電化學儲能系統接入電網現場檢測方案①

胡 旦，楊智皋，顧正建

(國家高端儲能產品質量檢驗檢測中心(江蘇)，江蘇 無錫 214028)

1 電化學儲能系統標準概述

近年來，隨著新能源產業的高速發展，以鋰離子電池為代表的電化學儲能載體的應用已從消費類和動力類領域逐步擴展到儲能領域，從而帶動了電化學儲能系統的同步發展[1-5]。隨著全國儲能電站、光儲充一站式結構體數量的不斷增加，其驗收方案和運行評價方法的發展也在逐步加速[6,7]。

電化學儲能系統指以電化學電池為儲能載體，通過儲能變流器進行可循環電能存儲、釋放的系統，一般包含電池系統、儲能變流器及相關輔助設施等[8]。近年來，電化學儲能系統或儲能電站相關的國家標準主要有GB/T 36547-2018《電化學儲能系統接入電網技術規定》[9]；GB/T 36548-2018《電化學儲能系統接入電網測試規范》[10]；GB/T 36549-2018《電化學儲能電站運行指標及評價》[11]；GB/T 36558-2018《電力系統電化學儲能系統通用技術條件》[12]和GB/T 40090-2021《儲能電站運行維護規程》[13]。GB/T 36547-2018和GB/T 36548-2018主要從基本性能、基礎功能、電能質量、電網適應性、系統反應時間、功率調控能力、電網故障應對能力等方面對儲能系統進行宏觀的評價。GB/T 36558-2018則將儲能載體分為鉛炭電池、鋰離子電池和全釩液流電池，并將評價內容進一步延伸，從電池單元、儲能變流器，到電池模組、電池管理系統，再到電池單體的微觀層面。GB/T 36547-2018、GB/T 36548-2018和GB/T 36558-2018在內容上關聯度較高。以鋰離子電池為儲能載體的系統為例，GB/T 36547-2018和GB/T 36548-2018所涵蓋的儲能系統相關內容通過GB/T 36558-2018的“橋梁”作用，與GB/T 36276-2018《電力儲能用鋰離子電池》[14]進一步關聯，使得鋰離子電池三大應用(消費、動力、儲能)之一的儲能分支在標準體系上得到了內容方面的擴充，對鋰離子電池儲能應用相關行業的發展具有重要作用和深遠意義[15]。

就現行標準而言，GB/T 36547-2018、GB/T 36548-2018和GB/T 36558-2018共同構成了針對電化學儲能系統的評價和測試方法體系，對于電化學儲能電站的驗收具有較高的指導意義。而GB/T 36549-2018和GB/T 40090-2021主要側重于儲能電站在運行過程中的維護與評價。GB/T 36549-2018側重于儲能電站整體的電能使用能力、使用過程能效和故障率，通過權重評分的形式將電站的綜合效益量化。GB/T 40090-2021主要涉及儲能電站的巡檢內容、故障及異常排除方法和日常維護要求等，有助于保障電站處于安全、高效的運行狀態，從而提高綜合效益[16]。

本文主要圍繞GB/T 36547-2018、GB/T 36548-2018展開電化學儲能系統接入電網現場檢測方法的研究。首先，研究梳理標準中各項檢測內容，明確具體流程、檢測要求、判定依據等關鍵信息；其次，根據標準內容制定現場檢測方案，并結合實際現場檢測過程分析匯總方案中存在的問題。最后，總結論證可操作性強、效率高、嚴格符合標準要求的現場檢測方案。

2 GB/T 36547-2018與GB/T 36548-2018解讀

GB/T 36547-2018與GB/T 36548-2018規定電化學儲能系統接入電網共有檢測項目21項，如表1所示。其中第15—21項涉及電網模擬設備或僅需現場檢查記錄，第1—14項現場檢測必要性高、可操作性強，故作為現場檢測方案重點討論對象。

前14個檢測項目中，可預期測試時間的項目累計需要至少9.12 h可完成，“額定能量”和“額定功率能量轉換效率”的測試時間需結合儲能電站技術參數和現場實際情況確定，因此討論時間時將其排除在外。

表1中編號為1—14的檢測項目，其具體步驟統計于表2。具體表達方式為功率設定值加步驟持續時間，如“-0.25PN 30 s”表示以儲能系統額定功率PN的0.25倍充電30 s。

由表2可知，“電壓不平衡度”與“諧波”測試、“充電響應時間”與“充電調節時間”測試、“放電響應時間”與“放電調節時間”測試、“額定能量”與“額定功率能量轉換效率”測試的步驟完全一致；“充電到放電轉換時間”與“放電到充電轉換時間”測試的步驟部分重疊，并與“額定能量”測試的步驟重疊。因此，在實際現場檢測過程中，為了簡化現場操作過程和提高檢測效率，可將參數調節過程合并，即僅通過一個流程同步完成“電壓不平衡度”與“諧波”測試。同理，其他具體步驟一致的測試也可由一個流程同步完成。最終通過這種步驟精簡的方式可實現編號為8、9、10、11的測試項目同步完成，4、6同步完成，5、7同步完成，2、3同步完成。而編號為1、12、13、14的測試項目需要通過獨立的參數調節過程完成。

此外，8號測試項目最終步驟與1號測試項目(兩種模式順序可調換)首個步驟內容一致，均為“PN 30 s”；1號測試項目兩個模式的首尾步驟內容一致，均為“0PN 30 s”。因此，均考慮合并以省去2個工步。

表1 檢測項目統計Table 1 Statistics of test items.

表2 電化學儲能系統接入電網現場檢測項目步驟統計Table 2 Statistics of field test steps of EESS connected to power grid.

續表

3 現場檢測方案制定

現場檢測過程的可操作性和檢測效率至關重要，除受檢測設備、現場條件等客觀因素的影響以外，全面、高效的實施方案可以大幅提高現場工作效率。在實際儲能系統的現場檢測中，大部分測試項目對于起始狀態有一定的要求，比如2號測試項目的充電模式下，假設完成測試時會向系統累計充電1 MWh，那么對于4 MWh的系統，理論上就必須在荷電0～3 MWh的狀態下開始才能順利完成，否則將出現測試中斷的現象，從而降低現場工作效率。而10號(11號同步)測試項目的內容為在任意狀態下開始測試，接著通過3個完整充放電過程將系統狀態調節為完全放電狀態。因此將其設定為現場檢測的首項工作內容，可以省去儲能系統狀態調節時間，同時還可以明確儲能系統的狀態為完全放電態，后續測試項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號測試內容最終可轉化為圖1a所示輸入信號設置流程和圖2所示工步流程。

綜上所述，按照圖1a和圖2所示的設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)號檢測項目。12號項目涉及過載，13、14號項目涉及無功調節，因此需要通過圖1b、1c、1d所示過程分別獨立完成。其中測試都在0時刻開始，圖1a中t1表示完成額定功率下3個完整充放電循環的時刻。

4 結果分析

采用上述對檢測項目科學整合排序以精簡檢測步驟方式可以大幅提高現場工作效率，最終方案具備效率高、可行性高等優勢，一次設置即可完成1—11號檢測項目，降低了現場工作的復雜程度。按照圖1a和圖2所示，最終方案中除去無法預計時間的檢測項目以外，1—11號項目所需時間僅為單項時間累計的50%(140 40 s/28 020 s)，所有14個項目實際所需時間僅為單項時間累計的57%(188 40 s/328 20 s)，即實際現場檢測方案可節省40%以上的時間。需要特別指出的是，在儲能系統允許調節頻率較低(無法實現每30s變化功率)的情況下，現場工作所需時間將大大加長，該方案節省的絕對時間也會成倍增加，這對于減少現場檢測工作中的資源消耗和降低現場工作難度等均具有重要意義。

圖1 現場檢測參數設置流程Fig.1 Flow chart of field test parameter setting.

圖2 現場檢測方案工步流程Fig.2 Flow chart of field test program.

5 結論

GB/T 36547-2018、GB/T 36548-2018規定了21項電化學儲能系統接入電網的檢測內容。本文分析了21項檢測參數的試驗方法、技術要求及檢測時耗等。在此基礎上，首先通過分析試驗方法和實際操作，確定將現場檢測必要性高、可操作性強的14個檢測項目作為重點討論對象；接著對檢測項目進行科學整合排序，精簡檢測工步；最終確定現場檢測方案。最終方案僅需對儲能系統做一次設定操作即可連續完成11項內容的測試，降低了現場工作復雜程度，提高了工作效率，并且累計可節省現場工作時間40%以上。提出的現場檢測方案實用性強、效率高，可順利完成電化學儲能系統接入電網的科學檢測，用于電化學儲能系統的驗收或基本評價。