[科普中國]-充放儲一體化電站

簡介

隨著環(huán)境和能源問題的日益嚴峻，電動汽車(Electric Vehicle, EV)和可再生能源發(fā)電(Renewable Energy Generation, REG)應(yīng)運而生。電動汽車具有節(jié)能環(huán)保的優(yōu)勢，可以避免傳統(tǒng)燃油汽車環(huán)境污染嚴重、石油消耗量大的缺點2，可再生能源發(fā)電則可有效緩解當前電力需求緊張的局面，實現(xiàn)能源戰(zhàn)略的可持續(xù)發(fā)展[[3],[4]。發(fā)展電動汽車必須建設(shè)與之配套的充電站，而可再生能源技術(shù)的可靠運用則離不開儲能技術(shù)的發(fā)展，同時二者的發(fā)展還推動了各自產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展，對國民工業(yè)有著重要意義。

電動汽車充電站的建設(shè)動力來源于電動汽車行業(yè)的蓬勃發(fā)展，從世界范圍來看，日本和美國的電動汽車技術(shù)發(fā)展速度最快。從上世紀90年代中后期開始日本政府和企業(yè)對燃料電池汽車行業(yè)投入了巨額資金，隨著鏗電池性能的提高和價格的不斷下降，日本政府開始著力發(fā)展電動汽車，各汽車公司也及時調(diào)整了方向。在美國，奧巴馬總統(tǒng)制定了2015年以前讓100萬輛電動車上路的目標，政府的鼓勵措施讓各電動汽車生產(chǎn)商積極參與市場競爭。隨著國內(nèi)汽車工業(yè)的飛速發(fā)展，國家相繼將新能源和新能源汽車列入戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)加以重點扶持，電動汽車己進入快速發(fā)展時期。根據(jù)《電動汽車科技發(fā)展“十二五’，專項規(guī)劃》，2015年我國電動汽車保有量將達到100萬輛，2020年將達到500萬輛，同時電動汽車充電站等相應(yīng)基礎(chǔ)設(shè)施的規(guī)劃和建設(shè)也將相應(yīng)啟動。

儲能技術(shù)的發(fā)展是高可靠性供電和新能源發(fā)電技術(shù)運用的必然趨勢，它作為電網(wǎng)運行“采發(fā)輸配用儲”六大環(huán)節(jié)中的重要組成部分，受到各國能源、電力、交通等部門的高度重視。在配置大規(guī)模高效儲能裝置后，可以保證區(qū)域關(guān)鍵負荷的不間斷供電，為電能質(zhì)量要求高的國家重要部門和企業(yè)提供備用電源;其次，儲能裝置可以提高系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，有效實現(xiàn)需求側(cè)管理及電網(wǎng)負荷的“削峰填谷”，提升電力設(shè)備的利用率，降低旋轉(zhuǎn)設(shè)備容量和供電成本;此外，儲能技術(shù)的運用還可以解決發(fā)電與用電的時差矛盾，調(diào)節(jié)電能品質(zhì)，消除光伏、風力等間歇式可再生能源發(fā)電直接并網(wǎng)時對電網(wǎng)沖擊，進而促進可再生能源的發(fā)展?？梢灶A計，隨著城市電網(wǎng)峰谷差日益擴大，且不斷增加的分布式間歇性可再生能源對電網(wǎng)安全影響日趨明顯，儲能系統(tǒng)作為輸電網(wǎng)與配電網(wǎng)之間的紐帶，在未來智能電網(wǎng)( Smart Grids, SG架構(gòu)中將承擔越來越重要的角色。

將電動汽車充電站與電力儲能電站以及常規(guī)變電站的功能相結(jié)合，可構(gòu)建新型的充放儲一體化電站，它融合了三者的優(yōu)勢，具有占地面積小、功能多樣化、運營成本優(yōu)等諸多技術(shù)優(yōu)勢[}lo},}ll}。隨著光伏、風力等新能源發(fā)電技術(shù)的快速發(fā)展，分布式能源向電網(wǎng)的滲透率日益增高，多能源輸入的配網(wǎng)系統(tǒng)己經(jīng)成為一種趨勢，將新能源輸入充放儲一體化電站，可以有效地提高其運行的經(jīng)濟性能。正是由于充放儲一體化電站功能的多樣化，作為儲能電池與電網(wǎng)接口的電力電子變換裝置在其中占據(jù)著重要地位，合適的功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)(Power Conditioning System, PCS)能大幅提升充放儲一體化電站的運營效率和經(jīng)濟性能。

充放儲一體化電站發(fā)展現(xiàn)狀及運用電動汽車充電站電動汽車充換電站的研究和建設(shè)因其重大意義而受到國內(nèi)外眾多電力企業(yè)、汽車企業(yè)和相關(guān)研究機構(gòu)的重視1巴黎是最早將清潔能源汽車引入公交系統(tǒng)的城市，法國電力公司積極建設(shè)電動汽車充電設(shè)施，并組建了電池租賃公司，截止2008年，法國共有1萬多輛各類電動汽車，200座公共充電站。2009年3月，駐扎在歐盟國家的約20多家汽車和能源企業(yè)宣布建立聯(lián)盟，來共同制定電動汽車統(tǒng)一使用的充電站和充電設(shè)備標準。美國的Better Place公司與舊金山市擬投資10億美元在加州建設(shè)充電網(wǎng)絡(luò)，該公司還與以色列、丹麥、澳大利亞、日本、加拿大等國外相關(guān)部和企業(yè)開展合作，籌建電池更換式充電站。日本東京電力公司于2010年東京率先建成200多座充電站，并預計三年后將增加到1000座以上，日產(chǎn)汽車、住友商事等日本公司則共同規(guī)劃2020年前再設(shè)立4000個電動汽車充電站為購買電動汽車的消費者提供更加便利的服務(wù)。

近年來，國內(nèi)各省市積極開展電動汽車充電站示范工程的建設(shè)工作2009年1月，由國家科技部、財政部、發(fā)改委、工業(yè)和信息化部聯(lián)合推出了十城千輛節(jié)能與新能源汽車示范推廣應(yīng)用工程，確定了參與該工程的三批共25個城市。經(jīng)過幾年發(fā)展，電動汽車重大科技專項在全國建立了上海、北京、天津、杭州、武漢、威海、株洲等7個電動汽車商業(yè)化示范城市，其中上海、北京、杭州、株洲等城市針對示范車型的特點，建設(shè)了各具特色的電動汽車充電服務(wù)設(shè)施。截止2011年底，我國己建成電動汽車充電站314座，電動汽車交流充電樁超過1.6萬個。

此外，國內(nèi)各大企業(yè)正加緊電動汽車充電設(shè)施的規(guī)劃和布局，國家電網(wǎng)制定了電動汽車能源供給模式和運營模式方案，計劃2015年前在全國建成1700座充電站和300萬個充電樁。南方電網(wǎng)也展開了電動汽車充電設(shè)施的布局，并計劃2012年底前在深圳建設(shè)89個充電站及2.95萬個充電樁。許多省市也針對自身的發(fā)展特點做了電動汽車充電站的建設(shè)規(guī)劃。深圳市政府明確將在全市所有住宅區(qū)、社會公共停車場中分批安裝新能源汽車充電樁，并計劃2012年底在全市28個住宅區(qū)、30個政府物業(yè)和社會停車場共安裝6900個充電樁。湖北省電力公司也計劃2012年內(nèi)建設(shè)15座大型充電站和150個交流充電樁。

儲能電站儲能電站建設(shè)的關(guān)鍵在于儲能技術(shù)的開發(fā)，許多發(fā)達國家都對此十分重視，特別是在美國、日本及歐盟各國，儲能技術(shù)的研究和應(yīng)用均得到了快速發(fā)展年起日本東京電氣公司聯(lián)合NGK公司展開了對硫化鈉電池作為儲能物質(zhì)的研究。美國電力公司于2002年9月研制了北美第一臺容量為SOOkW的硫化鈉(NaS)電池能量儲存系統(tǒng)(Battery Energy Storage System, BESS。美國阿拉斯加電網(wǎng)于2004年安裝了一臺峰值可達26.7MW的采用鎳福蓄電池的BESS，并可繼續(xù)對其進行擴充，最大容量可達到40M W。德國很早就對BESS在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用進行了研究，1979年研發(fā)了儲能測試設(shè)備，1981年完成了大規(guī)模鉛酸蓄電池儲能電池組，并組建了總?cè)萘繛?7MW的電池儲能系統(tǒng)，配備有兩組8.SMW電力轉(zhuǎn)換器。加拿大VRB動力系統(tǒng)公司開發(fā)了全釩液流電池(Vanadium Redox-flow Battery, VRB)儲能系統(tǒng)，并幫助包括美國、愛爾蘭、丹麥、意大利、南非、南非和澳洲金島等多個國家和地區(qū)建立了大規(guī)模儲能系統(tǒng)，涉及功用包括風/儲發(fā)電并網(wǎng)、削峰填谷、應(yīng)急備用電源、電信備用電源、風光互補發(fā)電、偏遠地區(qū)供電等。近年來，隨著新能源技術(shù)的發(fā)展及堅強智能電網(wǎng)(Strong Smart Grid, SSG)的提出，各國對儲能技術(shù)的發(fā)展達到了一個新的高潮。從美國SNL (Sandia National Laboratories), EPRI (Electric Power ResearchInstitute)和NREL (National Renewable Energy Laboratory )等機構(gòu)公布的數(shù)據(jù)來看，其立項或己完成的儲能系統(tǒng)涉及電池儲能(鉛酸蓄電池、鏗電池等)、液流電池儲能(嗅化鋅、硫化鈉、全釩液流電池等)、空氣壓縮儲能、飛輪儲能、超級電容儲能以及其它儲能方式(抽水儲能、超導儲能、燃料電池)等多種儲能方式的共35個系統(tǒng)。其中，由Primus Power和加州能源委員會、太平洋氣電公司、SNL, EPRI等合作開發(fā)的液流電池風場儲能示范系統(tǒng)，功率為25MW，容量則高達75MWh，該系統(tǒng)位于加州Modesto的中央峽谷，計劃2013年2月試運，有望可通過吸收和回饋電能實現(xiàn)負荷搬移、平抑風電間歇性的功率波動，改善電網(wǎng)電能質(zhì)量3。

2010年10月，中科院上海硅酸鹽所和上海電力公司合作研發(fā)儲能用鈉硫電池，實現(xiàn)了100kW/ 800kWh鈉硫電池儲能電站的并網(wǎng)運行，并在上海世博會期間對外進行了中試階段的成果展示。2011年4月，國內(nèi)第一個兆瓦級電池儲能站一一SMW鏗電池儲能站在深圳并網(wǎng)成功，標志著我國大容量電池儲能集成應(yīng)用技術(shù)取得實質(zhì)性進展。此外，近年來還出現(xiàn)了一系列的儲能電站示范基地，如上海電力公司槽溪能源轉(zhuǎn)換綜合展示基地中的1 SOkW鈉硫電池能量轉(zhuǎn)換裝置及120kW鏗電池能量轉(zhuǎn)換裝置;杭州電力公司古翠路電動汽車充換電站SOOkW鏗電池能量轉(zhuǎn)換裝置;國家風光儲輸示范工程(一期)SOOkW能量轉(zhuǎn)換裝置等。其中，國家風光儲輸示范項目是國家金太陽重點項目，以風光發(fā)電控制和儲能系統(tǒng)集成技術(shù)為重點，力求解決新能源大規(guī)模并網(wǎng)的技術(shù)難題。

充放儲一體化電站充放儲一體化電站兼具充電站和儲能電站的優(yōu)勢。在國外，美國加利福尼亞州Santa Monica市政府和愛迪生科技公司在美國能源局的協(xié)助下，在Santa Monica小鎮(zhèn)修建了一座太陽能充電站，該充電站服務(wù)的車輛全都是TOYOTARAV4電動車，充電站剩余的電力則供給位于充電站旁的小區(qū)活動中心。紐約長島建成了基于硫化鈉電動公交充電站系統(tǒng)，其功率為1MW容量為7.2MWh，系統(tǒng)由EnerNex公司開發(fā)，并邀請了紐約電力局、NGK, ABB公司、DOE及NYSERDA等公司及部門參與，該系統(tǒng)于2009年3月試運成功，滿足了長島公交站峰值功率并且提供了緊急的備用電力，系統(tǒng)每天能為站內(nèi)的天然氣壓縮機提供6至8小時高達1 MW的功率，并且在夜間用電低谷時從電網(wǎng)吸收電能，實現(xiàn)了電網(wǎng)負荷的削峰填谷3。

2011年7月，山東電力公司薛家島電動汽車智能充換儲放一體化電站試運成功，該一體化電站可同時為120輛電動公交車充電，配套建設(shè)的集中充電站可同時為360輛乘用車充電，電站還可同時滿足 280輛公交車的換電需求。在儲放功能上，公交車充換電站放電功率為700kW(峰值可達4.2MW，集中充電站最大儲放功率則可達4.32MW，電池梯次利用儲放電功率為2MW。該一體化電站實現(xiàn)低谷時存貯電能，并在用電高峰和緊急情況下向電網(wǎng)釋放電能，峰谷調(diào)節(jié)負荷為7.02MW(峰值可達10.52MW ) 0 2011年11月，上海嘉定安亭集中充換放儲一體化電站奠基，該電站作為國家“863”計劃實施“電動汽車智能充放儲一體化電站系統(tǒng)及工程示范”課題的配套工程，將具備電動汽車充放電、電池更換與電池儲能梯級利用等功能。

1.3

充放儲一體化電站功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)近年來，國內(nèi)外研究機構(gòu)和學者對充放儲一體化電站開展了大量的研究工作，研究領(lǐng)域主要涉及如圖1.1所示的幾個方面。充放儲一體化電站的建設(shè)和運營是一個復雜的系統(tǒng)工程，國內(nèi)外均處于探索階段，它涉及到電力系統(tǒng)、電力電子學、信息通信、經(jīng)濟學、結(jié)構(gòu)設(shè)計等多學科的問題，各學科也存在交叉之處。本文主要關(guān)注充放儲一體化電站功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)的能量變換和控制過程中存在的相關(guān)問題。

功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)在充放儲一體化電站中起著連接電網(wǎng)或負荷和儲能載體的紐帶作用，它集充放功能于一體，具有雙向功率調(diào)節(jié)的作用。下面分別介紹其供電方式、拓撲結(jié)構(gòu)和運行模式1。

功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)的供電方式充放儲一體化電站功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)的的供電方式如圖所示，分為交流母線供電、直流母線供電以及交直流母線混合供電三種。目前應(yīng)用比較多的是交流供電方式，介紹了幾種典型結(jié)構(gòu)，并比較了幾種構(gòu)成方式的設(shè)備購置和運行費用，得出了交直流母線供電方式具有較好經(jīng)濟性的結(jié)論，但是文中未考慮不同母線構(gòu)成中由于各變換器禍合帶來的系統(tǒng)可靠性問題。

功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)的拓撲結(jié)構(gòu)目前，高壓大容量的PCS還沒有成熟一致的主電路拓撲，用戶需根據(jù)不同的運用場合和電池組特性進行優(yōu)選[[29], [30]。從電路結(jié)構(gòu)來看，PCS主要有圖1.3所示的單級式、兩級式和組合式3種。圖1.3 (a)的單級式拓撲中，電池組通過DC/AC變換器直接到達端口1，一般會加升壓型隔離變壓器再與電網(wǎng)或負載相連，該型拓撲的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、能耗相對較低，適用于電網(wǎng)中分布式獨立電源并網(wǎng)。其主要缺點是儲能單元的容量選擇缺乏靈活性，對電池組的端電壓范圍有一定要求。圖1.3(b)所示的兩級式拓撲中，DC/DC環(huán)節(jié)可以適應(yīng)較寬的電池組端電壓，端口1處可不經(jīng)過變壓器直接與電網(wǎng)或負載相連，這種拓撲的主要優(yōu)點是適應(yīng)性強，所接電池組的配置可以更為靈活，缺點是多了一個DC/DC環(huán)節(jié)降低了系統(tǒng)轉(zhuǎn)換效率，并且DC/DC環(huán)節(jié)和DC/AC環(huán)節(jié)之間還存在阻抗匹配(Impedance Matching, IM)的問題。1圖1.3(c)中，雙向系統(tǒng)由兩個單向拓撲組合而成，K1閉合K2斷開時，系統(tǒng)通過AC/DC環(huán)節(jié)和DC/DC環(huán)節(jié)給電池組充電;K1斷開K2閉合時，系統(tǒng)通過DC/AC環(huán)節(jié)向端口1放電，該拓撲的優(yōu)點是各環(huán)節(jié)硬件電路和控制相對簡單，缺點是充放電切換較為麻煩，且電路利用率不高，因此很少使用。

圖1.3中，各AC/DC環(huán)節(jié)和DC/DC環(huán)節(jié)也有多種拓撲可供選擇，其中適用于單級式高壓大容量PCS的常用拓撲主要有三相全橋和三相半橋拓撲，以及由其衍生出來的多電平拓撲和級聯(lián)型拓撲。適用于兩級式PCS的常用雙向DC/DC拓撲又可分為隔離型和非隔離型隔離型拓撲主要有:正激式、反激式、推挽式和橋式等結(jié)構(gòu)以及它們的組合，隔離變壓器的引入可以實現(xiàn)電網(wǎng)與電池系統(tǒng)或分布式電源之間的電氣隔離，不存在對地漏電流，安全性能好。非隔離型DC/DC拓撲主要有半橋型、全橋型和Buck-Boost級聯(lián)型等三種拓撲結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)簡單、可靠性好、效率高，缺點是變壓比不能太大，且需要考慮共模電流的消除問題。

功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)的運行模式由雙向拓撲組成的PCS具有豐富的運行模式。并網(wǎng)運行時，在電池充電階段，電網(wǎng)為電池組和本地負荷提供電能，PCS在此期間工作于整流充電模式，根據(jù)不同的電池類型和荷電狀態(tài)(State of Charge, SOC)，系統(tǒng)可以選用不同的充電方式。在電池放電階段，可根據(jù)上層系統(tǒng)的要求工作于恒功率模式或者恒流模式。此外，只要參數(shù)設(shè)計合理，PCS還可以工作于APF和PFC模式，用于補償本地負載的諧波電流和向電網(wǎng)提供無功支撐。孤島運行時，PCS則根據(jù)系統(tǒng)要求工作于恒壓定頻模式。

充放儲一體化電站原理為電動汽車提供充電服務(wù)的充放儲一體化電站主要由四部分構(gòu)成:調(diào)度中心、多用途變流裝置、充放儲電池更換系統(tǒng)和梯次電池儲能系統(tǒng)，如圖所示。 充放儲一體化電站綜合了電動汽車充電站、電池更換站與電池儲能電站的功能，完成與電網(wǎng)、電動汽車間的信息交互，實現(xiàn)有序能量管理，既可以作為區(qū)域電網(wǎng)中的用電負荷，也可以作為分布式電源向電網(wǎng)供電。

一體化電站可等效為四象限變流裝置控制的電流源或電壓源，其電壓源控制算法通過SVPWM控制，使一體化電站作為電壓和相角可調(diào)的受控電壓源來運行，即電壓源運行模式。如果將輸出電抗器作為內(nèi)部等值電抗，一體化電站就可以等值于同步發(fā)電機，等值電路如圖2所示。1電動汽車一體化站的結(jié)構(gòu)與運行。

電動汽車一體化站的設(shè)計特點為多功能、多目標，多功能體現(xiàn)在一體化站可為電動汽車用戶同時提供快速充電、常規(guī)充電以及更換電池等服務(wù)，而多目標體現(xiàn)在一體化站作為電網(wǎng)的一個擁有儲能能力的智能節(jié)點，可并網(wǎng)運行為電網(wǎng)提供增值服務(wù)并參與電網(wǎng)調(diào)度運行。3

基于以上設(shè)計思想，充放儲一體化電站的結(jié)構(gòu)如圖1所示，由調(diào)度中心、多用途變流裝置、電池充換系統(tǒng)(充電站)、梯次電池儲能系統(tǒng)(梯次站))4個子系統(tǒng)組成。其中，調(diào)度中心負責整個電站的調(diào)度控制，多用途變流裝置實現(xiàn)交流電網(wǎng)和站內(nèi)直流系統(tǒng)的交一直轉(zhuǎn)換，電池充換系統(tǒng)為電動汽車提供多種充電服務(wù)，梯次電池儲能系統(tǒng)作為備用電源并網(wǎng)運行，配合一體化站的優(yōu)化調(diào)度。

充放儲一體化電站具有一體化的優(yōu)勢，能夠規(guī)劃電池充電次序，開發(fā)利用閑置電池以及退役電池的儲能價值，電池系統(tǒng)并網(wǎng)運行并配合上層電網(wǎng)調(diào)度中心參與優(yōu)化調(diào)度運行，維持電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行。

一體化站運行模式一體化站在正常情況下并網(wǎng)運行并為電動汽車提供充換電服務(wù)。當上級電網(wǎng)出現(xiàn)緊急狀態(tài)時需要調(diào)整運行方式，提供必要的支持;若上級電網(wǎng)崩潰時則需離網(wǎng)運行，防比電站設(shè)備損壞。由此可見，一體化電站的具體運行模式與接入點電網(wǎng)的狀態(tài)緊密聯(lián)系。研究中將電網(wǎng)狀態(tài)劃分為正常、警戒、緊急/嚴重緊急、崩潰以及恢復5個狀態(tài)。

在5種電網(wǎng)狀態(tài)下，充放儲一體化電站相應(yīng)調(diào)整運行模式，總體而言可采取3種運行模，如圖2所示。

1)正常運行模式。

一體化電站的常規(guī)狀態(tài)為正常運行模式，該模式適用于電力系統(tǒng)正常運行狀態(tài)甚至告警狀態(tài)。一體化電站處于正常運行模式時，電網(wǎng)各項指標仍處于正常范圍內(nèi)，此時，一體化電站運行以經(jīng)濟優(yōu)化作為主要目標，利用峰谷時差電價對電動汽車的充放電采取優(yōu)化控制，同時適當提供包括無功補償、諧波治理等輔助服務(wù)。在正常運行模式下，充放儲一體化電站可能的運行子狀態(tài)包括:充電站充電/放電/不動作和梯次站充電/放電/不動作共9種組合方式。

2)保護運行模式。

一體化站非常規(guī)狀態(tài)為保護運行模式，該模式適用于電力系統(tǒng)出現(xiàn)緊急甚至嚴重緊急狀態(tài)，即系統(tǒng)各項運行指標處于穩(wěn)定邊緣。在該運行模式下，一體化站不再以經(jīng)濟目標為主要運行目標，因為若一體化站仍以經(jīng)濟調(diào)度方式運行，可能加劇系統(tǒng)的各項指標越限，導致系統(tǒng)失穩(wěn)。因此，一體化站應(yīng)調(diào)整運行模式，進入保護運行模式，利用一體化電站變流裝置的技術(shù)優(yōu)勢，采取包括快速有功功率無功功率支持在內(nèi)的緊急支持措施，協(xié)助電網(wǎng)恢復正常運行狀態(tài)。

3)孤島(自治)運行模式。

一體化站的特殊運行狀態(tài)為孤島運行模式，也稱自治運行模式，適用于電力系統(tǒng)崩潰及系統(tǒng)恢復狀態(tài)。采用該運行模式時，電力系統(tǒng)各項指標己經(jīng)嚴重偏離穩(wěn)定限值，若一體化站仍并網(wǎng)運行將嚴重損害一體化站電力設(shè)備，因此一體化站應(yīng)迅速解列進入離網(wǎng)運行狀態(tài)。

一體化站標準運行規(guī)程的制定對電廠/電站等而言，運行規(guī)程是重要的技術(shù)規(guī)章制度，關(guān)系電廠/電站的安全穩(wěn)定運行。運行規(guī)程的編制是為了使電廠/電站等設(shè)備安全運行，可靠提供發(fā)電變電服務(wù)。從運行人員的角度上講，運行規(guī)程應(yīng)該要求運行人員了解運行設(shè)備、熟悉設(shè)備運行特點，為設(shè)備運行、操作以及事故處理提供必要的指導以及工作準則，也為各級調(diào)度中心調(diào)度指揮提供參考依據(jù)。

在電力系統(tǒng)運行過程中，根據(jù)不同的運行狀態(tài)，調(diào)度人員可有針對性地對電力系統(tǒng)中各電源、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、變電設(shè)備及用戶等進行運行狀態(tài)的調(diào)整，以符合當前電網(wǎng)的合理運行。

在一體化站運行中，根據(jù)電網(wǎng)狀態(tài)和一體化站當前狀態(tài)，通過相應(yīng)的調(diào)控可以對電網(wǎng)運行的若干指標進行調(diào)節(jié)，使其運行在正常范圍內(nèi)，有利于電力系統(tǒng)以及一體化電站的安全穩(wěn)定運行。

一體化站標準運行規(guī)程的編制需要遵照國家有關(guān)部門以及上級頒發(fā)的有關(guān)技術(shù)管理規(guī)程，如《電業(yè)安全工作規(guī)程》、《電氣事故處理規(guī)程》、《電力變壓器運行規(guī)程》、《發(fā)電機運行規(guī)程》、《電業(yè)生產(chǎn)事故調(diào)查規(guī)程》以及所在區(qū)域電網(wǎng)的《電力系統(tǒng)調(diào)度規(guī)程》和各類預防事故措施等文件。

根據(jù)一體化站的設(shè)計特點，標準運行規(guī)程由7個部分組成。

1)總則。

一體化站的單站容量為2.5 MW，隨著電動汽車的發(fā)展，一體化站的需求量將逐步上升，若區(qū)域電網(wǎng)的一體化站規(guī)模擴大至10個站以上，一體化站總?cè)萘繉⑦_25 MW以上，這對區(qū)域電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行有著重要影響。為了進一步規(guī)范一體化站運行，充分開發(fā)一體化站電池儲能所能提供的快速功

2)調(diào)度中心。

①裝置說明。調(diào)度中心是充放儲一體化站的指揮中心，監(jiān)控主機位于圖3中的監(jiān)控室，調(diào)度中心完成3大功能:監(jiān)視站內(nèi)配電系統(tǒng)、充電裝置、電池系統(tǒng)、能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)以及電網(wǎng)系統(tǒng)的狀態(tài);處理下級數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)上傳的信息;根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)制定一體化站的充放電計劃，控制一體化站各個子系統(tǒng)的運作。

②運行流程?，F(xiàn)場監(jiān)控裝置分布于站內(nèi)各子系統(tǒng)，獲取電池充換系統(tǒng)的電池儲能水平狀態(tài)、充電區(qū)域以及換電區(qū)域的運行狀態(tài)、梯次電池儲能系統(tǒng)的儲能水平狀態(tài)、電網(wǎng)的運行狀態(tài)，并通過車載終端獲取當前車輛運行信息，包括電池電量狀態(tài)以及電能需求等;中央處理機根據(jù)以上信息制定電池充換系統(tǒng)以及梯次電池儲能系統(tǒng)的充電放電計劃，發(fā)送控制指令控制切換能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的運行狀態(tài)，從而控制一體化站與電網(wǎng)之間的能量流動。人機交互平臺

實時顯示一體化站子系統(tǒng)狀態(tài)，并存儲一體化站的歷史運行數(shù)據(jù)，可實現(xiàn)對一體化站的人工操作控制。

③操作和注意事項。調(diào)度中心的操控采用自動化系統(tǒng)，站內(nèi)繁多的狀態(tài)信息數(shù)據(jù)通過局域網(wǎng)傳輸?shù)街鳈C，主要包括電氣設(shè)備、保護裝置、測控單元等，這些裝置與主機實現(xiàn)實時通信。同時，主機通過通信網(wǎng)絡(luò)將本站調(diào)度信息數(shù)據(jù)實時上傳至上級電網(wǎng)調(diào)度中心。

3)變流裝置。

①裝置說明。多用途變流裝置是連接電網(wǎng)和一體化站的能量通道，已通過多組整流/逆變器以及直流變換器實現(xiàn)交流電網(wǎng)與站內(nèi)直流系統(tǒng)之間的能量轉(zhuǎn)換。采用nc/nc-nc/ac拓撲結(jié)構(gòu)的變流裝置具有適應(yīng)性強、控制獨立等優(yōu)點，能滿足一體化站的運行控制需求，便于對電池系統(tǒng)進行靈活充放電控制與管理以及并網(wǎng)控制。

②運行流程。變流裝置接收來自調(diào)度中心的指令，根據(jù)指令控制變流裝置的運行模式:充電站充電/梯次站充電;充電站充電/梯次站不動作;充電站充電/梯次站放電;充電站不動作/梯次站充電;充電站不動作/梯次站不動作;充電站不動作/梯次站放電;充電站放電/梯次站不動作;充電站放電/梯次站放電。

4)電池充換系統(tǒng)。

①裝置說明。電池充換系統(tǒng)是一體化站對電動汽車用戶的服務(wù)窗口，同時具有電池更換系統(tǒng)和快慢充電裝置，適應(yīng)不同需求。電池充換系統(tǒng)包括充電區(qū)、換電池區(qū)以及電池維護區(qū)3個模塊。充電區(qū):配備快速和慢充電裝置，并能對電池系統(tǒng)的儲備電池按照充電計劃進行合理的充放電控制;換電池區(qū):可為電動汽車用戶提供快速更換電池服務(wù);電池維護區(qū):位于圖3中的電池特性檢測室以及梯次利用電池成組區(qū)間。電池維護區(qū)對電池進行維護，包括電池性能檢測以及電池維修等，并進行梯次分組后將可作為動力的電池組送入充換站，動力性能較差的電池送入梯次電池儲能站。

電池充換系統(tǒng)通過多用途變流裝置從電網(wǎng)充電，在電網(wǎng)發(fā)生緊急狀況時也可對電網(wǎng)放電。

②運行流程。充電區(qū)為抵達一體化站的電動汽車提供常規(guī)充電和快速充電方式，對時間要求較高的用戶可至換電區(qū)快速更換電池。

電池維護區(qū)中電池特性檢測室對用戶更換下來的電池進行測試，將動力性能良好的電池送入電池充換系統(tǒng)，組成儲能站并網(wǎng)運行，同時，將喪失動力性能的電池送入梯次電池成組車間進行分組后送入梯次電池系統(tǒng)組成儲能站并網(wǎng)運行。此外，對于損壞的電池進行維修后分類送入充電站和梯次站。

除動態(tài)檢修過程外，對于充電站以及梯次站內(nèi)電池還需定時檢測，及時移除異常電池進行維修和保養(yǎng)。

5)梯次電池儲能系統(tǒng)。

①裝置說明。梯次電池儲能系統(tǒng)對電池維護區(qū)的退役電池進行再利用，開發(fā)電池的剩余使用價值，構(gòu)成電池儲能系統(tǒng)與電網(wǎng)進行靈活可控的能量互動，提高經(jīng)濟效益以及增強電網(wǎng)運行可靠性。

②運行流程。梯次電池儲能系統(tǒng)實時掌握將電池維護區(qū)中梯次利用電池成組車間的電池情況，當站內(nèi)電池容量缺額時從成組車間獲取梯次電池加入儲能系統(tǒng)，并定期檢測儲能電池狀態(tài)，將儲能性能失效的電池移除。

6)站內(nèi)配電系統(tǒng)。

①裝置說明。站內(nèi)配電系統(tǒng)是一體化站正常運行的基礎(chǔ)，為一體化站內(nèi)各設(shè)備裝置提供電源，同時提供一體化站內(nèi)的照明、溫控等系統(tǒng)的供電。

②運行流程。正常情況下配電系統(tǒng)由電網(wǎng)供電，為站內(nèi)設(shè)備提供電源;當一體化站進入孤島自治運行時，配電系統(tǒng)由充電站和梯次站供電，維持一體化站設(shè)備的正常運轉(zhuǎn)1。

7)一體化站異常及事故處理。

①電網(wǎng)進入緊急狀態(tài)。當一體化站接入的上級電網(wǎng)進入緊急狀態(tài)時，電網(wǎng)各運行指標己經(jīng)嚴重越限，一體化站調(diào)度中心控制一體化改變運行模式，進入保護運行模式，為電網(wǎng)提供緊急支持服務(wù)。該模式下一體化站暫停電動汽車充換電服務(wù)，2個電池儲能站均并網(wǎng)運行，根據(jù)調(diào)度中心指令對電網(wǎng)進行全功率充/放電。

②電網(wǎng)進入崩潰狀態(tài)以及恢復狀態(tài)。當一體化站接入的上級電網(wǎng)進入崩潰狀態(tài)以及恢復狀態(tài)時，電網(wǎng)緊急控制措施己無法將其調(diào)整至正常運行狀態(tài)，此時一體化站若維持并網(wǎng)運行，將由于接入點電壓電流等嚴重偏離額定值而嚴重損壞一體化站站內(nèi)設(shè)備，因此，一體化站調(diào)度中心控制一體化站脫離電網(wǎng)運行，進入孤島自治運行模式，不再與電網(wǎng)進行功率支持。