中國儲能網(wǎng)訊：4月24-26日，由中國化學與物理電源行業(yè)協(xié)會儲能應(yīng)用分會主辦的第九屆中國國際儲能大會在浙江省杭州市洲際酒店召開。在4月24日下午的“儲能電站與技術(shù)應(yīng)用（一）專場”，來自廣州智光儲能科技有限公司副總經(jīng)理付金建在會上分享了主題報告《級聯(lián)型高壓大容量儲能技術(shù)研究進展》，以下為演講實錄：
付金建：非常感謝組委會讓我在這里和大家分享我們在“級聯(lián)型高壓大容量儲蓄技術(shù)研究進展”，去年的儲能大會上我也做了報告，向大家第一次來介紹這樣一個技術(shù)，在去年的大會上面有好幾個公司也在做這方面的介紹。
經(jīng)過一年的時間里我們也有一些項目實戰(zhàn)新的數(shù)據(jù)，在這里向大家做一些分享。作為新的技術(shù)路線，相信大家可能心里有好奇，但是也會有懷疑，希望通過我們實際的一些情況向大家來做說明，一起來探討這個新的技術(shù)，也非常歡迎同行們、還有一些可能即將希望成為同行的公司一起來研究高壓極聯(lián)性的這種大容量儲蓄的技術(shù)。
我今天的介紹準備了四個部分，重點會放在第二個部分和第三個部分的介紹。
第一部分，想說明一下我們的手機和我們大容量的儲能有什么樣的區(qū)別，大家知道手機大家用了幾十年的時間了，手機生產(chǎn)的數(shù)量和我們儲能系統(tǒng)的數(shù)量相比，手機的數(shù)量可以說非常非常龐大，但是它們的表現(xiàn)確實有很大的差異。為什么有這樣的差異呢？相信通過兩組圖片大家就能夠理解了。
大家知道手機相當于左邊這個，現(xiàn)在大家在做的儲能相當于右邊這個，他們最大的區(qū)別就是，大規(guī)模的儲能需要有序的運行，需要去監(jiān)控它，需要去細化的管理它，手機是一塊電池在工作，但是我們大型的儲能系統(tǒng)是幾千、幾萬、幾十萬個電池在工作，我們對大的管理、控制非常重要，作為高壓極聯(lián)儲能我們做的就是細化對電池系統(tǒng)的管理，讓它發(fā)揮更大的作用，讓它的容量用得更大，讓它的安全性更高，這個是我們所需要的。不同的管理大家都知道，不同的隊伍它的戰(zhàn)斗力、大的表現(xiàn)肯定是不一樣的，這個肯定是有區(qū)別的。
第二部分，向大家介紹這樣一個技術(shù)，這個主要是我們的所有的電池系統(tǒng)不管是高壓的、低壓的大家都是采用類似的成組方案，他們的區(qū)別在哪里呢？低壓的方案，并聯(lián)的簇數(shù)可能高一些，單電的簇數(shù)可能少一些，我們認為當大量的電芯并聯(lián)在一起使用的時候，即使我們都是新電池，我們大量的電池廠家，很多優(yōu)秀的同行他們已經(jīng)把單電芯的品質(zhì)做的還是不錯的，即使我們用全新的電池、同一批次的電池，因為每個電芯的SOC會有差異，這個是不可避免的，運行起來以后它的SOC也肯定會離散，這個時候因為我們對電芯的控制細化的不夠，BMS實際的能力和我們大規(guī)模儲能所需要的能力還有一定的差距，就會導致即使是新電芯同批次的非常優(yōu)秀的電芯廠的電芯，由于我們采用了不同的存儲方案，我們并聯(lián)的數(shù)量可能是不一樣的，單個電池包安裝的數(shù)量可能是不一樣的，有的可能單個電池包安裝1點幾兆瓦時，1.2、1.3，有的可能1.6、1.7，但是不一樣以后帶來的問題就是，可能我們電池安裝容量的利用率會有很大的差別，這個差別主要是來源于我們SOC的不一致所帶來的。我們認為，要提高電芯安裝容量的利用率和它的安全性，我們覺得應(yīng)該要設(shè)計小容量電池包，盡量對電池包做精細化的控制，這個是我們所追求的。
大家都知道，相信在座的各位專家都非常清楚，這兩張圖要說明的是什么呢，我們的電芯并聯(lián)的越多，它的容量可利用去可能會越低，因為大家的參數(shù)會不一致，比如右邊那個，很多電芯并聯(lián)在一起以后，大家的SOC不可能完全一樣，有差異，就會引起一些問題。另外，大量的電芯并到一起以后，BMS是很難正確的去估計每個電芯、每個電池單體實際狀態(tài)的，為我們后期運行會埋下一些隱患。可能我們BMS判斷這一堆電池的性能是還可用的，但實際上并聯(lián)多了以后，可能其中有一個單體已經(jīng)不行了，可能會有這樣一些情況。
另外，我們所有的單體，大家一致性做的再好，但是還是會有差異，在運行的過程中總是會離散，特也是在它的首端和末端，性能會離散的。為了保持我們的一致性，所以我們?yōu)槭裁匆タ刂艱OD，在這個方面也是有其中的一些因素在里。當我們并聯(lián)的電池越多的時候，我們這個DOD的范圍是不是要縮小，我們運行在初期的時候，比如我們DOD是90%，當然這個90%我這里要說明一下，在最近我們一些標準里頭，大家指定的對SOC的定義，它的分母變量是一個變化的，當然我的分析是在于我們能不能用一個分母不變的數(shù)據(jù)來對電池的可用容量、對電池使用的容量來進行定義，如果說在這種定義的情況下，就意味著當我們電池使用連線增加了以后，我們是要去縮短，我們可能要去控制可用容量的，就是說我們是不是要去把我們BMS電壓范圍，特別是并聯(lián)到一起以后，當我們掌握不了每一個電芯實際的情況的時候，在運行的中后期，比如運行2年、3年以后，我們要不要把保護的電壓范圍縮窄，為了安全我們要不要去縮窄，這個是我們要去考慮的。再有一個，當我們把大量的電芯并聯(lián)到一起以后，它可能會帶來一些功率分配上的問題、電流分配上的問題，它可能會不均衡。這些就會導致我們整個電池的不可控性會增加。所以我們就主張要做小容量的電池包來解決這個問題。
大家知道我們現(xiàn)在的儲能系統(tǒng)，都希望把整個儲能電站的容量做的越大越好，單機的容量做的越大越好，包括大家在搞1500V的直流，包括剛才南都的專家提到的，比如想做更大容量的單機電池包系統(tǒng)，都是因為我們儲能實際的需求，對電量、對功率的要求越來越高，所以大家想把單機的容量做的越來越大。我們把電池包做小以后我們怎么把單機的容量做大呢，也有不同的解決方案，比如交流側(cè)的并聯(lián)和交流側(cè)的串聯(lián)兩種方式，交流側(cè)的串聯(lián)就是我們采用級聯(lián)式的方案，我們把每一個電池包，因為我們是單簇的，每個簇電量用到100度電，我們就可以10千伏輸出的情況下單機系統(tǒng)做到12兆瓦時的電量，它的功率按照現(xiàn)在0.5C可以做到單機基5兆瓦，如果按照1C來設(shè)計，做到10兆瓦的水平我們覺得應(yīng)該是可行的。而且在整個方案里頭，以現(xiàn)有電芯的水平來看，如果用100多安時的電芯，基本上在做10千伏系統(tǒng)的時候就需要2個電芯來并聯(lián)就可以完成整個系統(tǒng)，如果說是用300安時的電芯，整個系統(tǒng)電芯完全不用并聯(lián)就可以實現(xiàn)這樣一個系統(tǒng)。
級聯(lián)儲能系統(tǒng)都是由一系列的模塊化硬件結(jié)構(gòu)完全一樣的儲能單元來組成的，每個儲能單元都有一個獨立的電池簇組成的這樣一個電池包，還有一個PCS的功率單元做交直流轉(zhuǎn)換組成。單個儲能單元的容量只有200度電，它的交流側(cè)的輸出電壓大概是300—400V的范圍，當我們需要不同的交流電壓的時候，我們只需要把不同數(shù)量的儲能單元交流側(cè)串聯(lián)起來，就可以實現(xiàn)我們想要的電壓，比如要10千伏可能串一定的數(shù)量，需要6千伏串另外一定的數(shù)量，就可以實現(xiàn)我們的需求，一方面實現(xiàn)了電壓的倍增，另外一方面也通過這樣的設(shè)計就把我們整個系統(tǒng)的電量和功率都給它做了一個倍增的擴容。
右邊的兩張照片是我們現(xiàn)在研發(fā)的，中間黑色部分是我們的電池柜、電池系統(tǒng)，這是其中的一個電池包，只有一簇電池，右邊是我們PCS功率單元的位置，整個系統(tǒng)都是這樣的系統(tǒng)來組成的。
電力電子裝置交流側(cè)并聯(lián)的技術(shù)是非常成熟的技術(shù)，在類似的場合，比如說高壓變頻器、高壓的SVG，實際已經(jīng)有10幾年的實際工程使用的經(jīng)驗進行了驗證，全球采用類似的拓補結(jié)構(gòu)設(shè)備已經(jīng)有幾十萬套的運行，所以中間有很多技術(shù)，比如高壓的一些技術(shù)，高低壓隔離的一些技術(shù)、抗干擾的一些技術(shù)，還有相關(guān)控制的一些技術(shù)，實際上已經(jīng)有大量的工程雁陣、實際使用的驗證，所以它內(nèi)部的一些技術(shù)我覺得相對來說還是比較成熟的。因為這種PCS的成本比我們抵押的PCS成本是要高的，所以前幾年我們儲能的單機容量不是很大，儲能單個電站投資規(guī)模不是很大的情況下，用高壓的成本太高，大家可能不容易接受，而且在那種情況下確實也適合用低壓的。但是如果我們把電站想建得更大，我覺得不可避免的要考慮是否可以采用這樣的一個技術(shù)。
在整個級聯(lián)儲能系統(tǒng)開發(fā)研制過程中，我們加入了一個電池簇的功率控制技術(shù)。大家都知道，在我們現(xiàn)有的第一儲能技術(shù)路線里頭，我們的單個電池包都是有很多簇的電池來組成的，這個電池包共用的是同一臺PCS，比如大家常見的500千瓦或者600千瓦的PCS，當通過PCS把交流的功率注入到這樣的電池包里的時候，這個功率電流在不同的電池簇之間進行分配的時候，依靠的僅僅是直流系統(tǒng)、電池系統(tǒng)它的內(nèi)部的電阻來進行的分配，內(nèi)部是不可控的，內(nèi)部是不可控的情況下就會導致大家的出力會有差異。在前期的時候，在新電池的時候，大家的內(nèi)阻，通過我們成Pack的時候進行電芯篩選、Pack的一些工藝控制，在新電芯的時候我們可以控制的相對比較好，不會有特別突出的問題，這個時候是可以使用的。但是我們使用的時間長了以后，大家都知道這個參數(shù)肯定是會離散的，這個是不可避免的，因為都知道我們一個集裝箱里頭溫差是比較大的，差個7、8度可能都會比較常見，老化速度是不一樣的，內(nèi)阻會離散的，我們設(shè)計一個電池系統(tǒng)新的我們按照500千瓦工作沒有問題，運行2年以后安全的工作是我們需要考慮的問題。
當然在這個以外我們還有一個電芯的SOC要去做均衡，現(xiàn)在主要我們依賴于BMS來做均衡，當然BMS的均衡技術(shù)大家研究的很多了，這幾天也有專門做BMS研究的同行來做解說，我就不詳細展開，但是我覺得在現(xiàn)有的BMS發(fā)展水平下面，如果它要去承擔靠我們現(xiàn)有的，比如我們可能會用到很大容量的電芯，光靠現(xiàn)有的BMS要去實現(xiàn)它的均衡，能力還是有所限制的。我們通過電池包小型化設(shè)計，就要把溫度空間縮小，而且在不同的電池包、不同的電池簇，因為大家相互之間是獨立的，所以大家老化速度即使有差異，相互之間實際上可以通過PCS來進行調(diào)節(jié)，來解決這個問題。當我們的電池系統(tǒng)工作時間長了以后，比如有的簇保持的容量比較高、性能比較好，有的簇可能差了一點，我們在工作的時候，因為我們的系統(tǒng)為我們每一個電池簇都設(shè)置了一個獨立的功率單元交直流的轉(zhuǎn)換，我們可以根據(jù)各個簇實際情況不一樣控制它的運行功率，比如第一個簇的情況要好一些，我就讓它工作功率大一點，這樣我就可以把全生命周期里讓整個電池系統(tǒng)都保持在一個比較好的運行狀態(tài)下。通過直接的高壓輸出我們可以在一些場合去省掉變壓器，提高整個系統(tǒng)的容量。我們這個系統(tǒng)，當然所有電力電池系統(tǒng)都會有諧波，我們都必須考慮消諧的方式，低壓大家都采用濾波的方式，高壓的方式是采用直接消除正旋波，沒有濾波環(huán)節(jié)，就不存在濾波環(huán)節(jié)的問題，有相當多的論文大家可以下來自行去查閱。
在單機響應(yīng)速度這塊，高壓反應(yīng)速度是非?？斓模谖覀儸F(xiàn)有系統(tǒng)測試情況下基本上3毫秒左右就可以完成所有狀態(tài)之間相互的切換，來做響應(yīng)。在整個控制上面也可以實現(xiàn)，比如說可以實現(xiàn)多種控制，如果說我們的電站容量比較小，比如說5兆瓦、10兆瓦這樣的電站，我們用一套系統(tǒng)就可以滿足我們整個建站的需求，就可以實現(xiàn)比如調(diào)度可以直調(diào)這套系統(tǒng)，而不需要中間去中轉(zhuǎn)，這樣就可以提高整個調(diào)度系統(tǒng)的響應(yīng)速度。
再有一個，電芯的切換冗余設(shè)計，當然也有相應(yīng)的一些設(shè)計，時間關(guān)系不再展開。
我們也考慮到，比如構(gòu)建一個50兆瓦/100兆瓦時的儲能電站我們可以怎么來做。我們給的方案，就是可以在110或者220的變電站，直接設(shè)計一臺雙繞阻的組變，設(shè)計2條10千伏的高壓母線，每個母線下面掛5套系統(tǒng)，就可以實現(xiàn)50兆瓦/100兆瓦時的需求。
如果用兩種不同方案進行設(shè)計的話，如果用低壓方案，現(xiàn)在主流可能用2兆瓦的單元為主，這種情況下可能在抵押狀況下需要25個這樣的單元來完成，兩個一對比，如果從數(shù)據(jù)上來對比，基本上在儲能系統(tǒng)得太數(shù)上面，高壓會大量的減少，10千伏的變壓器情況下高壓也會大幅度減少，10千伏的開關(guān)數(shù)量也會減少，400V的開關(guān)也是大幅度減少，單個電池包安裝電芯的容量大幅度減少，當然直流的東西也會減少，需要調(diào)控的一次調(diào)頻的數(shù)量大幅度減少，去減輕我們在信息和控制這塊的一些壓力。我們覺得在儲能電站的運行過程中我們要特別關(guān)注在電站運行的中后期它的運行基本情況，這里不再詳述。
這是我們運行的數(shù)據(jù)，這個是我們在我們自己的電站里頭實際運行的情況，在不投入PCS均衡功能的情況下，就是PCS不對電池簇的SOC進行均衡控制的情況下，裝機3兆瓦時的系統(tǒng)把它跑很多次以后，跑特別長時間以后會發(fā)生SOC離散，這個時候電池雖然是新的，但是電量會下降。投入這個功能以后，可以快速的把各個簇之間的SOC拉平，基本上現(xiàn)在拉到2%、3%以內(nèi)，這樣帶來的好處，就是相同的電池，比如這是一個3兆瓦時的安裝容量，我們現(xiàn)在基本上是可以做到2800度電以上的水平，在不用這個的時候基本上2300、2400的水平，（PPT）這是電壓的情況、這個是總壓的情況、這個是溫度的情況，基本上每個電池簇的溫差在3度以下，這個是我們諧波測試的數(shù)據(jù)，在一個額定的工況下。
這是我們?nèi)ツ甑那闆r，有幾個項目即將投運，我們在自己廠區(qū)的項目，一方面用做極聯(lián)型相關(guān)新技術(shù)的研發(fā)和實驗，另外一方面，也作為我們所承擔的儲能系統(tǒng)在廠內(nèi)陪試的設(shè)備。
我的介紹就到這里，謝謝大家！
（本文根據(jù)錄音整理，未經(jīng)演講人本人審核）
