1级联型高压大容量储能技术研究进展广州智光储能科技有限公司付金建2019.04杭州三、级联型高压储能系统运行数据四、关于智光储能二、构建安全高效的级联型储能系统目录？一、大容量储能系统的特殊性手机电池事故率远低于储能系统一大容量储能系统的特殊性一一大容量储能系统的特殊性一大型储能系统的特殊性一大容量储能系统的特殊性一三、级联型高压储能系统运行数据四、关于智光储能二、构建安全高效的级联型储能系统目录？一、大容量储能系统的特殊性电池系统架构一构建安全高效的级联型储能系统二P1Pa1NP2P3Pn簇1簇2簇7P1PaPN=NiaPP1)(NNppppPNpppPa=•••====+•••++=21002111、设计小电量的电池包，提高电芯安装容量利用率和安全性一电芯安装容量利用率：假定储能电站损耗为零的情况下，储能电站实际能输出的最大电量与电芯安装容量之和的比值（百分值）被定义为电芯安装容量利用率。由于实际能输出的最大电量在每个循环周期都有所不同，可以取一定循环次数的平均值。1）电芯安装容量利用率随电芯个数增多而降低，电芯一致性越差，容量利用率越低；2）电芯安装容量利用率随电芯保护电压设定值（放电深度DOD）不同而变化；3）一般而言同一个储能电站，初始运行时安装容量利用率相对较高，随着循环次数增加利用率逐步下降；4）由于电芯随循环次数的增加自身容量逐步下降，容量利用率也受此影响。输出电量=电芯安装容量允许的放电深度DOD电芯安装容量利用率储能系统效率电芯衰减系数构建安全高效的级联型储能系统二一P1Pa1NNppppPNpppPa=•••====+•••++=2100211NP2P3Pn电芯一致性理想条件下的运行通过扩充I来扩充储能容量P1Pa2012)(PNPPNia=NP2P3Pn电芯并联实际运行情况：内部环流，损失容量。并联组数越多，短板效应越明显，电芯容量利用率越低。——电池并联引起“短板效应”容量下降一构建安全高效的级联型储能系统二1、设计小电量的电池包，提高电芯安装容量利用率和安全性一电芯并联后，为避免在充电末端及放电末端电芯端电压差距较大引起的电池安全使用问题，必须降低并联电芯充放电深度DODDODDODK1K2——电池并联“短板效应”引起DOD下降一构建安全高效的级联型储能系统二1、设计小电量的电池包，提高电芯安装容量利用率和安全性由于输出功率恒定控制，内阻大的电芯出力不够，其余电芯超倍率运行，严重影响其余电芯性能与寿命。+-Z1E1+-+-Z2E2ZnEnPo716.8V◆由于整组电池在物理上直接硬连接，且都是能量体，因此在单电池芯出现短路问题的时候造成电压不均衡，导致其余电芯向被该短路的电芯泄放能量，也就是单电芯故障后的连锁反应，放大了事故状态，严重时就是我们看到的集装箱冒火现象；◆电芯并联加大了BMS对电芯状态的判断难度，电芯被滥用的概率升高——电池并联加剧良品劣化，扩大事故范围一构建安全高效的级联型储能系统二1、设计小电量的电池包，提高电芯安装容量利用率和安全性T1T3T4T2T1T3T4T2T1T3T4T2T1T3T4T2T1T3T4T2T1T3T4T2T1T3T4T2T1T3T4T2T1T3T4T26~35kV并网电抗A相B相C相一个电池簇构建安全高效的级联型储能系统二2、小电量的电池包级联组成大容量的储能系统——电量0.2MWh的储能单元组成一套12MWh储能系统（直接10kV输出）构建安全高效的级联型储能系统二电力电子装置交流串联技术成熟度高此项技术来源于成熟的高压变频调速技术及高压静止无功发生器（SVG）技术，相关设备在全球已有几十万台套的运行经验。簇1簇2簇7224被动均衡，通过控制能耗电阻的通断实现能量均衡，简单，均衡能力一般主动均衡，实现能量在不同电芯之间传递，复杂，均衡能力较高一构建安全高效的级联型储能系统二3、电池簇功率控制技术——PCS与BMS互补，提升电池均衡控制能力和容量利用率，均衡老化速度级1级2级3级4级联模式簇1簇2簇7224低压模式构建安全高效的级联型储能系统二3、电池簇功率控制技术——PCS与BMS互补，提升电池均衡控制能力和容量利用率，均衡老化速度◆由于整组电池在物理上直接硬连接成一个整体使用，为保持各电芯特性基本相同，要求环境温度接近，对空调布局、风道布局提出高要求，理论上各电芯温差越低越好，但在实际运行中很难保障。由于工作温度不同导致电池差异增大，会显著降低整组电池出力水平；◆对系统电池堆安装布线提出了要求。簇1簇2簇7224一构建安全高效的级联型储能系统二4、电池温度分区管理，设计可靠的散热系统——提高散热可靠性，缩小电池温差高压直接输出型储能系统，各电池簇直流端相互独立，只需要保证每个电池簇内的电池工作温度均衡。构建安全高效的级联型储能系统二4、电池温度分区管理，设计可靠的散热系统——提高散热可靠性，缩小电池温差级1级2级3级45、省去变压器，提高单机容量——提高效率、节省开关、变压器等配电系统投资高压级联式转换效率高的原因有以下三点：➢没有变压器，至少减少1个百分点的变压器自身损耗；➢等效开关频率很高，功率变换单元的开关频率降低，有效降低器件开关损耗；➢直接输出高压，每相电流减小，线路损耗降低。构建安全高效的级联型储能系统二无需滤波设备，输出电压、电流THD3%以下，避免滤波电感、电容回路耦合振荡问题，也不存在滤波参数漂移问题。单元输出PWM级联后输出高压PWM波形构建安全高效的级联型储能系统二6、移相PWM控制，省去滤波环节——提高系统电能质量，降低谐波序号工作项目工况转换时间10功率运行转4.5MW充电2ms24.5MW充电转4.5MW放电1.5ms34.5MW放电转4.5MW充电2.5ms44.5MW充电转0功率运行2ms50功率运行转4.5MW放电1ms64.5MW放电转0功率运行1.5ms70功率运行转4.5Mvar吸无功1ms84.5Mvar吸无功转2Mvar发无功2.5ms94.5Mvar发无功转2Mvar吸无功1ms104.5Mvar吸无功转2Mvar发无功2ms110功率运行转4.5Mvar发无功1ms124.5Mvar发无功转0功率运行2msEMSPCS控制器调度指令下达无需协同处理机构。或者直调构建安全高效的级联型储能系统二7、单机响应速度快，少量系统并联即可满足大容量建站需求——简化储能站协调控制，提升调度响应速度构建安全高效的级联型储能系统二8、功率冗余设计，储能单元自动旁路——电芯故障切除容量小，可在线更换电芯构建安全高效的级联型储能系统二9、构建50MW/100MWh的储能电站——高压方案将10套5MW/10MWh的储能系统接入两条10kV母线构建安全高效的级联型储能系统二9、构建50MW/100MWh的储能电站——10套5MW/10MWh的储能系统接入两条10kV母线17m构建安全高效的级联型储能系统二9、构建50MW/100MWh的储能电站——高低压两种方案对比高压级联方案一次回路低压方案一次回路构建安全高效的级联型储能系统二9、构建50MW/100MWh的储能电站——高低压两种方案一次设备对比低压方案级联高压方案储能系统台数84～1001010kV变压器台数25010kV开关数量2510400V开关数量1000每包安装电芯容量＞1200kWh＜200kWh直流侧电流≈700A≈140A直流侧电压≈700V≈700V故障切除容量≥500kW/1000kWh＜100KW/200kWh需调控一次设备台数234～25020关注储能电站投运中后期运行情况1）电芯循环到一定次数之后，电芯本体的差异化逐步体现出来，再加上运行期间各电芯实际工作环境温度差异进一步加剧电芯差异化进程，储能系统设计方案须考虑应对办法；2）电芯一致性变差之后，对储能电站的安全管理带来了挑战，这时候需要进一步降低电池DOD，控制电池特性差异区域的使用，并对特性极差的电芯予以更换；3）由于一致性问题加剧，中后期储能电站输出电量将逐年下降，这取决于电芯的一致性特性变化趋势及电芯的使用模式、电芯本体容量的衰减程度；4）电芯一致性显著变差后，对BMS的管理造成巨大的压力，实际均衡效果变差或无法起到均衡作用----高度关注中后期BMS的实效；5）尽早发现并处理特性差的电芯，对于整个储能电站的安全及使用效率有积极的意义。综上：为保证储能电站的安全及使用效率，不建议电池的大规模化并联使用为适应电池参数离散，须对电池簇功率进行控制一构建安全高效的级联型储能系统二三、级联型高压储能系统运行数据四、关于智光储能二、构建安全高效的级联型储能系统目录？一、大容量储能系统的特殊性企业基本情况一级联型高压储能系统运行数据三采用PCS层级的大功率主动均衡控制，均衡能力强，有效避免了由于电池模块“木桶效应”对整体储能系统的制约，同时提高了电池的利用率和使用寿命。1、电池簇的运行功率控制能力1、电池簇的运行功率控制能力——广州某电站储能系统簇间SOC收敛趋势级联型高压储能系统运行数据三2、电池系统容量利用率——广州某电站储能系统电量变化趋势级联型高压储能系统运行数据三3、电池温度极值差——广州某电站储能系统电量变化趋势级联型高压储能系统运行数据三4、输出谐波——5MW/3MWh储能系统测试数据级联型高压储能系统运行数据三三、级联型高压储能系统运行数据四、关于智光储能二、构建安全高效的级联型储能系统目录？一、大容量储能系统的特殊性一一关于智光储能四广州智光储能科技有限公司是广州智光电气股份有限公司【股票代码：002169，以下简称智光电气】的全资子公司，是智光电气在综合能源技术与服务战略发展方向的重要布局。公司凭借自身多年电力电子技术、自动化与信息化技术及智慧能源技术的研究与应用经验，并通过投资电池行业资深研究团队及与国内高校合作，拥有一批在电池PACK技术研究与生产、BMS、EMS及PCS等领域专业的研究团队。公司为南方电网宝清电站提供的国际首台高压直挂储能PCS系统为国际领先水平。公司致力于储能领域产业技术的研究与应用。在电化学储能、机械（飞轮）储能及超级电容器储能等技术领域为客户提供包括储能技术咨询、储能系统集成、储能设备销售等业务，可为广大储能系统集成商提供储能电池PACK集成、BMS、PCS及EMS等核心关键技术及设备，并可提供电芯及电池PACK测试技术服务。公司的储能产品序列包括电站型储能系统（高压直挂式）、需求侧储能系统（多模组分散式集成储能）及移动储能产品，可为不同应用场景的客户需求定制提供高效率、高可靠性及高安全性的储能系统技术及装备。此项技术来源于成熟的高压变频调速技术及高压静止无功发生器（SVG）技术，相关设备在全球已有几十万台套的运行经验。关于智光储能四1、深圳宝清电站：2MW/2MWh---2014年投产；2、广州市开发区某厂区5MW/3MWh---已于2018年11月投产；3、广东顺德五沙电厂9MW/4.5MWh---预计2019年05月底投产；4、江苏万邦生化厂区：3MW/6MWh---预计2019年05月底投产。高压大容量储能系统在中国首个兆瓦级电池储能站:南方电网深圳宝清储能站应用关于智光储能四级联型高压大容量储能系统应用情况敬请各位领导指正，谢谢！