再生能源與儲能系統整合的測試方案
2024-11-27
各國綠電政策，以及電網穩定度需求，再生能源與儲能相關技術將在未來十年蓬勃發展。根據彭博能源財經(BNEF)評估，全球的儲能裝置于2030年底將達到358GW/1,028GWh高峰，為 2020年底所統計容量和發電量的20倍以上。儲能應用主要包括了與再生能源(太陽能/風力發電)并設之大型儲能系統，及住宅、商業與產業用的中小型系統，其中用于住宅及工、商業的儲能裝置發展最為熱絡。BNEF表示，中小型儲能裝置將占總儲能系統容量四分之一，未來將會全球普及。
太陽能與風力發電皆會因氣象變化而無法穩定供應電力，利用電池儲能來調節是目前最常用的解決方法。儲能系統的電壓規格從小于1,000V往高壓1,500V發展，功率也朝MW以上增加。電力公司對此類大型儲能系統最常的應用為自動頻率控制(Automatic Frequency Control，AFC) ，與即時備轉(Fast Response load shedding Resource，FRR)。近期因能源價格高漲與 不穩定，更多人愿意在自家住宅設置儲能系統。住宅型太陽光電儲能系統主要構成為太陽能板、混合型逆變器(Hybrid PV Inverter)及儲能電池等。儲能電池容量約為5kWh~15kWh，其中混合型逆變器功率約為10kW以內，扮演著能源轉換的關鍵角色。
在此電池儲能與風光發電配合應用的趨勢下，也因應推出體積小、具能源回收及一機多用途的測試儀器產品。包括在直流源、交流源與電池測試與模擬的相關設備。另外也搭配多功能的軟體平臺，整合為自動測試系統。相關介紹如下：
一、61800系列電網模擬電源+能源回饋式交流負載，一機兩用節能減碳于混合型逆變器測試
▲Chroma61815一機實現混合型逆變器的交流電源和交流負載測試需求
Chroma 61815電網模擬電源具備四象限輸出能力，不僅可模擬各種電壓頻率輸出，應用于逆變器并網功能測試，還可進行四象限模擬交流負載于逆變器離網功能測試。自產品上市后已獲各儲能設備指標性廠商采用，在混合型逆變器測試部分也快速累積了許多經驗。透過高效率的能源回收功能可大幅節省模擬市電測試的電力耗費，且藉由List、Pulse、Step等多組進階編程功能可模擬各種市電異常情形。另外選配的回饋交流負載功能，可將能量回饋電網以幫助廠商達到節能減碳之測試要求，更可透過Rectified和Lead/Lag特定拉載模式、半波拉載模式、Stand-By即時反應功能等，真實模擬各類型的整流性及非整流性負載特性。藉由Chroma 61815一機實現混合型逆變器的交流電源和交流負載測試需求，實現高效率且高CP值的儲能設備測試方案。
二、3 in 1雙向直流電源+能源回饋式負載+光伏/電池模擬，符合新能源光儲逆變器測試
其中Chroma 62000D系列為雙向拓撲電源架構設計，單臺設備為18kW，適合使用在家用儲能系統(< 10kW)、廠房用儲能系統(50~150kW)，為三合一雙向直流電源兼具太陽電池陣列模擬與能源回饋式負載，可將吸收的能量回饋至電網，符合測試節能減碳之趨勢及廠商開發光儲充逆變器時儀器設備具多功能性、易于組合為多套電源做彈性調度于研發及生產時測試系統配置使用。
62000D具選配太陽電池陣列模擬功能，于單機內建歐美標準EN50530 & Sandia的I-V數學模型方便使用者簡單操作或遠端控制整合使用，且可模擬動態遮罩曲線及實際天候的I-V曲線變化測試，非常適合驗證于光/儲逆變器性能于電池儲能容量計算vs全球各地實際天候I-V模擬。
另外可搭配電池模擬軟體( Battery Simulator Soft-Panel )成為一電池模擬器，具有可模擬操作于不同電池電量(SOC)條件或載入特定的電池特性V-I曲線，進行評估測試電力轉換裝置做充電或放電的電池模擬使用于混合逆變器及儲能變流器(PCS)。
三、Chroma 17040/17040E配備電池測試儀和電池模擬器雙重模式
17040E系統，單臺設備為200kW/1,700V，應用并網系統(FOM)的測試；17040系統，單臺設備為60kW/1,000V，適合家用(Res.)商用(C&I)系統的測試應用，具備電池充放電機與電池模擬器兩種功能，測試電池柜和電池柜連接的產品。
自動電壓/電流檔位切換功能，隨著電流的動態變化自動調整正確檔位，搭配高頻取樣量測技術確保動態量測精度，獲得優化的量測結果；支援動態電流/功率模式的工況模擬( Wave form)功能，電流上升時間為1ms (10 ~ 9 0 %)，模擬儲能柜在調頻進行時，電力調節系統(PC S)對儲能柜的充放電行為；在電流快速響應的同時，切換過程無電流突波，測試過程不會損傷待測物；采用雙向電路架構達到高效能的放電能量回收目的，精確控制交流電流的正反向變化，設計符合電網要求不會污染電網上的其他設備，且量測到電網異常，主動切斷主回路電源保護安全。
軟體BatteryPro整合第三方硬體，包括BMS通訊裝置，數據記錄器和溫箱等第三方 軟硬體，將其資料用于測試程序控制，檢出電池芯在調頻過程的各串電池芯的電壓變化，找出儲能柜品質缺陷；透過電池模擬器軟體Battery Simulator Soft-Panel，能程控不同電池電量狀態(SOC狀況)，測試產品充放電狀態，做儲能逆變器與電池搭配的測試評估。
四、Chroma自動測試系統
若要建構太陽光電/儲能設備的測試平臺, 必須使用模擬電網的交流電源供應器與交流電子負載、太陽電池陣列模擬電源、電池模擬器等多臺設備。
▲光伏/儲能逆變器測試具能源回饋系統架構
因應此趨勢，Chroma推出最新的自動化測試系統8000, 整合上述雙向直流電源62000D或電池模擬器17040E & 電網模擬器61800，即具有雙向直流電源+能源回饋式負載+光伏/電池模擬功能 & 電網模擬電源+能源回饋式交流負載的五種設備功能，在測試過程中將待測物輸出能量回饋到電網直接循環利用，降低設備成本外，更節省設備體積與達到節能減碳的目的。
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