中國儲(chǔ)能網(wǎng)訊：2019年10月11-12日，第六屆儲(chǔ)能技術(shù)在分布式能源與微電網(wǎng)中應(yīng)用高層研討會(huì)”在深圳召開。來自科研機(jī)構(gòu)、設(shè)計(jì)院、新能源發(fā)電企業(yè)、電力公司、系統(tǒng)集成商、電池制造企業(yè)、電氣元器件企業(yè)、新能源制造企業(yè)、項(xiàng)目承包商、投融資機(jī)構(gòu)等500余人參加了本次會(huì)議。
在會(huì)上，西安精石電氣科技有限公司解決方案高級總監(jiān)劉衛(wèi)武分享了主題報(bào)告《集控鏈智慧儲(chǔ)能解決方案》，以下為報(bào)告實(shí)錄：
劉衛(wèi)武：大家好，今天非常榮幸代表精石介紹我們的集控鏈解決方案。
首先回顧一下什么叫做集控鏈，集控鏈從功率流上來看，就是每一處電池都要獨(dú)立的控制，交流側(cè)獨(dú)立逆變，每一處電池如果發(fā)生異常不影響整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行，這是它設(shè)計(jì)的初衷，主要是降低木桶效應(yīng)，那么多的支路、那么多的電池，如何實(shí)現(xiàn)安全、可靠？從電力電子的角度考慮已經(jīng)不適合了，很難解決它的問題。所以必須要高度集成的信息化管理技術(shù)，與電力電子進(jìn)行深度的融合，具體的做法是在電力電子技術(shù)的基礎(chǔ)上加了BCU、PCU、SCU以及機(jī)器學(xué)習(xí)、智能管控、信息化系數(shù)據(jù)鏈的智能管控措施，使儲(chǔ)能系統(tǒng)更安全、更經(jīng)濟(jì)。
這是一個(gè)儲(chǔ)能系統(tǒng)，每一個(gè)支路控制單元都配置了一個(gè)BCU，就是檢測電池包以及支路控制單元的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理，每一個(gè)AC/DC配置一個(gè)PCU，采集AC/DC的數(shù)據(jù)上傳給SCU，根據(jù)SCU下發(fā)的指令進(jìn)行邏輯控制，配置，告警以及故障管理，SCU和BCU、PCU及電表等進(jìn)行通信，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、邏輯算法、人機(jī)交互等，同時(shí)PCS集成了本地的EMS單元。這是具體的控制作用，BCU的CAN數(shù)據(jù)重組，可以確保40個(gè)電池包的并發(fā)處理和系統(tǒng)數(shù)據(jù)的下發(fā)，更安全、可靠。
從傳統(tǒng)的理念上來理解，PCS可能只是一個(gè)功率轉(zhuǎn)換單元，但隨著儲(chǔ)能技術(shù)的逐步發(fā)展，PCS已成為儲(chǔ)能系統(tǒng)的核心，也必將成為儲(chǔ)能系統(tǒng)重要的核心控制點(diǎn)。
下面我們看一下儲(chǔ)能系統(tǒng)經(jīng)常遇到的問題，首先是電池的匹配問題，可能大家都遇到過，對于梯次電池來說，如果拆包重組就失去了經(jīng)濟(jì)的價(jià)值，如果不拆包重組，由于梯次電池的不一致性以及木桶效應(yīng)，必須要求每一個(gè)電池包都要獨(dú)立控制，一對一的獨(dú)立控制。由于它的不一致性以及衰減的過程，直流側(cè)需要加一個(gè)高頻隔離，實(shí)時(shí)的阻抗檢測，這也是必須的硬件條件。
另外對于低壓電池來說，額定530多伏的系統(tǒng)，都需要加一級DC/DC單元，多支路控制也是需要的，考慮到成本的原因必須要精細(xì)化的控制。如果說交流并聯(lián)的話可能會(huì)產(chǎn)生一系列的環(huán)流，直流母線可以完全避免環(huán)流，絕緣阻抗實(shí)時(shí)檢測也成為PCS必須具備的功能。
對于高壓電池來說，電池可以串得足夠多、電壓足夠高，用集中式的PCS可能更合適，因?yàn)殡娏鞅堵士梢栽O(shè)置得更高一些，但是高壓電池用集中式，可能每個(gè)PCS要接幾千支電芯，每個(gè)電芯出現(xiàn)衰減過快都會(huì)導(dǎo)致在循環(huán)過程中很容易達(dá)到截止電壓，充不進(jìn)去也放不出來，集中式的PCS也需要多路輸入，降低木桶效應(yīng)。簇間均衡，避免環(huán)流，這是必須要求的。
另外，大家比較關(guān)心的問題，電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的安全問題，無論是任何原因引起的儲(chǔ)能系統(tǒng)安全問題，歸根到底就是電池的熱失控問題，要解決安全問題，最基本的根源問題是如何避免電池的熱失控。如果熱失控了，BMS、PCS和EMS之間的信息共享顯得尤為重要，也就是說預(yù)警機(jī)制必須要十分健全。如何避免它的熱失控？這是目前儲(chǔ)能研究的熱點(diǎn)，因?yàn)閮?chǔ)能系統(tǒng)一旦著火了，外面的消防告警能起到多大的作用呢？
基于這個(gè)理念，我們也是把邊界防護(hù)模型，比如說BMS上傳上來的單體電壓、單體溫度、單體電流的一系列邊界模型升級成多維聯(lián)動(dòng)模型。例如電壓、電流的聯(lián)動(dòng)可以校驗(yàn)BMS，電流、SOC以及電流溫度的聯(lián)動(dòng)可以確保電池始終工作在比較舒服的環(huán)境，一旦出現(xiàn)問題就要看安全決策是阻止充放電、報(bào)警通知還是監(jiān)控評估。
左邊是聯(lián)動(dòng)機(jī)制的簡單示意，比如說我們設(shè)置25攝氏度，放電倍率是0.4C，到30攝氏度的時(shí)候，溫升超過5度，放電倍率降到0.3C。如果35度，放電倍率降為0.15C甚至0.1C。這個(gè)時(shí)候如果溫度還是降不下來，絕對是不允許溫度繼續(xù)上升，報(bào)過溫故障，就要把這路電池切除掉，完全避免了溫度的繼續(xù)升高，這是聯(lián)動(dòng)機(jī)制簡單的示意。
這個(gè)圖是BMS上傳上來的電壓溫度值，PCS根據(jù)上傳的單邊防護(hù)模型進(jìn)行分析，溫升如果在5度以內(nèi)是正常的，如果超過5度認(rèn)為它是有問題，就要啟動(dòng)聯(lián)動(dòng)防護(hù)模型。
這個(gè)圖可以看出是PCS分析每簇電池最大的電壓差，電池在500毫伏是正常的。這個(gè)圖BMS上傳了錯(cuò)誤的電壓信息，電壓差超過60伏，顯然這是不對的，但是出現(xiàn)這種問題就要再看它的溫度是不是超了，如果溫度超了，就要啟動(dòng)保護(hù)機(jī)制，立馬把這簇切掉，如果溫度正常，說明可能是BMS誤報(bào)引起的，只是告警。
絕緣阻抗實(shí)時(shí)檢測已經(jīng)成為標(biāo)配，對于具有高頻隔離的PCS，比如說PCS梯次產(chǎn)品，可以采用梯次電池自帶的絕緣阻抗檢測，直接上傳給PCS顯示出來，也可以把PACK自帶的屏蔽掉，由PCS對其檢測，這種我們往往采用對地電壓式的檢測方法。對于非隔離型的PCS，由于共模電流等的影響，對地電壓式的檢測方法無法使用，我們采用信號注入式的方法。
這是現(xiàn)場SCU顯示出來的數(shù)據(jù)，每簇電池對應(yīng)一個(gè)BCU，每一路電池下面的BCU可以實(shí)時(shí)報(bào)上來它的絕緣阻抗檢測值，現(xiàn)場也是檢測出來一些絕緣阻抗的問題，大部分是線纜破損、電纜漏液，絕緣阻抗檢測也是儲(chǔ)能系統(tǒng)必備的，這也是非常重要的。
一旦儲(chǔ)能系統(tǒng)出現(xiàn)問題，它的聯(lián)動(dòng)機(jī)制和預(yù)警系統(tǒng)就要完全健全，BMS、PCU、BCU、EMS要信息共享，也是為將來的泛在物聯(lián)網(wǎng)打下基礎(chǔ)。
大家比較關(guān)心的另外一個(gè)問題是經(jīng)濟(jì)問題，如何提高儲(chǔ)能系統(tǒng)的收益？儲(chǔ)能系統(tǒng)提高收益最簡單粗暴的辦法就是提升充放電容量，說得簡單一點(diǎn)就是讓電池充進(jìn)去更多的電，放出來更多的電，這個(gè)時(shí)候精細(xì)化管理顯得尤為重要。因?yàn)檠h(huán)過程中任何一個(gè)電芯達(dá)到截止條件，整體停止充放電，如果每一個(gè)電池包都獨(dú)立控制，就極大的削弱了木桶效應(yīng)。
基于集控鏈數(shù)據(jù)鏈的優(yōu)勢，可以智能運(yùn)維，運(yùn)維比較簡單。每一路電池獨(dú)立控制可以支持不同種類電池的混用，而且方便更換和淘汰劣質(zhì)電池，PCS百分之百的前維護(hù)，可以提高維護(hù)效率的同時(shí)，也方便了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，集裝箱也不需要考慮PCS后部維護(hù)的問題，單獨(dú)給PCS后部開門。
這是現(xiàn)場的數(shù)據(jù)，可以看出左圖是在380伏低壓側(cè)采樣，充放電容量比可以達(dá)到88%；右邊的圖是高壓側(cè)35kV采樣，充放電效率達(dá)到85%左右，因?yàn)橹虚g多了一級變壓器，系統(tǒng)效率值基本上在我們的預(yù)期范圍內(nèi)。
這是我們在江蘇做的32MWh的項(xiàng)目和西安6MWh用的都是相同的電池，80%DOD，每天一個(gè)循環(huán)，32MWh是多支路，6MWh是單支路，折算到每MWh的放電量，多支路比單支路提高7%以上。
以10MWh的電站容量計(jì)算，如果單度電的收益在0.65元，容量提升7%，收益也是很可觀的，達(dá)到160萬左右。剛才許教授也提到壽命的問題，因?yàn)殡姵氐膲勖饕鷾囟?、充放電倍率和重組的工藝有關(guān)，比如說電池45攝氏度相比25攝氏度的情況下，循環(huán)壽命可以降低1500次左右。如果電芯的循環(huán)壽命是5000次，組成模組，由于焊接、加熱膜、木桶效應(yīng)等一系列的影響，循環(huán)效率可能降為4000次，組成PACK，電池柜，壽命還會(huì)下降，加上精細(xì)化管理、多級聯(lián)動(dòng)讓電池工作在最舒服的環(huán)境，據(jù)我們?nèi)嬖u估，系統(tǒng)壽命可以提高500次以上。提高500次的系統(tǒng)效率，它的收益也能達(dá)到270多萬，這也是很可觀的。根據(jù)儲(chǔ)能技術(shù)的提升來提高整個(gè)儲(chǔ)能的收益。梯次電池免去了拆包重組的費(fèi)用，用梯次電池也是提高儲(chǔ)能系統(tǒng)收益的一個(gè)方面。
量體裁衣，現(xiàn)在儲(chǔ)能系統(tǒng)不同的電池、不同的應(yīng)用場景、不同的方案，選擇儲(chǔ)能產(chǎn)品時(shí)量體裁衣顯得很重要。對于梯次電池來說，我們有專注于梯次電池應(yīng)用的產(chǎn)品，250Vdc達(dá)到滿載，正常的小汽車電池都是350伏系統(tǒng)，電壓在280到410伏，250伏能達(dá)到滿載。不拆包重組進(jìn)行控制，直流側(cè)10路、12路獨(dú)立控制，交流側(cè)有3個(gè)60千瓦和2個(gè)60千瓦的不同組合。同時(shí)高頻隔離也是專門為梯次電池做的。
低壓產(chǎn)品是兩級產(chǎn)品，多路獨(dú)立控制，任何一路出現(xiàn)異常不影響整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行。集中式也是8路獨(dú)立智能控制，直流側(cè)也是加了一個(gè)多支路控制配電單元，內(nèi)部集成的，主要的目的也是降低木桶效應(yīng)。
集控鏈的EMS產(chǎn)品，有EMS-Access應(yīng)用于本地系統(tǒng)，EMS-Branch針對于廠站級。EMS-Cloud應(yīng)用于集團(tuán)級控制，Express是為我們的光儲(chǔ)產(chǎn)品做的。
模塊產(chǎn)品包括6kW-60kW 的DC/DC、DC/AC產(chǎn)品。
這是我們的部分案例，國內(nèi)儲(chǔ)能項(xiàng)目超過100MWh。
儲(chǔ)充微網(wǎng)是在安徽的直流微網(wǎng)項(xiàng)目，充電樁也是DC/DC充電裝，有效提高系統(tǒng)效率。這個(gè)項(xiàng)目在江蘇，梯次利用不拆包重組，采用標(biāo)準(zhǔn)的方案，里面三臺(tái)120千瓦的PCS，每個(gè)集裝箱配36個(gè)電池包，每個(gè)電池包配一個(gè)DC/DC。
移動(dòng)儲(chǔ)能車。
精石的光儲(chǔ)產(chǎn)品，主要在國外應(yīng)用，根據(jù)手機(jī)APP以及智能的控制模式，光儲(chǔ)可以給負(fù)載進(jìn)行供電，同時(shí)可以給電池充電，多余的電可以送到電網(wǎng)。如果電池沒有的話只能從電網(wǎng)進(jìn)行取電，這是具體的不同模式。
應(yīng)用場景主要是通用模式，就是傳統(tǒng)戶用應(yīng)用；儲(chǔ)能模式，不允許光伏發(fā)電上到電網(wǎng)，只允許自發(fā)自用。光儲(chǔ)離網(wǎng)系統(tǒng)，還有光儲(chǔ)柴。
5kW48伏的產(chǎn)品，還有5kW高壓版產(chǎn)品，標(biāo)配電池額定300Vdc，范圍寬至200V-800Vdc。還有10KW的高壓電池產(chǎn)品，3相輸出。
這是EMS-Express產(chǎn)品，主要是根據(jù)代理商、用戶自己的人員情況做具體的配置。在湖北的基站、瑞士的戶用系統(tǒng)、泰國、南非都有一年多的實(shí)驗(yàn)局應(yīng)用，目前已經(jīng)批量發(fā)貨，出貨量超過2000臺(tái)。謝謝大家。
