線接線方式，配置出線柜2面、光伏進線柜5面、儲能進線柜1面、接地變壓器柜1面、無功補償進線柜1面；同時開關站配置接地變壓器及消弧線圈成套裝置1套（接地變壓器兼做站用變壓器），無功補償裝置1套（±12.5Mvar），主接線圖見圖1。

圖1　電站主接線圖

1.2 鋰離子電池儲能系統

儲能系統裝機總容量為15MW/18MWh，安裝于占地面積為1 965m2的儲能樓內，已全部投入生產。整套儲能系統由5個 3MW/3.6MWh儲能單元組成，每個儲能單元由1個配電室、1個變流器室、1個電池室組成。配電室內主要是開關柜和升壓變壓器等設備。變流器室內主要是6臺500kW儲能雙向變流器、就地監控裝置、UPS及配電柜等設備。電池室內主要是24臺電池柜、6臺電池總控柜等設備。整套磷酸鐵鋰電池儲能裝置安裝了200Ah 單體電池28 560節。

1.2.1 電池單體

本儲能系統全部采用CATL生產的200Ah磷酸鐵鋰（LFP）方形鋼殼電芯，參數見表2。

表2　單體電池參數

1.2.2 電池箱

14個200Ah的單體電芯串聯，加上1個電池監控電路（CSC）及1個鐵箱組裝成1個標準電池模塊（電池箱），其參數見表3。

表3　電池模塊（電池箱）參數表

1.2.3 電池柜

17個電池模塊（電池箱）串聯，加上1個電池主控箱（包含高壓檢測、預充電線路、維護開關、繼電器、保險絲等），集成在1個具有散熱功能的鐵柜內，組成1個標準電池柜，其參數見表4。

表4　電池柜參數表

1.2.4 500kW/600kWh儲能機組

500kW/600kWh儲能機組包括1臺500kW雙向變流器、4個150kWh電池柜和1個總控柜，4個電池柜的直流母線在總控柜處匯流，通過總控柜與儲能雙向變流器（PCS）直流側相連，見圖2?？偪毓駜扔须姵毓芾硐到y及電池上位機監控軟件，對600kWh電池系統進行監控及管理，同時負責與PCS進行通信。

圖2　500kW/600kWh儲能機組

1.2.5 15MW/18MWh 儲能系統

6個500kW/600kWh 儲能機組在3MW升壓變壓器低壓側匯流，加上一套就地監控裝置，組成一個3MW/3.6MWh儲能單元，就地監控裝置對單元內電池和PCS進行監視，同時與后臺監控進行通信。5個3MW/3.6MWh儲能單元在開關站內35kV儲能開關柜內匯流，接入站內35kV電網。

1.2.6 大規模鋰電池儲能電池管理系統

CATL自行開發并生產的與電池特性相匹配的大規模鋰電池儲能電池管理系統（battery managementsystem，BMS），包括：電池監控電路（CSC）、電流檢測單元（CSU）、從電池管理單元（SBMU）、主電池管理單元（MBMU）、指示燈板（LDP）、絕緣監控模塊（IMM）、Mini_UPS和電池監控系統（上位機）。BMS結構見圖3。

圖3　BMS結構

1.2.7 電池均衡技術

通過單片機控制雙向DC/DC電路、雙向極性切換電路以及雙向開關矩陣，實現了對電池模組內各單體電池的分時充/放電均衡，均衡電流可達0.98A，并實現了均衡能量的回饋利用。均衡原理見圖4。

圖4　電池均衡原理圖

1.2.8 儲能雙向變流器

儲能雙向變流器（PCS）單臺額定功率為500kW，數量是30臺，PCS的主要性能參數見表5。

表5　PCS的主要參數

1.3 光儲聯合發電站監控系統

光伏監控系統負責對光伏電站所有設備進行監控；儲能監控系統負責對儲能電站所有儲能設備進行監控。光儲聯合能量管理系統分別與光伏監控系統（通過遠動裝置）和儲能監控系統（直連）進行信息的交互，并可以對整個光儲聯合發電系統進行協調管理和控制，提高光伏并網發電量。通過遠動裝置，將光儲聯合發電系統、光伏監控系統、儲能監控系統的關鍵信息傳輸至上層調度系統。

光儲聯合能量管理系統分別與儲能監控系統、光伏監控系統（通過遠動裝置）基于IEC-104通信協議進行遙測、遙信、遙控、遙調等監控信息的實時交互，見圖5。

圖5　光儲聯合發電系統監控拓撲結構

2 運行模式及控制策略

光儲聯合發電控制系統可根據調度計劃，對光伏系統、儲能系統和變電站進行全景監測與控制。為最大限度提升光伏系統上網電量，目前聯合發電系統采用跟蹤計劃發電的運行模式。

光儲聯合監控在收到調度下發給電站的出力計劃后，結合光伏實際發電情況、光功率預測、儲能電池荷電狀態（state of charge，SOC），生成儲能電站出力計劃，并及時下發給儲能監控系統。儲能監控系統通過實時調節各儲能變流器的充放電功率，盡可能減少棄光的同時，使光伏多發電，同時保證光儲聯合出力不超過調度目標值，實現光儲聯合發電像常規電源一樣可以完成計劃發電工作。跟蹤光伏發電調度計劃的控制方法如下。

首先，由光伏監控系統提供的光伏發電實時功率值Ppv和調度下發的跟蹤發電計劃值Pplan來計算儲能電站總功率需求值Pbess：

然后，儲能監控系統基于各儲能變流器單元i的荷電狀態SOCi計算各儲能變流器單元的功率命令值。本文設定放電狀態下儲能電站總功率需求為正值，充電狀態下儲能電站總功率需求為負值。當基于式（1）計算的儲能電站總功率需求為正值時，各儲能變流器單元的功率命令值Pi為：

當基于式（1）計算的儲能電站總功率需求為負值時，各儲能變流器單元的功率命令值Pi為：

通過儲能監控系統將各儲能變流器的功率命令值下發給儲能電站中的各儲能變流器，從而實現儲能電站的充放電工作。

3 實際運行效果

3.1 晴天天氣時的運行效果分析

晴天時的跟蹤調度計劃出力效果圖見圖6。由圖6可見，早上光伏發電跟蹤調度計劃發電，光伏發電直接全部上網。10:00左右，光伏實時總有功開始超過調度總需求，在光儲聯合能量管理系統的控制下，儲能開始投入運行，光伏發電以不限電狀態繼續發電，一部分直接上網，一部分給儲能系統充電，光伏儲能總有功不超過調度總需求。11:10左右，儲能充電功率達到系統設定的運行功率，光伏開始以限電狀態發電；12:50左右，儲能系統充滿電，光伏直接跟蹤調度計劃發電；17:20左右，光伏實時總有功開始低于調度總需求，在光儲聯合能量管理系統的控制下，儲能開始投入運行，光伏發電以不限電狀態發電，功率不足部分儲能放電補充。19:15左右，儲能電量放空，光伏發電以不限電狀態繼續發電直至太陽落山。

圖6　跟蹤調度計劃出力效果圖?。ㄇ缣欤?/p>

由圖6曲線可知，晴天天氣時儲能系統投入運行時間長，可以做一個完整的滿充滿放循環，儲能上網電量受儲能配置的額定容量限制，光儲聯合出力符合調度總需求，并且能高效跟蹤調度需求。

3.2 陰天天氣時的運行效果分析

陰天時的跟蹤調度計劃出力效果圖見圖7。由圖7可見，大部分時間光伏直接跟蹤調度計劃發電，光伏發電直接全部上網。14:30—17:00，光伏實時總有功開始超過調度總需求，在光儲聯合能量管理系統的控制下，儲能開始投入運行，光伏發電繼續以不限電狀態發電，一部分直接上網，一部分給儲能系統充電。17:00—18:00，光伏實時總有功開始低于調度總需求，在光儲聯合能量管理系統的控制下，儲能開始投入運行，光伏發電以不限電狀態發電，功率不足部分儲能放電補充。

圖7　跟蹤調度計劃出力效果圖（陰天）

由圖7曲線可知，陰天天氣時，儲能投入運行的時間短，且功率波動比較大，儲能上網電量少，光儲聯合出力符合調度總需求，并且能高效跟蹤調度需求。

3.3 多云天氣時的運行效果分析

多云時的跟蹤調度計劃出力效果圖見圖8。

圖8　跟蹤調度計劃出力效果圖（多云天氣）

由圖8可見，早上光伏發電跟蹤調度計劃發電，光伏發電直接全部上網。11:00左右，光伏實時總有功開始超過調度總需求，在光儲聯合能量管理系統的控制下，儲能開始投入運行，光伏發電繼續以不限電狀態發電，一部分直接上網，一部分給儲能系統充電，光伏儲能總有功不超過調度總需求。12:50左右，儲能系統充滿電。13:00—17:30，因為天氣變化頻繁，在光儲聯合能量管理系統的控制下，光伏發電有時不限電，有時限電，儲能系統有時放電，有時充電，功率變化頻繁。由圖8曲線可知，多云天氣，儲能系統投入運行時間長，充放電切換頻繁，可以作多次充放電循環，儲能上網電量比較多，光儲聯合出力符合調度總需求，并且可以高效跟蹤調度需求。

從上述運行數據分析結果和曲線可知，依據限制光伏發電的不同，儲能對光伏電站減少棄光發電量和改善電能質量確實起到了一定作用。

4 總結

格爾木時代新能源50MWp光伏/15MW電池儲能聯合電站系統運行至今狀態穩定。通過半年多的運行實踐，初步認為光儲聯合發電模式具備可行性，符合新能源并網的要求，是解決大規模集中式光伏發電送出和消納難題的重要途徑之一，對新能源大規模并網具有一定的示范作用。將為青海乃至全國的大規模光伏電站出現的“棄光限電”問題，探索有效的解決方案，為大規模集中式光伏發電的送出和消納提供數據支撐。后續將依據光儲聯合發電站運行的歷史數據，對電站運行狀態進行綜合分析與評估。

END.