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韓國是一個(gè)典型的能源進(jìn)口國，石油、天然氣和煤炭幾乎全部依賴進(jìn)口，且在用電高峰期經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)電力短缺的情況，穩(wěn)定可靠的供電和電網(wǎng)安全成了重要問題。為了防止電網(wǎng)波動(dòng)，韓國工程公司Power21開發(fā)了一套用于頻率控制的儲(chǔ)能系統(tǒng)（ESS）。該系統(tǒng)已經(jīng)在韓國電力公司KEPCO位于安城市西部的變電站得到成功應(yīng)用。頻率控制算法在倍福的CX5020嵌入式控制器上運(yùn)行，并利用EtherCAT XFC端子模塊EL3773執(zhí)行高精度頻率測量。

Power21的儲(chǔ)能和頻率控制系統(tǒng)通過在發(fā)出和消耗的電力之間維持理想的平衡確保不間斷供電。總發(fā)電量的一小部分（在這里是5%）被保留，用作電力輸出的額外電容，并儲(chǔ)存在蓄能器中。儲(chǔ)能系統(tǒng)在20ms時(shí)間內(nèi)檢測電網(wǎng)中的瞬時(shí)頻率變化（60±0.01Hz）。電網(wǎng)頻率通過能量儲(chǔ)存或輸出控制。

由Power21開發(fā)的儲(chǔ)能系統(tǒng)（ESS）由三個(gè)主要部分組成：儲(chǔ)能變流器（PCS）、測量頻率并進(jìn)行控制的能量管理系統(tǒng)（PMS）以及蓄能器。PCS模塊的中央控制平臺(tái)實(shí)質(zhì)上是一個(gè)頻率控制器主站，采用的是一臺(tái)裝有TwinCAT 3自動(dòng)化軟件的CX5020嵌入式控制器，其中I/O系統(tǒng)采用的是EtherCAT端子模塊。12MW ESS的頻率控制算法和系統(tǒng)控制在 CX 嵌入式控制器上運(yùn)行，它被分為三個(gè)4MW頻率控制器。這樣可以保護(hù)儲(chǔ)能系統(tǒng)不會(huì)出現(xiàn)故障，并確保ESS有一個(gè)完整的冗余設(shè)計(jì)。EtherCAT通訊添加了豐富的內(nèi)置診斷功能。

通過CX5020上安裝倍福TwinCAT 3軟件，用C/C++編寫的頻率控制算法在讓系統(tǒng)投入運(yùn)行前無需進(jìn)行大規(guī)模修改。因?yàn)榭刂破鳠o需適應(yīng)與各個(gè)I/O點(diǎn)或內(nèi)部變量鏈接，給智能電網(wǎng)帶來了前所未有的機(jī)遇。而將TwinCAT Scope View集成到Power21的HMI應(yīng)用中帶來更便捷的優(yōu)勢，讓操作人員能夠輕松檢查數(shù)據(jù)趨勢，提供數(shù)據(jù)可靠性，使得監(jiān)測和分析變得更加簡單。

高頻率檢測和響應(yīng)時(shí)間若要讓儲(chǔ)能系統(tǒng)能夠高精度控制頻率波動(dòng)，則電網(wǎng)中換流器的響應(yīng)時(shí)間必須控制在200ms內(nèi)。頻率控制使用EtherCAT超采樣端子模塊EL3773以200 s的速度從輸入端接收電壓。“Power21的頻率測量算法以低于20ms的速度檢測頻率變化，并以0.0001Hz的精度測量頻率，而我們的競爭對手采集值的時(shí)間需要150ms，精度只能達(dá)到0.001Hz。”Power21公司總經(jīng)理Lee In-Eung說道。

頻率控制器每隔20ms采樣一次重要的操作數(shù)據(jù)并以CSV文件的格式保存在本地PMS服務(wù)器中。然后，服務(wù)器將從頻率控制器采集到的所有數(shù)據(jù)匯總在一個(gè)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中，直到它被完全填滿為止。隨后發(fā)送這些數(shù)據(jù)，以盡量減少網(wǎng)絡(luò)使用。更多分析數(shù)據(jù)和狀態(tài)信息存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫中。

ESS管理軟件—優(yōu)化用于全局通訊

由于基于PC的控制平臺(tái)具有良好的開放性和可擴(kuò)展性，能量管理系統(tǒng)（PMS）可以通過諸如DNP3遠(yuǎn)程協(xié)議、IEC 61850、Modbus或CANopen等標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議與儲(chǔ)能變流器（PCS）通訊。這對于在全球使用其開發(fā)的儲(chǔ)能系統(tǒng)來說是個(gè)巨大的優(yōu)勢。使用TwinCAT PLC軟件中的功能塊可以創(chuàng)建符合能量管理系統(tǒng)應(yīng)用程序接口IEC 61970標(biāo)準(zhǔn)的各個(gè)網(wǎng)關(guān)。

“在對安城市西部變電站安裝的頻率控制/儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行竣工驗(yàn)收及評(píng)估時(shí)，我們可以看到它滿足并超越了所有性能要求，如響應(yīng)時(shí)間和響應(yīng)能力測試以及控制速度計(jì)算。”Power21公司總經(jīng)理Lee In-Eung解釋道。由于預(yù)先進(jìn)行了仿真，頻率控制效果通過替換現(xiàn)有的頻率儲(chǔ)備發(fā)電機(jī)—新型500MW ESS的功能—得到很大改善。”最近，韓國政府已經(jīng)采取適當(dāng)?shù)难a(bǔ)償制度推動(dòng)儲(chǔ)能系統(tǒng)的發(fā)展。因此，Power21已經(jīng)制定了一個(gè)宏偉的目標(biāo)，即到2020年，儲(chǔ)能系統(tǒng)的裝機(jī)容量達(dá)到100GW。

摘自《自動(dòng)化博覽》2016年9月刊