中国储能网讯：7月9-10日，由中国化学与物理电源行业协会储能应用分会联合江苏省电机工程学会、国网江苏省电力公司电力科学研究院、国网四川综合能源服务有限公司、国网浙江综合能源服务有限公司、中国能源建设集团江苏省电力设计院有限公司、中国科学院电工研究所储能技术组等单位共同主办的“第五届全国电网侧暨用户侧储能技术应用高层研讨会”在江苏南通文峰酒店召开。
在本次会议上，新风光电子科技股份有限公司副总工程师任其广分享了主题报告《高电压大功率级联储能解决方案》。现在，小编经过授权，将演讲内容整理如下：
任其广：各位专家、各位同行，大家下午好！
非常高兴今天来到这个会场，给大家分享一下我们做储能的一些方案。我是来自于山东新风光电子科技有限公司的任其广，我们这个公司做储能，不像刚才两位同行，南都和科华都是做得比较早，我们介入得比较晚。但是，我们也有我们一些自己的特色，现在由我来给大家介绍一下我们的产品。
我今天汇报的主要包含四个部分：
一、现有大功率储能设计方案。从电器拓扑这一块，给大家梳理一下现在市场上常用的技术方案。这种梳理方法，现在我看到还没有人这么梳理，我应该算是第一个这样梳理的。
二、储能系统的关键特性。什么样的储能是好的储能。
三、高电压大功率级联储能方案。
四、新风光公司介绍。
现在储能技术，现在大家一说就这么一分，这种分法我认为是从存储介质这个方面来分的，就是各种电池，各种物理介质、化学介质、能量介质，这种分法是一种方式。我认为这种法不能够从所有的方面来代表储能。
现在这些分类方面里面，其中锂离子电池的储能是最好的，其实就是磷酸铁锂电池的，从市场方面的容量增速可以看出来，大家对于磷酸铁锂电池的储能其实是比较看好的。其他种类的储能各有各的特色，也不能说好和不好，总的来说做得比较少，在市面上影响力相对小一些。
刚才说了，磷酸铁锂是种类最多，就因为磷酸铁锂做得多，其实单说磷酸铁锂这个方案，电气方案可以再进行细分。
第一种，咱们现在包括去年今年用得最多的，低压的方案，一个35KV的电网，下来经过一个降压变，降到400V。当然了，今年大家又开始推1500V的，那就不是400V了，是690V，但是基本上还是类似的。400V下面一般情况是挂四个PCS，这个PCS是现在用得比较多，就是500KV和630KV的，630KV四台一组合，就是2.5MW的这么一个系统。四台630KV的PCS，配上升压并网，形成一个升压一体箱，一般组成20英尺的集装箱。后面每一个PCS后面再连接不同数量的电池簇，这个就分得更多了，基于你选型电池的种类，现在大家的电池越做越大，最大的做到280AnH，320AnH，还有一些巨大的电池，更大的也有。不同的电池组成不同的种类的电池簇，并联的个数也是不一样的。
总体的特色，升压一体集装箱，一般是配上两个集装箱的电池箱，电池箱一般做成40英尺的集装箱，这就是现有的一个大规模并网的储能方案。这种方案我们认为它是一种低压大功率升压式集中并网储能系统，它这个特色，现在这个技术，其实是来源于光伏逆变器的一个集装箱并网的技术，非常平滑的，从光伏的这个技术切换到储能的技术，也比较可靠，比较成熟，所以说现在市面上推广的是最好的，用的也是最多的。现在各个大型的储能电站，基本上也是这么做的，市场占有率肯定是百分之八九十以上了。它的特色就是电池簇多簇并联，然后PCS追求大功率，现在500V的都做到了1MW以上，有的2MW以上，就是单排1MW以上，并联做到3MW以上。直流1500的，就相当于PCS四个630的换成两个更大功率的，总体的本质是一样的。
第二种方案，这种跟刚才有点类似，但是它的PCS做得可能更小一些。这种更小的PCS单位，跟大功率的PCS特性也是不一样的。我们知道一个逆变器，如果功率越做越大，并联的个数就会少一些，如果把逆变器做到几十千瓦，刚才第一种方式做到630千瓦，这个做到几十千瓦的话，需要并联的数量是更大的。这个也有它自己的问题，但是也有它自己的优势。如果某一个PCS出现了问题，对整体系统的影响比较小。
后来又出现了各种新的方案，这个就是今年我们国内一个非常牛的企业推出来的，一种叫组串式的方案，这种方案我认为他们提的理念是非常好的，一包一优化、一簇一管理。这个方案推出来的是比较新也比较晚，但是一推出来之后，我认为是获得了市面上一些人的认可的，为什么？因为他对电池的安全性，确实是有他的独到之处。我们控制的颗粒度已经达到了电池包这个级别，就不是说原来我控制我后面带了一堆电池簇，我们控制的是电池簇，这个已经达到了电池包。这样控制得更精细了，自然而然对于电池的管理就会更好，他这种方案跟前面有点类似，也是一个变压器降到800V，然后后面加一个逆变器，这个逆变器就是功率比较小，这个就是组串式，其实就来源于原来的组串式光伏逆变器，也是一样的，技术路线是非常明确的。并联的个数是比较多的。
后面的直流侧做了很大的改善，首先第一个就是加了簇的控制器，这个控制器就是DC_DC变流器，它的目的就是把某一个电池簇都能够单独控制，如果说某一个电池簇出现问题，可以切除某一个电池簇，切除完之后是没问题的。也解决了好多电池簇并联带来的环流问题，各种其他的问题，其实环流问题影响还是比较大的。我们知道并联的延电池簇，如果个数越多环流越多，我们设置的0.5C的系统，有些电池由于不均流的原因，有些电池可能会到0.8C，有些电池0.3C，出力不均匀，出力大的电池，它的发热就会更严重，不管是寿命还是老化就会越严重。然后电池包这个地方还有一个优化器，能够切除这个。
我看了这个方案之后，我觉得确实是挺好，控制的颗粒度非常高。但是我也发现了，本身也不是说完美的，各种方案有优点和缺点。它的成本肯定是提高了，增加了两级相当于，我觉得它的效率会降低一些，我们知道电力电子或者是电气这方面，你增加一级效率就会降低一级，但是具体降低多少，这个我们也不清楚，他们具体实施的人才会清楚。
再一个就是高压级联的方案，这个方案其实推出来得也比较早了，最开始是南网在做，这个就直接明说，广州智光原来在做，他们做得比较我们早。原来他们在宣传这个方案，现在我们公司也在做这个方案。所以从今年开始，我们也开始在宣传这种方案。这种方案的优势也是非常明显的，从交流侧，就是从并网侧看过去，它就是一台非常大容量的逆变器，它的并网数量，并网逆变器的数量会大幅度减少，因为它的功率可以直接连接的，十千伏的话，单台做到十兆瓦是非常简单的，35千伏的话，单台做的容量会更大。但是从直流侧看过去，那就相当于每一个电池簇挂到一个小的PCS上，也就是说它的优势是很明显的。从交流侧看过去是大逆变器，从直流侧看过去，对每一个电池簇又能够控制，就是说控制的颗粒度也是非常小的。
从这两方面看过去一综合，我觉得这个方案是非常好的，特别适用于集中式电网侧的需求，用这个方案是最好的。就拿我们山东省来说，今年一下做了好几个，做了五个以上的“百MW”项目，“百MW”如果用小的逆变器，那得并联多少个，那是一个海量的数据。我们接口，包括通讯的接口，包括控制的接口，EMS的接口很多。但是如果说用这种方案的话，我们几排就可以搞定了，也不会出现均流或者环流的问题。它的特点，单簇控制，单台大容量，实现无变压器并网，低开关频率，实现高波形质量。
刚才我把几种方案，从电气上对几种方案进行了梳理，我觉得我这个梳理应该是比较有特色的，大家可以考虑下，是不是市面上有这种情况。
我们虽然跟前辈相比做储能做得比较晚，但是我们总结了一些东西。
第一，安全性是最重要的，刚才也有一位专家说了，如果你做了一个储能系统，如果不安全的话，那还不如不做，因为做出来之后它就是一个定时炸弹，放在那个地方，随时可能会爆炸，这个多可怕。我们做出来，首先第一步安全，第二步再讲其他功能性能，易用性、可靠性、易得性、经济性。寿命还有各项故障率，这个也是对一个系统的成功率起到一个非常关键的作用。这个寿命不同方案还是有对比的，不同方案对电池的寿命绝对是有影响的。刚才我说了，如果你对电池均衡性控制不好，如果有的电池充放电电流大，有的充放电电流小，这个时候由于木桶效应，故障率往往会出现在这些放电电流大的电芯上，它如果坏了之后，整个系统的寿命就降低了。所以说寿命跟方案息息相关。
第二，故障率，故障率跟安全性不是一个事，安全性我们是讲电芯不起火、不爆炸，就是安全的。故障率指的是一些小毛病，偶尔哪些地方出问题了，但是不会整体引起恶劣的影响，这是故障率。再一个技术的成熟性和功能齐全，运维简单，这些都是一些特色，这块不详细说了。我觉得我们构建一个储能系统，一定要以电池为核心，并不是说以PCS为核心，以EMS、BMS等等，都不对，我认为电池一定是核心。首先从造价上，它已经占据了整个系统最大头的造价，另外其他的一些系统，BMS、PCS、EMS、散热、监控、消防，都是为这个服务的，其实都是为了尽量地把电池的能力压榨出来，让它尽量为我们服务。
这个讲的就是现在我们常规做的比较多的一个电池簇很多个并联的实验方式。我们知道单个磷酸铁锂的电芯能量是很小的，电压也比较低，3.2V，电流现在最大的就是280AnH、320AnH，能量还是比较小的。我们通过串并联的方式，来做成一个比较大的储能系统，才能存储更多的电量，才能实现更高的电压，逆变到合适的电网上。通过串并联的方式，我们就会发现，木桶效应会影响到电池整体性能。如果说某一个电池，如果我们串并联太多，某一个电池出现问题，假设说它短路了，或者是由于发热或者什么原因，导致它的性能改变了。它会影响周边的电池，最严重的话这个电池会损坏，最恶劣的现象就是起火爆炸。所以说如何在这么多海量电芯串并联的情况下，实现电池的可靠性、安全性，这应该是我们在座的各位要着重研究的一个问题。也就是说我们要从原理上，从本质上来解决这个问题。
然后讲一下我们级联的方案，我们这个方案电池拓扑现在看来，好多人不大理解，给大家详细说一下。它这个其实是叫级联H桥，这种拓扑叫CHB，它这种拓扑的方式，通过在H桥的逆变侧，AC侧进行级联，通过一些调制方式，使得它的电压可以级联得更高。这个电压等级我们做到6KV，10KV，现在都做得比较多了，我们正在研发35KV的设备。它的直流侧如果说不加电池的话，就跟原来的一种产品，高压级联的SVG，我们公司原来其实做这个高压级联SVG做得是比较好的，跟那个产品是一样的电池拓扑。如果说后面再加上电池之后，它就会变成一个储能系统。这个储能系统由于增加了电池，可以输出有功，可以存储有功，当然它本身原来的一些无功也是可以进行的。
根据6kV、10kV，不同电压等级，它的级联电池个数就不一样。它有一个最低界限，比如说6kV的话，一般情况下，每一下不能少于7个电池的级联，如果太少的话，级联不到6kV的电压。可以增加个数，通过增加个数的方式，我们可以匹配通过实现不同的电池簇的使用。35kV我们设计可以做到单台最大做到17兆瓦，我们设计了标准机型。这样的话，我们原来做了几个方案，通过8台大规模的装置，就可以实现百兆瓦，50兆瓦就是4台，并联就可以实现。这种方式大家想一想，它控制起来肯定是更简单了，中间的一些由于多台PCS产生的问题，像是黑启动的时候，黑启动能力更强，并联个数少。这个是10kV的，也是设计了5兆瓦时、10兆瓦时的，标准的机型。BMS跟低压的方式是一样的，只不过在中间由于要高压级联，要有一个电气隔离，所以说增加了一些光纤。其他的地方跟常规的BMS是一样的，EMS也是一样的。
它的特性：
第一，电池单簇运行，所有电芯受控。电池组之间不直接连接，而是经过AC/DC后连接，因此所有电池组之间可以通过AC/DC进行SOC均衡控制。电池组内部只是单个电池簇，不存在电池簇并联现象，不会出现均流问题。电池簇内部通过BMS实现电芯之间的均衡控制。通过这种方式可以控制到单个电池簇的一个控制目的。
第二，低载波频率情况下，可以实现高质量的波型输出。这种结构决定了它载波频率比较低的情况下，可以实现高质量的波形输出。我们这个额定工作的情况下，在500赫兹载波频率情况下，可以达到THD到1%左右。并且它不需要再经过LCL滤波器这种方式，或者是LC滤波器。我们知道为什么一个变压器下面就加四个逆变器，它是有原因的，因为增加多了之后，它会容易出现谐振，所以说从技术上它就不允许用更多的逆变器并联。当然了，组串式的可以并联的个数更多，但是它是通过提高它的开关频率来实现的，这样的话效率会进一步降低。也就是说你实现一种技术，你总会用另外一种的方式，一种参数的降低来实现另一种技术的提高，这是一种实现方式。
第三，系统效率会有一个大幅度明显的提高，有几个因素。一是开关频率比较低，刚才我说了，我们那种方式的开关频率做到1K以下，低压的方式最少是到2K以上，甚至组串会做到更高。然后他没有隔离变压器，所以说这部分损耗就没有了，隔离变压器包含两块，有一个工作时候的电流损耗，另外还有一个空载损耗。空载损耗，其实虽然看着比较小，但是影响是很大的，像我们一个储能系统，如果说做互用型的话，一天一充一放的话，实际工作时间就是两个小时，剩下22个小时都是在空载，损耗还是非常明显的。
第四，电网调度简单，响应速度快。就是说PCS的个数少了，所以调度变简单了，它需要调度的个数就会非常少，充放电速度还有切换速度是比较快的。
第五，功率单元可以实现冗余设计，无故障运行时间延长，如果某一个单元它出现问题了，可以通过冗余的方式把它切除掉，其他单元仍然正常运行。
第六，功率越大成本优势越明显，尺寸优势也非常明显。我们做电气的都知道，我们为什么要做到高电压，高电压的目的就是减少电流，减少电流它的成本会降低，效率会提高。这个是我们做的一个示范工程和华电集团做的。
最后简单介绍一下我们公司，我们公司是做储能比较晚，但是我们一直做电力这个行业，我们是山东能源集团下面控股的一个专门从事电力电子节能控制技术及相关产品研发、生产、销售和服务于一体的国家高新技术企业。我们人数不多，五百多人，产值将近9个亿，利润是一点几个亿，我们是今年4月13日在科创板上市的，股票代码是688663，大家可以关注一下。我们这边有主要的生产基地在济宁，我们的研发中心在济南。山东省的一些研究中心，我们都获得了。我们有两项国家奖。
最后我想说一下，现在的储能其实今年发展是非常好的，势头非常良好，我认为各种各样的实现方式，都应该是一个百花齐放的状态。特别是今年又推出来了组串式方案以后，我们更坚信各种方案都应该有它的生存空间，各种方案有它自己的特色。像我们这种高压级联的方案，特别适合用于大功率的，功率做得越大，几十兆瓦，百兆瓦的这种，对于我们来说非常适合的。所以说希望各位专家，如果感兴趣的话，可以后面跟我联系，也可以去我们公司考察指导，谢谢！
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