澳大利亚Ergon能源公司最近在昆士兰州的13个地点部署了总计2MWh的锂离子电池储能设施。通过尖端的储能技术，为昆士兰州农村和偏远地区客户延长了对他们来说非常重要的单线回地（SWER）供电系统的使用寿命，这对公用事业和单相线供电客户来说是双赢的。
Ergon能源公司负责向澳大利亚最大的昆士兰州97％的电力客户提供配电服务。通过建设20个电网支持系统（GUSS），为农村和偏远的单相线供电配电网络提供电压和容量支持。Ergon能源公司在20世纪70年代，80年代和90年代大力发展了单相线供电网络，为农村和偏远的客户提供服务。单相线供电网络为低客户密度区域提供了一个低成本的网络方案。
SWER使用单根导线传输电力，大地作为电流返回路径。Ergon能源公司的网络设计使用一个基于该配电网两相供电的隔离变压器，为每个低压用户安装一个这样的单相降压变压器，将19.1kV或12.7kV的高压单相电源降压为240V供电系统。
单相线供电网络首次建成时，当时的用户平均用电量很低，主要用于照明，收音机，冰箱和电视机等家用电器。随着时间的推移，能源需求量增加，大部分客户都安装空调，冷藏室和水泵等大功率电器。
自建设以来，Ergon能源的单相线供电网络大部分保持相对不变。目前，这些网络已经出现很多容量不足的问题和电压限制，很多用户的用电器对电压的要求更高，因此单相线供电网络可能无法继续满足客户的期望。
单相线供电网络
Ergon能源公司拥有世界上最大的单相线供电网络，为昆士兰州提供重要的服务。在平均300公里（186英里）的线路上，一个典型的单相线供电线路将有一个200kVA的隔离电源 - 为大约80个用户供电，同时可能包含一个调节器 - 以及三个或四个25-kVAR电抗器。提升供电容量通常是通过升级单相线供电线路上的导线来实现的，但是每2.5km（1.6英里）平均只有一个客户，这种提升将是一个昂贵的解决方案。
单相线供电馈线上的电压调节是非常具有挑战性的，因为负载变化会显着影响电压。随着负载的增加，电压会降低。随着负载的降低，电压会随着Ferranti效应（线路分布电容效应）的增加而增加，这会在极轻的负载下引起容性充电电流，从而进一步增加线路末端电压。
由于其固有结构，与R / X小于1的城市电网相比，单相线供电网本质上阻抗/电抗（R / X）比为5至10。为了克服这些挑战，本文介绍了一种能够动态补偿工作电压的设备，结合当前最先进的逆变器和储能装置一起使用，可以成功地控制单相线供电系统的分布电压。由于单相线供电馈线具有高阻抗特性，使用储能设备，可以向网络注入有功功率，将显着提高电压（240 V时为1 kW≈1 V），并有助于减小隔离变压器的负载。这种设备被称为电网支持系统（GUSS）
智能存储
电网支持系统包括一个智能存储系统，由安装在可移动滑轨上的以下组件组成：
逆变器电源转换系统PCS
储能系统（锂离子电池）
控制，计量和通信
电网支持系统专门用于管理单相线供电线路的电压和容量限制。该系统通过用于客户连接的标准变压器连接到单相线供电馈线，并在低电压（240 V线电压）下工作。每个单位被要求承受澳大利亚苛刻的内陆条件。
为了确保电网支持系统机组满足Ergon能源的要求并在昆士兰州环境中可靠运行，开发参考以下规格：
太阳能辐照度为1000瓦/平方米（93瓦/平方英尺），紫外线老化
变频器额定值为25 kVA
具有低谐波输出的四象限逆变器
储能100kWh
独立运行的单相线供电回路控制系统
温度范围在0°C至45°C（32°F至113°F）
以便在现场进行维修和在恶劣的道路上运输的包装
Ergon能源开发的先进的控制算法调节有功和无功功率的输出和输出，以将电网支持系统单元的单相线供电电压保持在控制范围内。该算法管理电池的充电状态，并可以从集中控制系统获得指令，以更好地管理整个单相线供电线路负载。但该系统的控制是自主的，不受通信，监控和数据采集（SCADA）设备故障的影响。
系统电压降低情况下，智能逆变器，首先输出无功功率用于升压，当需要更高的电压时，注入有功功率。当单相线供电电压较高时，第一个反应就是通过吸收有功率来给电池充电。如果需要进一步降低线电压，则会从系统吸收无功功率。
电网支持系统的部署
经过8年的开发，以及麦哲伦电力公司的三个项目试点，Ergon能源公司实现了储能的部署，批准了购买和安装20台电网支持系统设备，作为传统馈线增容的低成本替代方案。美国S＆C电气公司被授予一份合同，按照电网公司的规格要求，制造电网支持系统。
根据网络需求，历史数据，本地知识和电力系统建模确定合适的单相线供电馈线，由于负载和故障的单相性不对称，这给单相线供电提供了许多挑战。电力公司在初始安装阶段选择了13个合适的站点。这些站点需要混合使用25千伏安（单电网支持系统）和50千伏安（双电网支持系统）设备，包括需要两台电网支持系统设备并行运行的馈线，但需要安装在不同的地点以解决网络的限制。
电网支持系统的最佳安装位置是馈线的末端，这是由于每个馈线所服务的昆士兰地区，内陆幅员广阔，供电线路长度可能超过1000公里（621英里），所以这是一个大问题：远距离意味着当需要工程支持时，抵达该站点可能至少要八个小时。
Ergon能源的单相线供电网络绝大多数在干燥的天气下只能通过重型车辆进入，而在雨季，四轮驱动的轻型车辆和直升机是唯一的通道。这些地区的通信服务也非常有限，由于地形崎岖起伏，移动通信网络覆盖不太可能，微波/无线电安装也不切实际。因此，大多数地点唯一可靠的通信形式是卫星。该电力公司之前曾使用Inmarsat BGAN M2M调制解调器在偏远地区进行网络自动化，目前该卫星通信系统被用于这种电网支持系统。
非传统安装
由于电网支持系统是馈线增容的非传统解决方案，因此需要调查和实施非传统的现场设备安装方法。检查与部署相关的每个业务流程以确保其是必要的，并保证没有其他更简单或更有效的方法。Ergon能源确定了三个需要重新思考的关键流程：
车间集成测试和预调试，以确保所有单位运到现场之前能够正常工作。采用远程管理方法测试最终的通信和软件系统，以重置和清除单元上的故障。Ergon能源提供的通信和计量设备在车间安装，在那里可以使用整个车间和备件。因此，唯一的现场工作是电网支持系统的就位，连接和通电，然后是最后的SCADA检查。
使用现有的设计和施工标准，应尽量减少现场作业和现场工作人员的培训。电网支持系统与25千伏安客户连接相同，包括接地安排。现场的土木工程应最小，使用三线动物围栏封闭的预制混凝土板脚，使用卡车运送四轮驱动叉车被用于将电网支持系统单元放置在混凝土板上。只需要5个工作日就能完成电网支持系统安装在一个指定的空旷场地、并通过调试投入运行。
双模式通信系统，包括卫星和3G通信，提供可靠的通信保证。以前，所有现场设备必须在3G或卫星上工作，但不能同时工作。由于通信系统必须与两种模式无缝切换，所以在后台系统和现场网络设备上都进行了大量的预配置工作。因此，电网支持系统设备这个系统，都可以在卫星或3G上运行，并向最终用户提供相同的网络地址和主机名。调制解调器在车间安装，不需要进一步的现场配置。（如果未来3G提供商的覆盖范围有所改善，那么使用3G蜂窝选项代替卫星将减少数据传输成本。）
通信和控制
电网支持系统单元内的逆变器，电池管理系统，统计电能表和嵌入式个人计算机均使用以太网和串行连接的组合连接到一个通用路由器。每个设备都可单独寻址，并且可以在本地（用于本地数据处理）和Ergon能源的后台服务器进行通信。
电网支持系统的控制计划有两条不同的控制路径。设备的运行控制是通过使用配电SCADA系统的DNP3协议进行的，工程控制由供应商提供的软件来执行。DNP3通过异常报警（RBE）报告异常运行。RBE将警报传递到自动事件告警系统，然后通知工程支持团队。RBE的报告经过筛选，为了减少卫星通信链路上的流量和因此而产生的费用。另外一个好处就是可以捕获短时间的网络事件，通过主动上送机制，这是轮询方式可能被遗漏的。
由于安装的位置偏远，还考虑了如何与S＆C远程协作来调查出现的任何问题。通关过屏幕共享和远程桌面工具相结合，使S＆C可以查看设备的状态，并协助其美国办事处查找故障，而无需Ergon能源员工到现场。
性能监控
电网支持系统的管理已经建立起来，该系统能提供丰富的信息。随着支持系统的开发，监控对于确保设备提供预期的效益和在预期的寿命中发挥作用至关重要。电网支持系统设备调整单相线供电网络电压的能力使得监控非常必要，同时对每个安装的系统的设置可进行微调。锂离子电池的安装位置和温度敏感性要求实时监视电池温度以实现最佳的寿命和性能。
Ergon能源开发了一个自动数据收集和可视化系统，提供实用和高效的电网支持系统管理。该系统的性能是通过在30小时内调查和解决故障的能力来衡量的，无需手动下载数据。在实践中，数据采集系统满足这一要求，大部分事件在五分钟内向工作人员报告，并在25小时内将所有数据传输到电力公司的服务器。
收集和处理大量的网络性能和电池数据可能是一个问题。但是，根据以往的经验，Ergon能源公司在安装任何电网支持系统设备之前就已经选择了解决这个问题方法。同过定期对主要部件（逆变器和电池）进行数据分析，可以预见到可能出现的任何问题。例如，在两周内，通过识别周期性发生的持续5秒断开/重新连接的电池系统，连同收集到的数据一起提交设备供应商予以解决，以下的图表是有典型意义的。
随后，随着Ergon 能源的工程师对电网支持系统设备的操作更加熟悉，已经制作了更详细的性能图表，包括56模块电池每个模块的电压和温度。在电池供应商的支持下，公用事业公司开发了软件，每隔两分钟询问电池管理系统的电池单体电压，以便在造成任何操作问题之前识别异常值和潜在问题。
网络支持
2016年8月完成了在13个地点安装100kWh的电网支持系统，使用Ergon能源的控制方法进行的监测确认了电网支持系统正在运行以支持该网络。记录在客户的240V连接的每日电压变动范围已经显着降低，在某些情况下可以降低多达40％。
电网支持系统部门的管理和监督工作正在进行中。使用收集的数据创建了一个大型的能源存储系统数据集，为评估未来的业绩提供了基准。开发电网支持系统项目所使用的系统，工具和工作实践，目前可用于配电网络其他技术部署。
虽然储能已经存在了很多年，但其作为单相线供电网络支持设备的使用却是新技术。Ergon能源在电网支持系统部门的绩效管理方面所做的持续工作是行业领先的，并表明储能是配网资产管理的重要模式。从电网支持系统中形成这样一个高分辨率数据的大型数据集将为澳大利亚的能源储存系统未来的研究和开发提供一个很好的数据支持。
通过采用智能能源存储系统，通信系统和绩效管理，Ergon能源能够高效，有效地给农村和偏远的昆士兰州的客户延长现有的、重要的供电系统的寿命。该电力公司目前也是澳洲境内采用新技术和开发储能行业的先行者。
Stephen Richardson是Ergon能源的技术创新工程师。他领导电网支持系统（GUSS）项目从发展到实施。他在电力行业测试和部署尖端的存储技术和可再生能源系统方面拥有10年的经验。他非常关注新技术如何与电网相互作用，以及如何支持客户，特别是那些农村和偏远的客户。Richardson是澳大利亚昆士兰州的注册专业工程师。
David Ingram以前是Ergon Energy的总工程师（技术创新）。他在电力供应行业拥有超过15年的各种发电，输电和配电经验。他的重点是将新技术引入输配电网络。Ingram拥有昆士兰科技大学变电站自动化专业博士学位，是澳大利亚昆士兰州的注册专业工程师，是IEEE的高级成员。
