摘要

在新型電力系統(tǒng)建設(shè)與雙碳目標(biāo)落地的雙重驅(qū)動(dòng)下，儲能行業(yè)高速擴(kuò)容，儲能升壓一體機(jī)憑借高集成度、短建設(shè)周期、低運(yùn)維成本等優(yōu)勢，逐步替代傳統(tǒng)分體式儲能設(shè)備，成為國內(nèi)外儲能項(xiàng)目的主流配置。針對儲能升壓一體機(jī)高低側(cè)采用環(huán)網(wǎng)柜、設(shè)備安裝空間狹小、變壓器容量大的工況特點(diǎn)，傳統(tǒng)分體式保護(hù)設(shè)備存在適配性差、調(diào)試復(fù)雜、占用空間大等問題。為此，本文提出采用一體化箱變保護(hù)測控方案，依托AM6-PW箱變保護(hù)測控裝置，集成變壓器差動(dòng)、多側(cè)過流、電壓監(jiān)測、故障告警等全套保護(hù)功能，可適配單分裂、雙分裂大容量變壓器工況，匹配儲能升壓一體機(jī)緊湊化的設(shè)備布局需求。經(jīng)海外多個(gè)8MW、10MW、36.8MW、48MW儲能項(xiàng)目落地應(yīng)用驗(yàn)證，該裝置兼容性強(qiáng)、運(yùn)行穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)性突出，能夠有效保障儲能升壓一體機(jī)安全可靠運(yùn)行，具備工程推廣價(jià)值。

關(guān)鍵詞

儲能升壓一體機(jī)；環(huán)網(wǎng)柜；箱變保護(hù)測控裝置；差動(dòng)保護(hù)；新能源儲能

1 引言

隨著國內(nèi)新能源裝機(jī)規(guī)模持續(xù)攀升，風(fēng)光儲一體化、獨(dú)立儲能、源網(wǎng)荷儲等新型電力項(xiàng)目大規(guī)模落地，傳統(tǒng)分散式儲能配置方案的弊端日益凸顯。傳統(tǒng)方案將逆變器、儲能變流器（PCS）、箱式變壓器、開關(guān)柜等設(shè)備獨(dú)立布置，存在占地面積大、施工周期長、線纜損耗高、多設(shè)備協(xié)同調(diào)試難度大、后期運(yùn)維成本高等諸多痛點(diǎn)，難以適配新能源儲能規(guī)?；?、標(biāo)準(zhǔn)化、集約化的發(fā)展需求。

與此同時(shí)，電力電子器件、變壓器、溫控系統(tǒng)等上下游產(chǎn)業(yè)鏈技術(shù)日趨成熟，高度集成化的儲能升壓一體機(jī)快速成為行業(yè)主流。該設(shè)備將PCS、升壓變壓器、高低壓環(huán)網(wǎng)柜、能量管理系統(tǒng)（EMS）、電池管理系統(tǒng)（BMS）及熱管理系統(tǒng)集成于標(biāo)準(zhǔn)集裝箱內(nèi)，實(shí)現(xiàn)儲能直流電逆變、升壓、并網(wǎng)全流程一體化運(yùn)作，大幅優(yōu)化了儲能項(xiàng)目建設(shè)與運(yùn)維體系。

在海外市場，歐美、澳洲、東南亞、中東等地區(qū)能源轉(zhuǎn)型進(jìn)程持續(xù)加快，儲能項(xiàng)目需求旺盛。但海外普遍存在現(xiàn)場施工人力成本高、現(xiàn)場設(shè)備集成能力不足的問題，預(yù)制式儲能升壓一體機(jī)出口需求持續(xù)穩(wěn)步增長。不同于傳統(tǒng)分體式變配電設(shè)備，儲能升壓一體機(jī)高低壓側(cè)均配置環(huán)網(wǎng)柜，內(nèi)部安裝空間極為有限，且配套變壓器容量普遍大于2000kVA，對設(shè)備保護(hù)的集成度、精準(zhǔn)度、適配性提出了更高要求。傳統(tǒng)變壓器差動(dòng)保護(hù)、后備保護(hù)分體配置的模式已無法滿足現(xiàn)場工況，亟需一體化、多功能、小型化的箱變保護(hù)測控裝置，為儲能升壓一體機(jī)安全運(yùn)行提供保障。

2 項(xiàng)目工況與技術(shù)需求

本次研究依托海外多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化儲能升壓一體機(jī)項(xiàng)目，涵蓋8MW、10MW、36.8MW、48MW等主流功率規(guī)格，設(shè)備核心配置大容量升壓變壓器，包含單分裂、雙分裂兩種主流機(jī)型。結(jié)合儲能升壓一體機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與運(yùn)行特性，項(xiàng)目核心技術(shù)需求主要分為以下兩點(diǎn)。

一是故障快速保護(hù)需求。儲能升壓一體機(jī)高低壓側(cè)環(huán)網(wǎng)柜內(nèi)置斷路器等一次設(shè)備，設(shè)備并網(wǎng)運(yùn)行過程中易出現(xiàn)短路、過流、過壓、欠壓等故障，亟需專用保護(hù)裝置實(shí)時(shí)監(jiān)測設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，故障發(fā)生時(shí)快速驅(qū)動(dòng)斷路器跳閘，切斷故障回路，防止故障擴(kuò)散引發(fā)設(shè)備損壞、并網(wǎng)故障等安全問題。

二是高度集成適配需求。項(xiàng)目配套變壓器容量普遍超2000kVA，雙分裂變壓器存在高壓側(cè)、雙低壓側(cè)三側(cè)電流、電壓監(jiān)測與保護(hù)需求，需精準(zhǔn)完成三側(cè)電流矢量和計(jì)算，實(shí)現(xiàn)差動(dòng)保護(hù)功能。傳統(tǒng)變配電工程將變壓器差動(dòng)保護(hù)、后備保護(hù)獨(dú)立配置，設(shè)備數(shù)量多、占用空間大，與儲能升壓一體機(jī)環(huán)網(wǎng)柜狹小的安裝空間沖突。因此，現(xiàn)場需單一裝置集成三側(cè)差動(dòng)、過流、電壓、零序、非電量等全套保護(hù)功能，兼顧小型化、集成化與全功能保護(hù)能力。

3 核心產(chǎn)品方案與功能配置

針對海外儲能升壓一體機(jī)項(xiàng)目的工況特點(diǎn)與技術(shù)需求，本項(xiàng)目配套采用AM6-PW箱變保護(hù)測控裝置，該裝置專為新能源儲能、光伏升壓一體機(jī)場景研發(fā)，可適配單圈、雙圈、三圈變壓器工況，匹配環(huán)網(wǎng)柜緊湊型安裝需求，硬件資源豐富、功能集成度高。

本文以海外項(xiàng)目常用的20kV/0.8kV-0.8kV、7000kVA雙分裂變壓器配置為例，闡述AM6-PW裝置的核心配置與功能優(yōu)勢。該裝置可實(shí)時(shí)采集變壓器高壓側(cè)、兩路低壓側(cè)共三側(cè)的電流、電壓信號及斷路器位置狀態(tài)，全覆蓋實(shí)現(xiàn)變壓器運(yùn)行保護(hù)與測控功能，核心功能與硬件配置如下。

3.1 核心保護(hù)功能

AM6-PW裝置集成儲能升壓一體機(jī)所需的全部保護(hù)功能，替代傳統(tǒng)多臺分體保護(hù)設(shè)備，核心功能包含：比率制動(dòng)差動(dòng)保護(hù)、差動(dòng)速斷保護(hù)、差動(dòng)越限告警、CT斷線告警；三側(cè)三段式過流保護(hù)（支持復(fù)合電壓閉鎖、I側(cè)方向閉鎖）、三側(cè)反時(shí)限過流保護(hù)、三側(cè)過負(fù)荷保護(hù)（支持跳閘/告警雙模式）；三側(cè)兩段式零序過流保護(hù)、零序反時(shí)限過流保護(hù)；三側(cè)過壓、欠壓保護(hù)，零序過壓保護(hù)、PT斷線告警；同時(shí)配備間隙零序過流保護(hù)、非電量保護(hù)、FC回路過流閉鎖、控制回路斷線告警、檢修狀態(tài)閉鎖等輔助保護(hù)功能，覆蓋設(shè)備運(yùn)行故障場景。

3.2 硬件資源配置

裝置硬件配置充足，適配各類大容量儲能升壓一體機(jī)工況，具備兼容性與擴(kuò)展性。配備16路交流電流通道、16路交流電壓通道，可滿足三側(cè)電氣量高精度采集需求；搭載2路4～20mA直流模擬量變送輸出、22路有源開關(guān)量輸入、10路獨(dú)立無源開關(guān)量輸出，適配現(xiàn)場各類信號采集與控制需求。內(nèi)置獨(dú)立操作回路，可自適應(yīng)0.25-5A開關(guān)跳合閘電流，適配不同規(guī)格斷路器。通訊與運(yùn)維方面，裝置配置2路RS485串行通訊接口、3路以太網(wǎng)接口，支持多協(xié)議通訊與后臺監(jiān)控；具備GPS對時(shí)功能，兼容IRIG-B對時(shí)方式，保障系統(tǒng)時(shí)鐘同步精度；配備USB接口，支持現(xiàn)場U盤程序升級、定值導(dǎo)出、事件記錄與故障錄波數(shù)據(jù)導(dǎo)出，極大簡化了現(xiàn)場調(diào)試與故障分析工作。

現(xiàn)場安裝圖片

4 現(xiàn)場工程應(yīng)用實(shí)例

本次配套的AM6-PW箱變保護(hù)測控裝置采用就地安裝模式，直接固定于儲能升壓一體機(jī)高壓環(huán)網(wǎng)柜內(nèi)部，貼合設(shè)備緊湊化布局要求。目前該裝置已成功應(yīng)用于海外多個(gè)8MW、10MW、36.8MW、48MW儲能升壓一體機(jī)項(xiàng)目，覆蓋單分裂、雙分裂大容量變壓器多種配置場景。

現(xiàn)場應(yīng)用結(jié)果表明，裝置安裝便捷、調(diào)試簡單，可適配環(huán)網(wǎng)柜狹小空間工況，無需改造柜體結(jié)構(gòu)。設(shè)備并網(wǎng)運(yùn)行后，保護(hù)動(dòng)作精準(zhǔn)可靠，可快速響應(yīng)短路、過流、電壓異常等各類故障，有效規(guī)避設(shè)備運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，大幅降低項(xiàng)目運(yùn)維壓力，滿足海外儲能項(xiàng)目高標(biāo)準(zhǔn)、高可靠性的運(yùn)行要求。

5 保護(hù)功能適配性分析

AM6-PW裝置針對儲能升壓一體機(jī)核心保護(hù)場景完成專項(xiàng)優(yōu)化，可分別適配兩圈、三圈變壓器主流配置。對于常規(guī)兩圈升壓變壓器，裝置可實(shí)現(xiàn)高低壓雙側(cè)全套差動(dòng)、過流、電壓保護(hù)；對于儲能項(xiàng)目常用的雙分裂三圈變壓器，可同步完成高壓側(cè)與兩路低壓側(cè)三側(cè)電氣量監(jiān)測與保護(hù)，解決了傳統(tǒng)保護(hù)設(shè)備無法兼顧三側(cè)一體化保護(hù)的行業(yè)痛點(diǎn)。

相較于傳統(tǒng)分體保護(hù)方案，該裝置將多類保護(hù)功能集成于單一設(shè)備，大幅減少柜內(nèi)設(shè)備數(shù)量與布線復(fù)雜度，降低設(shè)備采購與施工成本，縮短項(xiàng)目建設(shè)周期。同時(shí)，一體化集成設(shè)計(jì)規(guī)避了多設(shè)備協(xié)同運(yùn)行的兼容問題，提升了保護(hù)系統(tǒng)的穩(wěn)定性與響應(yīng)速度，適配儲能升壓一體機(jī)標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的發(fā)展趨勢。

6 結(jié)論

針對儲能升壓一體機(jī)集成度高、安裝空間狹小、大容量變壓器保護(hù)需求復(fù)雜的工況特點(diǎn)，本文采用的AM6-PW箱變保護(hù)測控裝置，突破了傳統(tǒng)分體式保護(hù)設(shè)備的應(yīng)用局限。該裝置集成差動(dòng)、多側(cè)過流、電壓監(jiān)測、故障告警、遠(yuǎn)程通訊等全套功能，硬件配置兼容性強(qiáng)，可適配光伏、儲能領(lǐng)域單分裂、雙分裂各類升壓變壓器機(jī)型。

工程實(shí)踐證明，該裝置具備體積小、安裝便捷、經(jīng)濟(jì)性優(yōu)、運(yùn)行穩(wěn)定、運(yùn)維高效等優(yōu)勢，匹配儲能升壓一體機(jī)的緊湊型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與高標(biāo)準(zhǔn)安全運(yùn)行需求，能夠有效保障海內(nèi)外各類儲能升壓項(xiàng)目安全、穩(wěn)定、高效運(yùn)行。在儲能行業(yè)高速發(fā)展、一體機(jī)設(shè)備全面普及的背景下，該一體化箱變保護(hù)測控方案具備工程實(shí)用性與廣泛的市場推廣前景。