高压直挂储能技术宣讲PPT-20190228(1)

一 级企联业型基直本接情高况压储能技术介绍
直接高压储能技术的优势
1、实现电池四级均衡控制，包含两级主动均衡提升电池运行一致性，从而提高容量利用率。
自动对相内和相间的电池模块进行均衡控制，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。
SOC(%) SOC（ %）
一 级企联业型基直本接情高况压储能技术介绍
直接高压储能技术的优势
3、对运行温度没有一致性要求。高压直接输出型储能系统，各簇电池在直流端不直 接连接，只需要保证每个逆变单元对应的每电池簇内电池工作温度均衡就可以，无 需保障整套储能系统全部电池的温度严格均衡。
一 级企联业型基直本接情高况压储能技术介绍
12月25日投 入均衡
一 级企联业型基直本接情高况压储能技术介绍
直接高压储能技术的优势
1、实现电池四级均衡控制，包含两级主动均衡提升电池运行一致性，从而提高容量利用率。
自动对相内和相间的电池模块进行均衡控制，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。
一 级企联业型基直本接情高况压储能技术介绍
直接高压储能技术的优势
2、基本不用电池并联或大幅减少电芯并联，提升安全性与一致性。
同等容量的输出，高压直接输出的系统，由于输出电压高，因此电流小。 以1MW/2MWh储能系统为例：低压储能系统每1MW由两台500kW PCS通过双分裂
变压器并联运行。假设电池端电压为716.8V，则低压储能直流侧（电池侧）电流为： 500000W/716.8V=697A；而高压储能系统（6kV）由36个功率单元构成，每个输 出功率500000W/36=13889W，对应直流侧电流为13889W/716.8V=19.4A。
目录
一、级联型直接高压储能技术介绍 二、6MW/6MWh储能技术经济对比 三、应用案例
三 6MW/6MWh储能技术经济对比 一一 说明： 1）、假定BMS对电芯测量参数一致； 2）、假定采用同等型号电芯，充放电倍率相同，实际容量匹配时多 余或空缺容量不考虑； 3）、运行时电芯电压限值设置相同； 4）、6MW为额定功率，6MWh为输出电量；
一 级企联业型基直本接情高况压储能技术介绍
直接高压储能问题的提出
低压带来的问题（以1MW/2MWh为例）： 4、电池多次循环之后的问题： 电池多次循环之后，将给BMS巨大的管理压力，但BMS的均衡效果不佳，直接导致各电芯SOC的
不一致，循环次数越多，这个问题越明显； 循环次数越多，有效输出容量不断下降。
5 500KW/500kWh
级联高压方案 6MW
716.8V 7.16MWh
60 119kWh 139.5A 140AH
6、谐波小，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。
一 级企联业型基直本接情高况压储能技术介绍
直接高压储能技术的优势
7、响应速度快
序号
工作项目
工况转换时间
1
0功率运行转4.5MW充电
2ms
①
①
2
4.5MW充电转4.5MW放电
1.5ms
12月25日投入 均衡
一 级企联业型基直本接情高况压储能技术介绍
直接高压储能技术的优势
1、实现电池四级均衡控制，包含两级主动均衡提升电池运行一致性，从而提高容量利用率。
自动对相内和相间的电池模块进行均衡控制，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。
主动均衡控制后全系统SOC变化情况
直接高压储能问题的提出
低压储能单级系统结构示意图： 0.5MW/1MWh
PACKn
500000/716.8=697.5A 716.8V +
DC/AC
滤
a
波
b
器
c
PACK1
簇1
簇2
簇3
簇4 -
1、直流侧输出电流为697A（考虑500kW额定功率），如果单电芯为100AH，则需要14个电芯等同并联（不管是簇内还是簇间并联，0.5C工况）； 2、直流侧716.8V电压，每簇需716.8V/3.2V=224个电芯串联； 3、1MWh能量需要224*14=3136个100AH电芯构成一个电气直接连接的“大电池”。
级联型直接高压储能系统技术介绍
1
江苏大烨储能科技有限公司
从电网角度看储能
安全性？ --充分关注运行后期的安全问题 一致性？ --运行后期问题突出 经济性？ --全生命周期内经济性
目录
一、级联型直接高压储能技术介绍 二、6MW/6MWh储能技术经济对比 三、应用案例
一 级联型直接高压储能技术介绍 一一
0
A相SOC B相SOC C相SOC
10
20
30
40
50
60
时 间 （ min）
某电站相内均衡均衡效果
某电站相间均衡效果
一 级企联业型基直本接情高况压储能技术介绍
直接ห้องสมุดไป่ตู้压储能技术的优势
1、实现电池四级均衡控制，包含两级主动均衡提升电池运行一致性，从而提高容量利用率。
主动均衡控制后各相SOC变化情况
直接高压储能技术的优势
1、实现电池四级均衡控制，包含两级主动均衡提升电池运行一致性，从而提高容量利用率。
一 级企联业型基直本接情高况压储能技术介绍
直接高压储能技术的优势
1、实现电池四级均衡控制，包含两级主动均衡提升电池运行一致性，从而提高容量利用率。
投入均衡
某级联型储能电站日充电电量变化情况
一 级企联业型基直本接情高况压储能技术介绍
716.8V
一 级企联业型基直本接情高况压储能技术介绍
直接高压储能问题的提出
低压带来的问题（以1MW/2MWh为例）： 3、电池的并联使用问题---环境一致性问题： 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，且由于每个电芯工作周边环境不同，实际使用时通过调整 风道布局很难做到电芯工作环境温度一致，所以就提出最高温差控制问题，成组电池越多或者空间 越大越难以控制。理论上温差越低越好，否则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；
三 6MW/6MWh储能对比---回路方案 一一
级联高压技术方案
低压技术方案
三 6MW/6MWh储能对比---回路方案 一一
额定功率 直流电压 电芯安装容量 储能电池包个数 每包容量 直流侧电流 电芯AH 并联个数 故障切除容量
低压方案 6MW
716.8V 7.89MWh
12 657.5kWh
697A 140AH
一 级企联业型基直本接情高况压储能技术介绍
直接高压储能技术的原理
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直接高压储能技术的优势
1、实现电池四级均衡控制，包含两级主动均衡提升电池运行一致性，从而提高容量利用率。
716.8V +
簇1
簇2
簇3
簇4 -
常规低压模式
一 级企联业型基直本接情高况压储能技术介绍
A相SOC趋势图
100.00
A1
A2
90.00
A3
A4
80.00
A5
A6
A7
70.00
A8
A9
60.00
A10
A11
50.00
A12
A13
40.00
A14
A15
A16
30.00
A17
A18
20.00
A19
A20
10.00 0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
5时0 间（min）
70.00 60.00 50.00 40.00 30.00 20.00 10.00
2）、在既定的电池安装容量下，SOC的不均衡影响到储能 输出容量大小。随着“电池仓”直接串联、并联的电池个数 增多，有效输出容量减小。----短板效应严重
83%
簇1
簇2
充电时：空仓容量∑1【1~（n-1）】---假设第n 个电池先充满 放电时：实仓容量∑ 2【2~n】---假设第一个电池先放电结束 ∑o= ∑1【1~（n-1）】+ ∑ 2【2~n】---未被有效利用的容量
问题的时候造成电压不均衡，导致其余电芯被该电芯“短路”，从而导致 该整组电池无法正常使用，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； 电芯内阻很小，母线回路的不对称导致不同并联组的电池支路充/放电速 度不同，越靠近逆变端的电芯充放电速度越快，加速电池的不均衡。 例如：充电时电池组等效阻抗：716.8V/697A=1.028（欧姆）
1 直接高压储能问题的提出 2 直接高压储能技术的原理 3 直接高压储能技术的优势
一 级企联业型基直本接情高况压储能技术介绍
直接高压储能问题的提出
现有储能系统基本拓补型式：
1MW/2MWh储能系统
电池仓
PCS1 PCS2
升压仓
6~10kV输出
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直接高压储能问题的提出
直接高压储能技术的优势
1、实现电池四级均衡控制，包含两级主动均衡提升电池运行一致性，从而提高容量利用率。
级1
级2
级3
级4
级联模式
一 级企联业型基直本接情高况压储能技术介绍
直接高压储能技术的优势
1、实现电池四级均衡控制，包含两级主动均衡提升电池运行一致性，从而提高容量利用率。
自动对相内和相间的电池模块进行均衡控制，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。
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。
单元输出PWM
级联后输出高压PWM波形
一 级企联业型基直本接情高况压储能技术介绍
直接高压储能技术的优势
2ms
11
0功率运行转4.5Mvar发无功
1ms
③
12
4.5Mvar发无功转0功率运行
2ms
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直接高压储能技术的优势
8、功率冗余设计，电芯故障切除功率极低，可在线更换电芯。
一 级企联业型基直本接情高况压储能技术介绍
直接高压储能技术的优势
9、大容量设备（5MW以上），占地比低压储能小，且接入部分一次开关设备数量及投资减少。
716.8V +
100%
簇3
簇4
-
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直接高压储能问题的提出
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直接高压储能问题的提出
低压带来的问题（以1MW/2MWh为例）：
2、电池的并联使用问题---放大故障： 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
②
3
4.5MW放电转4.5MW充电
4
4.5MW充电转0功率运行
2.5ms
③
2ms
5
0功率运行转4.5MW放电
6
4.5MW放电转0功率运行
1ms 1.5ms
②
7
0功率运行转4.5Mvar吸无功
1ms
8 4.5Mvar吸无功转2Mvar发无功
2.5ms
9 4.5Mvar发无功转2Mvar吸无功
1ms
10 4.5Mvar吸无功转2Mvar发无功
一 级企联业型基直本接情高况压储能技术介绍
直接高压储能问题的提出
低压带来的问题（以1MW/2MWh为例）： 1、运行一致性对储能容量的影响----成本与维护
1）、BMS主动均衡和被动均衡：都是为了消除电池组的不 一致性。使用电阻耗散能量的均衡都称为被动均衡，凡是通 过能量转移实现的均衡都称为主动均衡。由于均衡电阻功率 及铁锂电池电压特性等诸多因素问题，不可能做到非常均衡。
直接高压储能技术的优势
4、大幅降低电池包能量，提升系统安全性，显著降低灾后影响程度，由于电池包容 量减小，日后部分电池损坏，更换数量少。
低压技术方案 500kWh
级联技术方案 100kWh
一 级企联业型基直本接情高况压储能技术介绍
直接高压储能技术的优势
5、效率高，无升压变压器损耗，整套储能系统比低压储能系统效率提高1.5%以上（PCS效率高于 98.5%）;
所有的储能企业实际都是在完成一个“电池制造”：
电芯厂：
电极、材料、工艺与结构、装备、管理
集成厂：
电芯+BMS PCS+EMS
生产单电芯
保证单电芯质量、一致性
生产“集装箱电池”
保证大“电池”一致性
保证一致性BMS是手段，但不是唯一手段。更为重要的结构及布线问题没有得到足够的重视！
一 级企联业型基直本接情高况压储能技术介绍
一 级联型直接高压储能技术介绍
直接高压储能技术的优势
以在一个变电站建设10MW/20MWh储能系统为例：在变电站两段母线，每段增加一个10kV间隔； 两路10kV电源分别自两段母线引入储能系统中控集装箱内的两台进线柜；两套系统对称布置于变 电站空地（布置方式如下），集装箱间距2.5米，总占地面积约532平米。