中國儲能網(wǎng)訊：5月19日至21日，“第八屆中國國際儲能大會”在深圳隆重召開， 來自中國、美國、德國、英國、加拿大、西班牙、日本、韓國、澳大利亞等國和地區(qū)1500余位政府機(jī)構(gòu)、科研院所、行業(yè)組織、電力公司、新能源項目單位、系統(tǒng)集成商等代表出席本次大會。
江蘇歐力特能源科技有限公司的科技副總蔣瑋在微電網(wǎng)+售電專場，發(fā)表了題為“鏈?zhǔn)交旌蟽δ芟到y(tǒng)功率控制及狀態(tài)估計技術(shù)研究”的精彩演講。
演講內(nèi)容如下：
蔣瑋：大家下午好！我今天帶來的題目是““鏈?zhǔn)交旌蟽δ芟到y(tǒng)功率控制及狀態(tài)估計技術(shù)研究”。這實際上是我最近這一年做工作的一個匯報，本人現(xiàn)在在東南大學(xué)電氣工程學(xué)院任職，同時也和江蘇歐力特能源科技有限公司保持一個很好的關(guān)系，也在公司擔(dān)任科技副總。
這是企業(yè)的介紹，江蘇歐力特是江蘇高郵市專門從事儲能電池、后備/通信電源、儲能系統(tǒng)研發(fā)的企業(yè)，同時江蘇歐力特也有江蘇省新能源裝置工程技術(shù)研究中心、江蘇省新能源儲能裝置工程中心、羅安院士工作站等等研發(fā)機(jī)構(gòu)，也是有比較強(qiáng)研發(fā)能力的企業(yè)。
這張圖表示了我對儲能系統(tǒng)未來研究方向的視角。儲能系統(tǒng)從電網(wǎng)公司和用戶的角度來看，它的功能是不一樣的，從電網(wǎng)公司來看希望它提供備用容量、消納新能源發(fā)電，起到削峰填谷或者是調(diào)頻的作用。用戶肯定考驗的是經(jīng)濟(jì)性、收益，用戶側(cè)希望儲能系統(tǒng)發(fā)揮應(yīng)急電源，和光伏配套，峰谷套利，提升電網(wǎng)質(zhì)量。目前就我對儲能系統(tǒng)行業(yè)的發(fā)展觀察來看，有很多方面限制了電網(wǎng)公司和用戶之間沒有達(dá)成一致，特別是在用戶側(cè)儲能這一塊，在配電網(wǎng)方面它是可以發(fā)揮一定作用的，但是它和主網(wǎng)調(diào)頻不一樣，配電網(wǎng)的客戶的儲能能提供的電量可能只是大海里的一滴水，但是它對局部來說確實非常重要，比如說我們在來這次會議之前還和揚(yáng)州供電公司提到，在高郵市有一些魚塘，魚塘里面的峰值負(fù)荷發(fā)生在午間，需要用水泵的時候，峰值負(fù)荷的時間非常集中，如果為了這樣的峰值負(fù)荷做配電網(wǎng)很大的改造，對電網(wǎng)公司來說效率并不是很高，因為這個峰值負(fù)荷時間不長，從配電角度沒法覆蓋自己投資的成本。但是如果在大家都使用電的時候，可能變壓器又燒掉了，你完全用電價或者電量的方式結(jié)算，對社會資本來說，它沒有投資這樣的儲能系統(tǒng)的意愿。如果真正能夠在配電網(wǎng)、分布式儲能和輔助服務(wù)市場有一些價格激勵的機(jī)制，我相信未來分布式儲能系統(tǒng)能更好地融入配電網(wǎng)的運(yùn)行，當(dāng)然這里面也有很多具體的技術(shù)問題，比如說分布式儲能真正參與配電網(wǎng)運(yùn)行，對電壓等等方面會產(chǎn)生什么影響，需要通過對電網(wǎng)建模，才能更進(jìn)一步精細(xì)化的管理。所以我們從用戶和電網(wǎng)公司不同的視角看待儲能系統(tǒng)，首先是存在客戶側(cè)的選址定容、儲能協(xié)調(diào)控制和儲能技術(shù)選擇的問題。
這是我參與過的一些相關(guān)的科研項目，去年東南大學(xué)和江蘇歐力特聯(lián)合高效、高可靠性模塊化智能集成儲能系統(tǒng)的研究，我們也獲得了江蘇省科技進(jìn)步一等獎。
我今天比較細(xì)的介紹怎么用鏈?zhǔn)降腜CS的結(jié)構(gòu)響應(yīng)或者滿足混合儲能系統(tǒng)的功率控制的要求。
前面很多專家說過了，儲能系統(tǒng)分為功率型和能量型兩種，混合儲能系統(tǒng)可以提高儲能裝置的壽命，降低儲能系統(tǒng)建設(shè)的成本，因為如果只滿足某一方面的需求，儲能系統(tǒng)的成本很高，傳統(tǒng)的儲能系統(tǒng)也是通過單一變換器并網(wǎng)的，這種結(jié)構(gòu)目前比較常用，它主要存在的問題在兩方面，一個是有一個升壓變壓器，它大概帶來1.5%到2%左右的損耗，這個損耗如果能降低，肯定是比較好的，能把變壓器取消掉。另外就是這種結(jié)構(gòu)，PCS必須要根據(jù)儲能電池或者儲能系統(tǒng)的功率容量需求定制，這樣可能會造成只有一些固定系列的，比如100、200、300、500千瓦的PCS等級，也就限制了大功率、高電壓PCS的應(yīng)用。
針對這個問題，研究學(xué)術(shù)界和工業(yè)界也提出了一些利用鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)去解決這個問題，一個是無變壓器并網(wǎng)，還有一個是模塊化設(shè)計的問題。現(xiàn)在比較多的兩種結(jié)構(gòu)，一種是CMC的結(jié)構(gòu)，也就是級聯(lián)多電平結(jié)構(gòu)，還有一個是MMC，就是模塊化多電平的結(jié)構(gòu)，它的好處是輸出電平數(shù)量多，等效開關(guān)頻率高，可以實現(xiàn)無變壓器高效接入中高壓電網(wǎng)。它能夠靈活完成儲能系統(tǒng)的重構(gòu)，在單鏈節(jié)發(fā)生故障的情況下，可以讓系統(tǒng)降額運(yùn)行。
用鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)做PCS，一個關(guān)鍵的問題是多電平調(diào)制技術(shù)，它分為低頻調(diào)制和高頻調(diào)制。
對于鏈?zhǔn)降幕旌蟽δ芟到y(tǒng)，它會有一些挑戰(zhàn)，因此需要設(shè)計一個靈活可靠的儲能變流器，能夠兼容或者是適應(yīng)不對稱的功能狀態(tài)。第二是穩(wěn)定高效的儲能控制技術(shù)，充分利用儲能元件的互補(bǔ)特性，發(fā)揮儲能元件的功能優(yōu)勢。第三是混合儲能系統(tǒng)狀態(tài)估計，原來是沒有這個成果的，原先的狀態(tài)估計只是對蓄電池進(jìn)行狀態(tài)估計，但是如果這些儲能元器件通過電力電子裝置聯(lián)系在一起，怎么評價它的SOC，這又是一個問題。第四是混合儲能系統(tǒng)如何進(jìn)行高效的控制，也是需要研究的。
在這幾個方面我們都做了一些工作和研究，首先是在調(diào)制方式上，我們提出基于輔助功率環(huán)的鏈?zhǔn)交旌蟽δ芟到y(tǒng)。鏈?zhǔn)交旌蟽δ芟到y(tǒng)中加入串聯(lián)LC調(diào)諧濾波器，鏈節(jié)與LC調(diào)諧濾波器形成輔助功率環(huán)，使鏈?zhǔn)交旌蟽δ芟到y(tǒng)對外功率輸出與內(nèi)部各儲能單元之間功率轉(zhuǎn)換能夠進(jìn)行解耦控制，在不影響系統(tǒng)有功、無功功率輸出的前提下，實現(xiàn)鏈?zhǔn)交旌蟽δ芟到y(tǒng)中儲能單元之間的功能轉(zhuǎn)移。
我們基于的是正交分解的理論，如果在同一個環(huán)路里面具有兩種不同頻率分量所產(chǎn)生的工具，這些工具本來是可以解耦的，我們可以分別控制50赫茲和100赫茲的電壓、電流，讓這兩個功率流完成不一樣的作用，這樣我們前面所看到的三個H橋和調(diào)諧濾波器之間就可以形成一個獨立的輔助功率的環(huán)路，由這個環(huán)路為我們的蓄電池和超級電容器之間的能量交換提供通道。這是我們做的相關(guān)的理論研究，我就不展開介紹了。
最后通過這么一個等效調(diào)制的波形，上面在蓄電池做連接的逆變H橋里面存在一個準(zhǔn)方波波形，準(zhǔn)方波里面是包含特定次數(shù)諧波分量的，我們在底下的兩個超級電容器作為電源的H橋里面去提供和某一次諧波（比如74或者94諧波）頻率相同的諧波分量，讓這兩個諧波分量和我們前面所看到的LC超級濾波器形成諧振，利用諧振電流和特定次數(shù)諧波電壓產(chǎn)生的功率流去完全級聯(lián)結(jié)構(gòu)下的能量交換。這是我們的一個基本思想，也做了相應(yīng)的仿真和實驗的研究，驗證了我們所提出的級聯(lián)的結(jié)構(gòu)和輔助功率環(huán)的工作方式，是可以完成在運(yùn)行過程中動態(tài)、無條件的在蓄電池和超級電容器之間完成功率交換，作用就是剛才說的兩個，一個是能量恢復(fù)，還有一個是SOC均衡。
此外我們還提出了一個基于一維矢量調(diào)制的鏈?zhǔn)交旌蟽δ芟到y(tǒng)功率調(diào)制方式，這種思想主要是通過對三個或者多個級聯(lián)H橋的狀態(tài)篩選和調(diào)整，這三個橋的狀態(tài)是有冗余性的，合成同樣的一個特定電壓，可以在不同的開關(guān)組合中進(jìn)行篩選，這些狀態(tài)有些會使特定鏈節(jié)的電壓上升，有些會使電壓下降。我原來篩選是沒有原則的，可以隨便選，現(xiàn)在我是根據(jù)蓄電池或者超級電容器的工作狀態(tài)去有意地那些合適的狀態(tài)，在輸出電壓可以完成的情況下，完成對特定鏈節(jié)本身狀態(tài)的調(diào)整。利用這種方式可以讓我們剛才看到的很簡單的級聯(lián)結(jié)構(gòu)工作在不同的工作方式下，正常工作、大功率放電等等方式都可以實現(xiàn)。
我們也是通過這個開關(guān)狀態(tài)選擇，提出了一套開關(guān)狀態(tài)選擇的標(biāo)準(zhǔn)，通過我們這個開關(guān)狀態(tài)選擇，雖然說感覺中間的階梯波好象有點不對稱，但是最后濾出來的實際工作電流還是非常完美的，感覺不對稱的電壓對最后的輸出不會產(chǎn)生影響，它僅僅是因為在工作過程中，我是根據(jù)某一個鏈節(jié)的狀態(tài)進(jìn)行了開關(guān)狀態(tài)的篩選導(dǎo)致的形式上的不對稱，但是從前面可以看出，我們確實是通過這種方式完成鏈節(jié)的不對稱控制，讓鏈節(jié)變得對稱。另外不同的輸出結(jié)構(gòu)的模式，可以看到我們的一維矢量調(diào)制可以主動修改串聯(lián)模式下某一個鏈節(jié)的充放電狀態(tài)。
這也是我們通過實驗驗證了我們的控制思想，剛才所說的這兩部分內(nèi)容我們也都在IEEE的期刊上發(fā)表了相關(guān)的論文，感興趣的可以下載下來看看。
鏈?zhǔn)交旌蟽δ芟到y(tǒng)的多電力電子器件與多儲能元件相互耦合，使得系統(tǒng)建模較為復(fù)雜。混合儲能系統(tǒng)的多類型儲能元件與多種工作模式，為估計系統(tǒng)的荷電狀態(tài)與功率輸出能力帶來困難。我們在模型里面建立一個等效電壓源和等效電流源，評估混合儲能系統(tǒng)狀態(tài)的模型，這個模型可以表征混合儲能系統(tǒng)工作的暫態(tài)。在這個模型下，最后SOC評估的結(jié)果就不再是線性了，原來是超級電容器還是電池，肯定是線性下降的，它是連續(xù)下降的，不可能出現(xiàn)非連續(xù)的變化。實際上我們基于這個混合儲能系統(tǒng)的調(diào)制方式，就是考慮到不同的混合儲能系統(tǒng)的狀態(tài)，這個模型可以實際表征混合等效系統(tǒng)的指標(biāo)，我們這個研究也發(fā)表了一篇文章，大家有興趣可以找來看看。
以上是我今天分享的鏈?zhǔn)交旌蟽δ芟到y(tǒng)功率控制及狀態(tài)評估的主要內(nèi)容，謝謝大家。
