基于电池储能系统（BESS）和 SATEC 司泰科支持 IEC61850 协议仪表的辅助频率控制系统（AFCS）

电池储能系统(BESS)正在成为现代电网的重要组成 部分。这些系统通常与现场的可再生能源相结合， 用于在发电高峰或低用电需求期间储存能量，并在 需求高峰时释放储存的能量。台湾电力公司(台电)设计了一套 BESS，应用于一个 变电所，来平衡当地配网的供电。这个效果通过使 用电池储能系统（BESS）补偿频率偏差来取得，因 为频率偏差也指示着电能供应的骤升骤降。在这个案例中，BESS 存放在集装箱中（如图 1）， 容量在 1MW~2MW 之间。 

                         图1：典型的系统存储

台电（TPC）对频率稳定性的要求

台电对这种电力辅助服务的规定是：监控系统必 须每秒轮询电网频率十次（或以上），轮询数据 将通 IEC 61850 协议进行通信，该协议已成为台 电的标准通信平台。 可接受的频率范围被设定为 59.98 - 60.02Hz， 该范围被称为死区。

           图2: BESS系统容量 vs. 频率偏差（Hz）

电池储能系统（BESS）作为一个稳定系统

当频率低于 59.98Hz 时，表明有轻微的电力短缺， AFCS 系统介入，用 BESS 来增强变电站的电力供应。 频率在 59.98 ~ 59.75 HZ 范围，系统引入 BESS 容量 的 9 ~ 48% (直流转交流)。当频率低于 59.50Hz 时， 表明更严重的电力短缺，BESS 将提供全部 100%的能 量输出 (图 2)。指定的容量百分比（“setpoint”，见 图 4）需在一秒钟内完全响应达成。 相反，当频率超过 60.02Hz 时，表明电力生产过剩， 电能转向给 BESS 系统充电 (交流到直流)。

加云网络 (ICP)是台湾最大的系统集成商之一，经常 承接台电的大型项目。作为电力系统和 IEC61850 拓 扑结构的专家，ICP 致力于寻求实现 BESS 系统辅助 频率控制系统（AFCS）所需的计量和控制平台。 在对市场上相应产品进行功能分析和测试后，ICP 发 现 SATEC 司泰科电气的 PRO PM335/EM235 系列是 唯一满足要求的产品。目前，PRO 系列已成为 AFCS 系统的支撑性产品。 同样的对 SATEC PRO 系列的选择和应用过程也发生 在西门子等 BESS 系统集成商以及澳大利亚、英国、 以色列、美国、及欧美诸多国家的 BESS 系统上。


                                                           图3:BESS系统应用方案

 计量、通讯及控制

实施 BESS 电池储能系统的变电站的通讯基于 IEC61850 拓扑结构。为了满足上述要求，ICP 基于 SATEC 司泰科的 PRO PM335 仪表设计了解决方案。 PRO PM335 的频率精度可高达 0.001Hz （0.002%），每 20ms 采样一次频率（PM335 的采 样刷新可达 10ms），每 100ms 通信一次 4 个采样平 均值。根据系统要求，精度超过要求。 SATEC 司泰科创建了一个 IEC 61850 逻辑节点来承载 上述计算值，并可通过 GOOSE 报文（GOOSE Messaging）进行通信。


图 4: 达到指定系统容量(setpoint)的响应时间 响应时间优于 0.5s，完全响应时间优于 1

所使用的 SATEC 司泰科设备

PRO 系列-高级多功能电力参数测量仪

  • 高精度：频率 0.002%（0.001Hz），有功电能 0.2s；电流电压 0.1% 
  • 标配 RS485/双网口/USB 通讯，可选配 4G 通讯，支持 IEC61850、 DNP3 和 IEC 60870-5-101/104，MODBUS RTU/TCP 等协议； 
  • 10ms（1/2 周波）数据刷新，256 采样点/周波； 
  • 电能质量 Class A 级，63 次谐波分析、骤升骤降、不对称分量、故 障录波，负荷曲线...... 
  • 支持交流/直流测量，接地电流测量； 
  • 64 个带与或逻辑的设置点，16 个记录器可配置数据、事件、电能质 量和波形记录，16G 存储； 
  • 可不配屏幕，也可配彩色图形屏，除了数据，还可显示矢量图、波形 图、谐波频谱图等； 
  • 直观独立显示负载率； 
  • 标配 2DI/1DO/1AI，最多 26DI/7DO/9AI/8AO

图：PM335:盘面安装/EM235:导轨安装

PM135/EM133-多功能电力参数测量仪

  • 高精度：电流/电压 0.2%；频率 0.02%（0.01Hz），有功电能 Class 0.5s（可选 Class 0.2s）； 
  • 标配 RS485，可选第二 RS485/网口/4G/Profibus/CAN 等通 讯，支持 MODBUS RTU/TCP、DNP3、ASCII 和 IEC 60870- 5-101/104、profibus，canopen 等协议； 
  •  20ms（1 周波）数据刷新，128 采样点/周波； 
  • 支持交流/直流测量； 
  •  40 次谐波分析、不对称分量、负荷曲线、16 个可编程设置

图：PM135:盘面安装/EM133:导轨安装

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