ICS29.220.99DB31/T1146.3—2019智能電網(wǎng)儲能系統(tǒng)性能測試技術規(guī)范第3部分：頻率調節(jié)應用Technicalspecificationforperformancetestingofelectricalenergystoragesysteminsmartgrid—Part3:Frequencyregulationapplication2019-02-28發(fā)布2019-06-01實施布上海市市場監(jiān)督管理局布IDB31/T1146.3—2019DB31/T1146《智能電網(wǎng)儲能系統(tǒng)性能測試技術規(guī)范》分為以下幾個部分：——第1部分：削峰填谷應用；——第2部分：風電出力平滑應用；——第3部分：頻率調節(jié)應用。本部分為DB31/T1146的第3部分。本部分按照GB/T1.1—2009給出的規(guī)則起草。本部分由上海市經(jīng)濟和信息化委員會提出并組織實施。本部分由上海市能源標準化技術委員會歸口。本部分主要起草單位：上海電力大學、華東電力試驗研究院有限公司、國網(wǎng)上海市電力公司、上?？臻g電源研究所、上海電氣分布式能源科技有限公司、上海奧威科技開發(fā)有限公司。DB31/T1146.3—20191智能電網(wǎng)儲能系統(tǒng)性能測試技術規(guī)范第3部分：頻率調節(jié)應用DB31/T1146的本部分規(guī)定了儲能系統(tǒng)在頻率調節(jié)應用場景下的典型工作周期、應用性能測試內容和測試方法。本部分適用于與電力系統(tǒng)中各電壓等級電網(wǎng)相連的電化學儲能系統(tǒng)在頻率調節(jié)應用場景下的性能測試。2規(guī)范性引用文件下列文件對于本文件的應用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅注日期的版本適用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改單)適用于本文件。GB/T15945電能質量電力系統(tǒng)頻率偏差DL755電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導則DL/T1040電網(wǎng)運行準則NB/T33016電化學儲能系統(tǒng)接入配電網(wǎng)測試規(guī)程IEC61000-4-30電磁兼容性(EMC)第4-30部分：試驗和測量技術-電能質量測量方法(Electro-magneticcompatibility-Part:4-30:Testingandmeasurementtechniques—Powerqualitymeasurementmethods)IEEE1547分布式資源與電力系統(tǒng)的互連標準(Standardforinterconnectingdistributedresourceswithelectricpowersystems)IEEE1547.1帶電力系統(tǒng)的設備互連配電資源的合格試驗程(Standardforconformancetestsproceduresforequipmentinerconnectingdistributedresourceswithelectricpowersystems)IEEE1679固定應用設施中的新興儲能技術特性描述和評估(Recommendedpracticeforthecharacterizationandevaluationofemergingenergystoragetechnologiesinstationaryapplications)下列術語和定義適用于本文件。通過電化學電池能量存儲介質進行可循環(huán)電能存儲、管理、轉換及釋放的設備系統(tǒng)。頻率調節(jié)frequencyregulation根據(jù)需要由儲能系統(tǒng)增加或減少電力，通過放電實現(xiàn)頻率上調，通過充電實現(xiàn)頻率下調。輔助負載auxiliaryloads支撐儲能系統(tǒng)正常運行所必須的輔助設施的負載，輔助設施包括運行和保護系統(tǒng)所必需的電池管2DB31/T1146.3—20193.4與儲能系統(tǒng)應用場景相關的典型充放電循環(huán)工作時間段。3.5儲能能量energystoragecapacity儲能系統(tǒng)存儲的電能量，為儲能系統(tǒng)的額定功率與在額定功率下可放電時間的乘積。3.6荷電狀態(tài)stateofcharge;SOC電池實際或剩余可放出的瓦時容量與額定的可放出最大瓦時容量的比值。3.7電池管理系統(tǒng)batterymanagementsystem;BMS監(jiān)測電池的溫度、電壓、電流、荷電狀態(tài)等參數(shù)，為電池提供管理、通信接口和保護的系統(tǒng)。3.8充放電效率roundtripenergyefficiency;RTE常規(guī)運行條件下，儲能系統(tǒng)在一個充放電周期內有效的輸出能量除以輸入能量的百分比。3.9能量穩(wěn)定性capacitystability由測試時的儲能能量除以儲能額定能量的比值確定，用于描述儲能系統(tǒng)存儲能量的變化情況。3.10儲能系統(tǒng)從響應充或放電指令開始到充或放電功率首次達到額定功率的100%所需的時間。3.11爬坡率ramprate儲能系統(tǒng)吸收或釋放功率單位時間變化值與額定功率的比值。3.12數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)dataacquisitionsystem;DAS能測量來自傳感器、變送器及其他信號源的輸出信號，并能以某種方式對測到的量值進行數(shù)據(jù)存儲、處理、顯示、打印或記錄的系統(tǒng)。3.13參考信號跟蹤能力referencesignaltrackingability儲能系統(tǒng)在風電出力平滑應用的典型工作周期期間響應參考信號的能力。3.14持續(xù)時間duration額定功率下儲能系統(tǒng)從SOC上限到SOC下限的放電時間。3.15典型工作周期充放電效率duty-cycleround-tripefficiency按照典型工作周期充/放電曲線工作，期間儲能系統(tǒng)輸出的能量除以輸入到儲能系統(tǒng)的能量。4頻率調節(jié)應用典型工作周期典型工作周期用于測試儲能系統(tǒng)頻率調節(jié)的應用性能，使用24h內充放電功率標幺值變化的標準偏差作為度量標準，信號分為低偏差信號和高偏差信號，各指標參考值如表1所示。DB31/T1146.3—20193表1信號類型與參考值信號類型低偏差信號高偏差信號標準偏差0.3610.460信號值為1的占比/%02.28信號值為-1的占比/%04.2典型工作周期典型工作周期選擇具有代表性的2h低偏差信號和2h高偏差信號表示，每個信號類型包括1800個數(shù)據(jù)，采樣間隔為4s。一個典型工作周期依次由3個2h低偏差信號、一個2h高偏差信號、3個2h低偏差信號、一個2h高偏差信號和4個2h低偏差信號組成。如圖1所示，圖中縱坐標為儲能系統(tǒng)充放電功率相對于額定功率的標幺值Pp,正值表示儲能系統(tǒng)充電，負值表示儲能系統(tǒng)放電。測試時，儲能系統(tǒng)的初始SOC值設置為50%,并在每個典型工作周期測試結束后和下一個工作周期開始之前，將儲能系統(tǒng)的SOC恢復至初始狀態(tài)。10.5oa)2h低信號t/sb)2h高偏差信號圖1儲能用于頻率調節(jié)場景的典型工作周期DB31/T1146.3--2019410.50-0.5-12068420684t/s5應用性能測試內容與方法儲能系統(tǒng)性能測試應符合GB/T15945-2008、DL755、DL/T1040、EC61000-4-30、IEEE1547和IEEE1547.1的規(guī)定。測試結果可作為儲能系統(tǒng)性能的基準，用于評估隨時間推移儲能系統(tǒng)的使用狀況和應用性能的變化情況，應滿足IEEE1679的要求。所有測量的輸入電壓、輸入電流、輸出電壓、輸出電流、系統(tǒng)溫度、環(huán)境條件等參數(shù)，應在同一時間分辨率上采集，同時適用于儲能系統(tǒng)應用性能和度量指標，并符合所采用的公認測量標準。所有測量的參數(shù)應記錄在儲能系統(tǒng)信息報告中，用于進一步分析、確定儲能系統(tǒng)性能。5.2測試內容與方法頻率調節(jié)應用場景下的性能測試應包括并不局限于儲能能量測試、充放電效率測試、儲能能量穩(wěn)定性測試、響應時間和爬坡率測試、參考信號跟蹤能力測試、典型工作周期充放電效率測試。5.2.2儲能能量測試儲能能量測試旨在確定儲能系統(tǒng)在額定電功率下存儲的能量。測試前，將儲能系統(tǒng)放電到SOC下限。儲能系統(tǒng)在充放電過程中的功率應按規(guī)定的時間間隔和步驟記錄，以提供具有統(tǒng)計意義的分辨率，儲能系統(tǒng)的相關能量輸入和輸出由記錄的功率計算。在選定的功率下，儲能系統(tǒng)測試儲能能量，并按照5.2.2.1記錄測試結果。對于不同的放電(充電)時間和最終的SOC值，測試需要在多個放電(充電)功率水平下重復進行。儲能能量測試步驟如下：5DB31/T1146.3—2019a)按照技術規(guī)定和運行說明，儲能系統(tǒng)在額定功率下充電到指定SOC的上限，由電池管理系統(tǒng)記錄該SOC值。b)根據(jù)技術規(guī)定和運行說明，儲能系統(tǒng)充電后需在熱待機狀態(tài)下保持靜置，持續(xù)30min。c)按照技術規(guī)定和運行說明，儲能系統(tǒng)在額定功率下放電到指定SOC的下限，由電池管理系統(tǒng)記錄放電時間和該SOC值。儲能系統(tǒng)放電過程中輸出的能量記為Whp,根據(jù)放電期間的功率測量結果計算并記錄。d)根據(jù)技術規(guī)定和運行說明，儲能系統(tǒng)充電后需在熱待機狀態(tài)下保持靜置，持續(xù)30min。e)按照技術規(guī)定和運行說明，儲能系統(tǒng)在額定功率下充電到指定SOC的上限，由電池管理系統(tǒng)記錄充電時間和該SOC值。儲能系統(tǒng)充電過程中輸入的能量記為Whc,包括所有損失能量，在充電過程中直接測量，并記錄為儲能系統(tǒng)的充電能量。f)重復步驟b)~e)四次，性能測試值為每個周期步驟c)中的放電能量Whp的平均值和步驟e)中的充電能量Whc的平均值，與每個測試相關的標準偏差也應計算和報告在內。g)在使儲能系統(tǒng)達到其SOC上限之后，步驟b)~e)應以75%、50%和25%的額定功率水平重復測試。功率水平調節(jié)應滿足NB/T33016的要求。5.2.2.3測試記錄每個功率級別進行一次測試，記錄測量的充電和放電能量值，參見附錄A。5.2.3充放電效率測試5.2.3.1概述充放電效率測試用來確定儲能系統(tǒng)輸出能量相對于前一次充電過程中輸入能量的大小。充放電效率應結合5.2.2進行測試。5.2.3.2測試步驟儲能系統(tǒng)的充放電效率應在3個額定功率下充放電循環(huán)周期測試完成后，根據(jù)5.2.2.2中測試的數(shù)據(jù)，計算充放電效率RTE。5.2.3.3計算方法計算充放電效率RTE如式(1)。由于測試過程中難以保持功率恒定，因此測試中使用平均功率。…………式中：i——充放電循環(huán)數(shù)；WhDi——額定功率下輸出的電能，單位為千瓦時(kWh);Whc充電過程中輸入系統(tǒng)的交流電能，包括所有損失的能量，單位為千瓦時(kWh)。當輔助負載不由儲能系統(tǒng)供電時，充放電效率RTE應按式(2)計算?！?DB31/T1146.3—2019式中：Auxpi——第i個循環(huán)放電期間輔助負載的能量損耗，單位為千瓦時(kWh);Auxc——第i個循環(huán)充電期間輔助負載的能量損耗，單位為千瓦時(kWh);AuxRi——第i個循環(huán)待機時輔助負載的能量損耗，單位為千瓦時(kWh)。5.2.4儲能能量穩(wěn)定性測試儲能系統(tǒng)投入使用時，確定儲能系統(tǒng)的實際能量大小，每間隔一段時間采集儲能系統(tǒng)的能量變化，確定儲能系統(tǒng)能量穩(wěn)定性。根據(jù)5.2.2.2儲能能量測試步驟獲得儲能測試時間點的能量，計算儲能能量穩(wěn)定性w。計算儲能能量穩(wěn)定性w如式(3)。w=(WN/Ws)×100%…………(3)式中：w——儲能能量穩(wěn)定性；WN——儲能系統(tǒng)測試時間點儲能能量，單位為千瓦時(kWh);Ws——儲能系統(tǒng)額定能量，單位為千瓦時(kWh)。5.2.5響應時間和爬坡率測試響應時間和爬坡率是用來確定儲能系統(tǒng)從零放電功率到額定放電功率所需的時間，或從零充電功率到額定充電功率所需的時間。需提供頻率調節(jié)應用的額定功率，測試方法應適用于所有儲能系統(tǒng)。測試數(shù)據(jù)記錄參見附錄A。響應時間的測量如圖2所示，表示儲能系統(tǒng)從響應充(放)電指令開始到充(放)電功率首次達到額定功率的100%±2%以內所用的時間。980圖2爬坡率和響應時間DB31/T1146.3—20197儲能系統(tǒng)放電響應時間和爬坡率測試步驟如下：a)儲能系統(tǒng)保持在熱待機狀態(tài)，使其SOC=50%。b)當儲能系統(tǒng)開始接收放電指令時，由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集并記錄時刻值為T。c)當儲能系統(tǒng)開始響應放電指令時，由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集并記錄時刻值為T1。d)當儲能系統(tǒng)輸出功率首次達到額定功率的100%±2%時，由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集并記錄時刻值e)重置數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)到初始狀態(tài)，并使儲能系統(tǒng)保持初始熱待機狀態(tài)。5.2.5.3放電響應時間和爬坡率計算方法放電響應時間計算如式(4)。RTp=T2-T1…………(4)式中：RTp——放電響應時間，單位為秒(s);T2——儲能系統(tǒng)輸出功率首次達到額定放電功率100%±2%的時間值，單位為秒(s);T1—儲能系統(tǒng)開始響應放電指令的時間值，單位為秒(s)。通過式(5)對放電斜率RRp進行計算，單位為千瓦每秒(kW/s)。RRp=Pr2/(Te-T1)………(5)PT2——儲能系統(tǒng)在時間T8時的功率輸出值，單位為千瓦(kW)。放電爬坡率通過每秒功率變化百分比RRp描述，RRpe以%表示，如式(6)所示：RRpe=RRp/PR×100 (6)儲能系統(tǒng)充電響應時間和爬坡率測試步驟如下：a)儲能系統(tǒng)保持在熱待機狀態(tài)，使其SOC=50%。b)當儲能系統(tǒng)開始接收充電指令時，由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集并記錄時刻值為T。c)當儲能系統(tǒng)開始響應充電指令時，由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集并記錄時刻值為T1。d)當儲能系統(tǒng)輸人功率首次達到額定功率的100%±2%時，由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集并記錄時刻值e)重置數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)到初始狀態(tài)，并使儲能系統(tǒng)保持初始熱待機狀態(tài)。5.2.5.5充電響應時間和爬坡率計算方法放電響應時間計算如式(7)。RTc=T2-T1…………(7)式中：RTc——充電響應時間，單位為秒(s);T2——儲能系統(tǒng)輸人功率首次達到額定充電功率100%±2%的時間值，單位為秒(s);T1——儲能系統(tǒng)開始響應充電指令的時間值，單位為秒(s)。RRc=PTz/(T2-T1)…………(8)DB31/T1146.3—20198式中：PT?——儲能系統(tǒng)在時間T?時的功率輸入值，單位為千瓦(kW)。充電爬坡率通過每秒功率變化百分比RR描述，RRpet以%表示，如式(9)所示：RRpet=RRc/PR×100%…………(9)式中：PR——儲能系統(tǒng)額定功率，單位為千瓦(kW)。5.2.6參考信號跟蹤能力測試參考信號跟蹤能力用于評價儲能系統(tǒng)頻率響應的能力。在此期間，儲能系統(tǒng)有能力或無能力跟蹤參考信號都應記錄，測試步驟按照頻率調節(jié)應用場景的典型工作周期進行。參考信號跟蹤的相關測試結果記錄于附錄A。頻率調節(jié)應用場景的參考信號跟蹤能力測試步驟如下：a)儲能系統(tǒng)應按照制造商的技術規(guī)定以額定功率向儲能系統(tǒng)充、放一定的電能，使其SOC=50%,在該SOC下，保持儲能系統(tǒng)的電壓不變，持續(xù)10min～30min。b)根據(jù)頻率調節(jié)應用場景典型工作周期的設定工況，進行充放電循環(huán)測試，記錄儲能系統(tǒng)響應指令信號Pigl時實際所吸收或釋放的功率P以及信號跟蹤時間長度Ttmck。根據(jù)式(10)和式(11)分別計算指令信號PsigaL與儲能系統(tǒng)實際吸收或釋放功率P的均方差和EMsE以及平均絕對偏差EMAD,并用其評估儲能系統(tǒng)跟蹤參考信號的能力。式中：Pes——儲能系統(tǒng)實際吸收或釋放功率，單位為千瓦(kW)?！陬l率調節(jié)應用典型工作周期持續(xù)時間內，儲能系統(tǒng)信號跟蹤時間百分比PSTT(percentofsignaltracktime)根據(jù)式(12)確定。PSTT=Tweck/Tduraton×100%…………(12)式中：Tvack——信號跟蹤時間長度[當|(Psigmml-P)/PsigL|小于0.02時，視為儲能系統(tǒng)能夠跟蹤參考信號],單位為小時(h);Tduration-—-頻率調節(jié)應用典型工作周期持續(xù)時間，單位為小5.2.7典型工作周期充放電效率按適用于頻率調節(jié)應用場景的工作周期對儲能系統(tǒng)進行充放電。典型工作周期充放電效率的相