储能系统安全认证电网电压跌落时的穿越能力

在“双碳”目标推动下，储能系统已成为电网消纳可再生能源、保障供电稳定的关键支撑。然而，电网运行中常因短路故障、雷击等出现电压跌落（如额定电压的30%-70%，持续数十至数百毫秒），若储能系统因无法耐受而脱网，不仅会导致自身设备损坏，还可能引发电网功率缺额、电压崩溃等二次故障。因此，储能系统的“电网电压跌落穿越（LVRT）能力”成为安全认证的核心指标之一——它要求储能在电网电压异常时保持并网运行，通过功率调节支撑电网恢复，是保障储能与电网协同安全的关键门槛。

LVRT的基本概念与电网对储能的核心需求

电网电压跌落是指交流电压有效值在短时间内降至额定值的10%-90%（依据IEC 61000-2-8定义），通常由短路故障、雷击或负荷突变引发，持续时间从10ms到1min不等。对储能系统而言，LVRT能力的核心是“故障时不脱网、支撑电网恢复”——若储能因电压跌落脱网，不仅会损失自身存储的电能，还会导致电网失去重要的功率支撑源，尤其在可再生能源高渗透区域（如光伏占比超过30%的电网），储能脱网可能引发电压连锁崩溃。

例如，某10kV配电网因树障导致线路短路，电压跌落至50%额定值，持续100ms。若储能系统具备LVRT能力，可保持并网并输出额外有功/无功功率，协助电网快速恢复；若不具备，则会脱网，导致该区域功率缺额增加10MW，可能引发更严重的电压下降。

安全认证中LVRT的考核标准与测试条件

国内针对储能系统LVRT的核心标准是GB/T 36548-2018《电化学储能系统接入电网技术规定》，国际标准则包括IEC 62116:2014《可再生能源发电系统用并网逆变器的测试程序》。这些标准明确了LVRT的测试条件：需覆盖不同电压跌落深度（如20%、30%、50%额定电压）、持续时间（如50ms、100ms、500ms）及恢复阶段要求。

以GB/T 36548为例，标准要求：当电压跌落至额定值的50%时，储能系统需保持并网运行至少100ms，并输出不低于1.1倍额定电流的有功功率；当电压跌落至20%时，需输出不低于1.5倍额定电流的无功功率以支撑电网电压。测试时需模拟“跌落-持续-恢复”全阶段：跌落阶段考核响应速度（≤20ms启动支撑），持续阶段考核功率稳定性（波动≤5%），恢复阶段考核平滑过渡（无过电流/过电压）。

值得注意的是，认证并非仅测试单一组件（如PCS），而是要求整个储能系统（PCS+电池簇+BMS+EMS）共同参与——例如，某企业曾因仅测试PCS而忽略电池簇协同，导致认证失败，因实际运行中电池簇无法配合PCS输出功率。

储能系统LVRT能力的技术实现路径

LVRT能力的实现需多系统协同：首先是PCS的控制策略，主流方案包括虚拟同步机（VSM）控制和下垂控制。VSM控制通过模拟同步发电机的惯量与阻尼，在电压跌落时自动调整有功/无功输出（如电压跌落30%时，无功电流从0增至1.5倍额定值）；下垂控制则通过频率/电压的下垂特性实现功率分配，响应速度更快（≤20ms）。

其次是电池的功率调节能力，BMS需在LVRT期间限制电池电流（如≤1.2倍额定值），避免过放/过充——例如，某储能系统采用BMS动态电流限制，当SOC低于30%时，自动将电流限制从1.2倍降至1.0倍，确保电池安全。

最后是EMS的协调作用：EMS实时监测电网电压，当检测到跌落时，立即将PCS从“最大消纳”模式切换至“电网支撑”模式，并向BMS发送电流限制指令。例如，某1MWh储能系统的EMS在检测到电压跌落50%时，30ms内完成模式切换，PCS输出有功从500kW增至800kW，BMS限制电池电流在110A（额定100A），实现安全支撑。

电池簇协同控制对LVRT的关键影响

多电池簇并联是大容量储能系统的常见设计（如10MWh系统由10个1MWh簇组成），簇间协同直接影响LVRT效果。目前主流协同方案有两种：集中式控制（EMS统一分配功率）和分布式控制（簇自主调节）。

集中式控制的优势是全局优化（如优先调用SOC较高的簇），但响应时间较长（≤50ms）；分布式控制通过簇间通信（如CAN总线，延迟<1ms）实现自主调节，响应速度更快（≤20ms）。例如，某4簇并联系统采用分布式控制，当电压跌落时，每个簇自主输出25kW有功、5kVar无功，总功率100kW有功、20kVar无功，避免单簇过载——若某簇SOC较低（如40%），会自动将输出降至20kW，由其他簇补足。

此外，簇间故障隔离至关重要：若某簇BMS检测到温度超过45℃（安全阈值），分布式控制会立即将其隔离，剩余簇自动增加输出（如从25kW增至33kW），确保整体系统保持运行。

PCS低电压耐受设计的核心细节

PCS是LVRT的执行核心，其硬件与软件设计需满足高可靠性：硬件方面，IGBT需选择耐冲击型号（如1200V额定电压、1800V峰值耐受），过载能力需达1.5倍额定电流（持续1min）；滤波电感需采用铁硅铝磁芯，减少低电压时的电流谐波（如谐波含量≤3%）。

软件方面，电压检测需高精度（±0.5%）、高频率（≥10kHz）——例如，某PCS采用10kHz采样率，能在2ms内检测到电压跌落；控制算法需加入电压前馈补偿（提前预判电压变化）和电流闭环控制（精度±1%），避免输出波动。

实际测试中，某PCS在电压跌落50%、持续100ms时，IGBT温度仅从40℃升至45℃（远低于70℃阈值），输出电流从50A增至75A（1.5倍额定值），无过流保护触发，符合认证要求。

实际场景中LVRT能力的验证案例

2023年，江苏某10MW/20MWh光伏储能电站经历一次雷击事故：10kV线路短路导致电压跌落至40%额定值，持续80ms。储能系统的表现如下：

——PCS在15ms内从“光伏消纳”切换至“电网支撑”，输出有功从5MW增至8MW（1.6倍额定值），无功从0增至2MVar；

——BMS限制电池电流在120A（额定100A），SOC从65%降至63%，无过放；

——EMS向电网调度发送“支撑中”信号，调度系统调整其他电源输出，共同将电压恢复至额定值。

事故后检测，储能系统无设备损坏，电池簇温度稳定在35℃，PCS IGBT温度42℃，完全符合安全要求。该案例证明，LVRT能力不仅能保护储能系统自身，更能协助电网快速恢复，避免二次故障。

与电网调度协同提升LVRT有效性

LVRT的有效性不仅取决于储能系统自身，还需与电网调度协同。目前，部分电网已通过广域测量系统（WAMS）实现电压跌落预警——当WAMS检测到线路电流超过1.5倍额定值时，预判可能发生电压跌落，提前10s向储能系统发送预警。

储能系统收到预警后的准备工作包括：EMS调整SOC至50%-80%（最佳支撑范围），PCS预充磁（将滤波电感电流升至20%额定值），BMS均衡各簇SOC（差异≤2%）。例如，某储能系统收到预警后，SOC从70%调整至75%，PCS预充磁至30A，当电压跌落发生时，输出电流立即升至80A，比无预警时快10ms，支撑效果提升20%。

LVRT安全认证的常见误区

实践中，企业常陷入以下误区：

1、认为“跌落深度越浅，认证越容易”——实则不然，浅深度跌落（如20%）要求更高的无功支撑（1.5倍额定电流），对PCS与电池的协同要求更严；

2、忽略恢复阶段测试——部分企业仅关注跌落阶段，却因恢复时过电流（如电压恢复至额定值时，电流从80A骤升至100A）导致认证失败；

3、误判响应时间——标准要求响应时间≤20ms，但部分企业为追求速度而采用“一刀切”策略（如检测到电压波动即启动支撑），反而导致误触发（如电压短暂波动10ms即启动，浪费电池能量）。

这些误区需通过更严谨的测试与设计规避——例如，某企业通过增加“电压波动过滤”算法（仅当电压跌落持续≥10ms时启动支撑），成功解决误触发问题。