ESK储能双向变流器技术方案

1.6 宽频率范围运行功能
双向变流器采用基于矢量变换的数字锁相技术，当电网电压频率有较大波动
时，变流器仍能够快速准确跟踪电网电压的频率和相位，使得变流器能在宽泛的
频率范围内正常运行，并且变流器频率异常耐受的范围(45-55Hz)和保护动作时
间可通过就地控制器分段设置。 变流器频率工作范围： 45～55Hz
判断阈值设定范围：下限 45～49.5Hz ；上限 50.5～55Hz
动作延时设定范围： 0.2s～持续运行
表 1 频率异常响应特性
频率范围运行方式源自低于 45Hz变流器欠频停机 4
45～48Hz
能够连续运行或根据判断阈值动作，延时时间和阀值可设，同时具备 0.2s 内转 为放电模式的能力
48 Hz ~49.5Hz
1、功能与指标
1.1 能量双向流动功能
ES-500K 双向变流器实现双向充放电功能，既可以工作在有源逆变模式，实
现直流到交流的变换向电网输送电能，如图 1 所示，也可以工作在有源整流模式，
实现交流到直流的变换，从电网吸收电能储存在电池中如图 2 所示。
直流电能
储能双向变流器
交流电能
变压器
交流电能
蓄电池堆
交流开 关柜
开关柜
蓄电池堆
直流电能
变流器工作在有源整流状态
图 1 有源逆变模式
储能双向变流器 交流电能
交流开 关柜
变压器
交流电能 开关柜
变流器工作在有源逆变状态
图 2 有源整流模式
1.2 有功/无功功率（P/Q）控制功能 ES-500K 双向变流器采用了电网电压定向的矢量控制，实现了有功和无功功
率的正交解耦，实现了功率的解耦控制。同时根据瞬时功率理论，也实现了有功 和无功功率的瞬时控制。可根据储能监控系统运行控制指令等信号自动调节有功 /无功功率的输出与吸收，并快速准确响应。 有功功率最大调节范围： ±500kW(充电：－发电：＋) 无功功率最大调节范围： ±500kVar(进相：－滞相：＋) 有功功率额定调节范围： ±500kW(充电：－发电：＋)
1
离网（1MW，两机并联）功能，已完成相关评测，并稳定运行中。 ES-500K 储能双向变流器具有功率控制响应速度快，精度高，效率高，系统
稳定性好的优点，能够充分满足电池储能系统的功能与性能需要。其直流侧电池 推荐的组串额定电压 700V，工作电压可满足 500～900V，交流侧额定电压为 380V， 最大效率 98.0%，欧洲效率 97.2%。
2
无功功率额定调节范围： ±500kVar(进相：－滞相：＋)
系统设定参数：
有功功率值（kW），无功功率值（kVar）
1.3 电压无功调节功能 ES-500K 双向变流器可根据交流侧电压水平、储能电站监控系统发出的控制
指令等信号，在一定范围内实时跟踪调节无功输出，达到抑制电网电压过高/过 低和剧烈波动，直到电压恢复的目的。基本控制策略如下： 由无功负荷造成的电网电压过高—〉变流器发出滞相无功功率； 由无功负荷造成的电网电压过低—〉变流器发出进相无功功率；
3
I
OCP
I max
功率 控制
模式
IN
电流控制模式
功率控制模式
nUN 1.1
t/s
1.0
电网故障引起的电压跌落
0.9
0.8
0.6
必须保持并网
可以从电网切除
运行
0.4
0.2
0
−1 0 T 1
T2
T 1 = 1s
T 2 = 3s t/s
图 3 低电压耐受功能示意
同类型主回路产品 SEE-500K 已通过中国电力科学研究院低电压穿越认证。
一、 双向变流器方案
双向变流器是构成电池储能系统的一个重要组成部分。双向变流器的功能和 性能，对于整个电池储能系统的功能实现和性能优劣，以及系统的安全性，可靠 性具有决定性的影响。
本系统 15MW 储能变流器由 30 台 500kVA 储能变流器组成。 单台变流器采用我公司最新的第二代 ES-500K 储能变流器。该变流器主要 特点是： 单级无 DC/DC 结构，转化效率高，更具市场推广意义 索英电气 ES-500K 采用一级 DC/AC 变换，省略了一级 DC/DC，在提升 1%~2% 的系统效率的同时，大大降低了装置控制复杂程度，降低了控制难度，提升了系 统响应速度。技术上更先进，更具长期市场推广意义。 根据铅酸、锂离子电池、超级电容目前的技术条件及实际案例应用经验，其 组串电压都完全可以串联至 700V 左右，如此既减小了电流大小，提高了整体效 率，也减少了并联的组数，降低了因组串间可能的差异而导致的环流。 无变压器直接并联，转化效率更高 索英电气为国家风光储输示范工程(一期)所提供的磷酸铁锂储能系统，双向 变流器在交流 380V 直接无变压器并联，经过实际验证，系统在克服了变流器无 变压器并联的谐振、EMI 干扰等核心技术难题后，取得了优异的整体性能。该系 统在评测中与同期项目其他系统相比，能量转换效率最高（省略掉 DC/DC 和设 备变压器，最大效率可达 98.5%以上）、调度响应最快（实测电网调度响应时间 1s 以下，包含通讯、控制等延滞）、系统最稳定、与上位监控系统通讯最友好等， 在项目中得到示范项目业主和监控系统协作方的一致好评。 新一代 ES-500K，结构更优化、性能更稳定 本系统单台变流器采用索英电气最新的第二代 ES-500K 储能变流器，该变 流器在经过国家风光储输示范工程(一期)项目验证的第一代 ES-500K 变流器基 础上升级而成。与原机型相比，该机型结构更优化、体积更小，节省了安装空间， 性能更稳定。该机型在南方电网 1MW“分布式储能系统”项目中应用，具备并、
当电网发生故障引起电网电压跌落时，变流器为输出系统调度需要的功率， 输出电流会大幅增加，为增强变流器的电网电压异常耐受能力，避免触发变流器 的过流保护值，引起变流器停机。当输出电流达到变流器最大值时，变流器退出 功率控制模式，进入电流控制模式，输出电流被控制在变流器的最大值，使其不 会触发过流保护值，三秒钟之后若变流器仍然工作在最大电流控制模式，则变流 器脱离与电网的连接，进入保护模式。若按照上位机（就地监测单元或储能电站 监控系统）发出的功率调度指令输出的电流没有达到变流器最大值，则变流器工 作在功率控制模式，按照上位机的调度指令运行。运行模式的切换如 0 所示。 OCP 为过流保护点。
表 2 ES-500K 储能双向变流器技术参数
最大直流电压 直流电压工作范围
直流额定电压 直流额定电流 最大直流功率 最大输入电流
额定输出功率 额定交流电压 额定交流电流 工作交流电压范围 额定交流频率 工作交流频率范围
最大效率 欧洲效率 允许环境温度
直流侧参数 交流侧参数
系统参数
900V（dc） 600～900V（dc）
短路保护 设备过温保护 极性反接保护
额定电网电压 允许电网电压范围
额定电网频率 允许电网频率范围 额定功率下的功率因数 功率因数可调范围 最大总谐波失真
过载能力 低电压穿越功能 反孤岛保护功能
额定输出电压 电压精度
额定输出频率 电压动态变动范围 频率动态变动范围
过欠压保护
外形尺寸（WxHxD） 重量
能够连续运行或根据判断阈值动作，延时时间和阀值可设，同时具备 0.2s 内转 为放电模式的能力
49.5 Hz ~50.2Hz
连续运行
50.2 Hz ~50.5Hz
能够连续运行或根据判断阈值动作，延时时间和阀值可设，同时具备 0.2s 内转 为充电模式的能力
高于 50.5Hz
在 0.2s 内停止送电，并转为充电模式
双向变流器的调节方式、参考电压、电压调整率、功率因数等参数可由储能 电站监控系统远程设定。 1.4 并网电压异常耐受能力
变流器具有较强的耐受电压异常能力，变流器交流输出端三相电压的允许偏 差为额定电压的+10%、-15%。 1.5 低电压穿越能力(LVRT)
ES-500K 具有低电压穿越能力。在电网电压异常时通过对输出电流瞬时限制 保持并网，起到对电网的电源支撑作用。
700V（dc） 730A 560kW 933A
500kW 380V(ac)
760A ±15%(ac)
50Hz 48~50.5Hz
97.8%(含控制损耗) 97.0%(含控制损耗)
-25～+55℃
5
允许相对湿度 冷却方式
功率控制功能 蓄电池充放电功能
离网运行功能 远程通讯功能
直流过、欠压保护 交流过、欠压保护 交流过、欠频保护
1.7 通信接口与监控功能 双向变流器具备与电池管理系统（BMS）、微网监控中心的通信接口。双
向变流器能够与电池管理系统通信，获取电池系统电压、电流、SOC、故障告警 信息等；能将自身运行信息上送至就地监控系统系统；同时，变流器与储能电站 监控系统直接通信，开放功率调节功能、参数设定功能等通信接口，满足电网运 行控制系统控制要求。
青海项目 PCS 技术方案
北京索英电气技术有限公司 二〇一五年四月
目录
一、 双向变流器方案...................................................................................................................1 1、 功能与指标 ......................................................................................................................2 1.1 能量双向流动功能.........................................................................................................2 1.2 有功/无功功率（P/Q）控制功能 .................................................................................2 1.3 电压无功调节功能.........................................................................................................3 1.4 并网电压异常耐受能力.................................................................................................3 1.5 低电压穿越能力(LVRT) ..................................................................................................3 1.6 宽频率范围运行功能.....................................................................................................4 1.7 通信接口与监控功能.....................................................................................................5 2、 系统构成 ..........................................................................................................................7 3、 结构和工艺 ......................................................................................................................9 4、 本机监控与通讯.............................................................................................................11