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储能 技术 在不同领域的应用 杭州 2019年 4月 01 公司简介 PCS能量转换系统 应用案例分析 储能 行业现状 02 03 04 储能行业现状第一部分 储能 行业概述 储能 大电网 克服扩容难题，实现功率平衡 电网综合负载率偏低，负荷峰谷差扩大，调峰难度增大，电网扩容解决 上述问题成本高、难度大。 电网调峰、系统备用容量 克服大规模可再生能源接入难题 （风能、太阳能）波动性大、随机性强，影响了新能源接入电网的能力。 随着穿透比例的提高，新能源并网威胁到电网安全稳定运行。 平滑功率、改善发电质量、提高系统稳定性 储能 配网、微网 克服电动汽车充电的负荷冲击 电动汽车在快速充电过程中功率瞬间突变很大，充电桩直接接入电网将对电 网造成的随机性负荷冲击，影响电网电能质量以及安全稳定。 调节电网中的过负荷冲击。 应对微网对于电能存储的要求 保证供电品质 , 实现电压快速补偿； 保障供电可靠性 , 不间断供电； 提高新能源发电并网性能 , 平抑发电输出功率的间歇性和波动性； 提高电能利用效率的优化能量管理。 储能系统 在各个环节的作用 ◼ 削弱新能源的波动性对系统的影响，减少弃能，提 高可再生能源的利用率和经济性。 ◼ 储存的能量可以作为一种备用电源，随时供电网调 度，由此也减少常规发电的备用量和提高它们的效 率，提高系统的调节范围。 ◼ 为电网提供调峰和调频辅助服务，可优化潮流，减 轻线路过负荷和功率堵塞， 优化线路和网络的损耗 ◼ 可用作电网的紧急事故备用电源或黑启动电源 ◼ 推迟新的线路建设和投运时间。 发电侧 输电侧 储能系统在各个环节的作用 ◼ 储能装置是保持独立系统或微电网安全稳定运行不可或缺 的配备之一。 ◼ 主动配电网必要的调节手段之一，可以提高配网的消纳能 力，提升分布式能源的电能质量水平。 ◼ 可移动式储能装置，可以作为备用电源快速地将储能装置 运送到停电区域并接入网。 配电侧 ◼ 用户利用储能装置和分时电价，改变用电习惯以降低电费。 ◼ 有些需要高可靠性的用户储能装置作为备用电源稳定生产。 ◼ 电动汽车内储存的电能在电网需要时返回到电网中并获利。 ◼ 储能系统还可用于家庭和楼宇的能量管理系统。 用电侧 储能系统在各个环节的作用 储能系统 的形式 工程受制于自然条件 效率在 30-77之间 飞轮自耗较大 高温、低温超导实验室阶段 超级电容已经进入工程应用 工程应用最广泛 机械储能 弹性储能，液压储能，抽水储能，压缩空气储 能，飞轮储能 电化学储能 铅酸电池，液流电池，钠硫电池，锂离子电池 化学储能 氢能，燃料电池 电磁储能 超导储能，超级电容储能 国内电池技术发展 寿命较 2010 年提高了近 3 倍，但成本降低了近一半 不同类型电池成本下降趋势 不同类型电池使用寿命变化趋势 国内电池技术发展 储能 行业政策 战略规划 国民经济和社会发展第十三个五年规划纲要 将储能列入重大工程之一。 关于促进储能技术与产业发展的指导意见 做出了全面部署 山东、山西、广东（调频）、福建（调峰）、内蒙、甘肃、宁夏（调峰调频）等七省给出利好支撑政策。 技术创新 2016-2030年新能源技术革命创新行动计划 将储能技术创新列入重大任务之一。 示范工程应用 三部委批复的新能源微网示范项目拟全部配套储能，总容量达到 15万千瓦。 2018年新增电化学储能累计装机 712.7MW。 2018年，中国累计投运储能项目规模为 1018.5MW/2912.3MWh，是 2017年累计总规模的 2.6倍； 发展趋势 网侧需求和工商业用户扩容调峰为主，新能源 储能为主战场，海外以欧洲，澳洲为主。 行业主要任务还是要降低电池组的成本，进而降低系统集成的成本。 PCS能量转换系统第二部分 主流 PCS技术现状 1988年美国加州建成 10MW*4h的铅酸电池储能系统，主要作用是 系统热备用、平衡负荷、电能 质量控制。采用多重化的主电路拓扑，开关器件采用的是 GTO，开关频率低，波形差。 AC 功率变换器 DC 电池组 1 AC 功率变换器 DC 电池组 2 AC 功率变换器 DC 电池组 3 AC 功率变换器 DC 电池组 n - 1 AC 功率变换器 DC 电池组 n 3 8 0 V 电网 升压变压器 低压并联汇集升压方案 目前应用最广泛的储能系统 接入方案 ， 技术成熟 ， PCS 以低压储能系统 DC/AC为 基础 ,在低压侧构建公共交 流母线 ， 汇集升压接入电网 。 主流 PCS技术现状 C S 1 S 2 S 3 S 4 S 5 S 6 A pha s e B p ha s e C p ha s e 主流 PCS技术现状 S 1 S 2 S 3 S 4 S 5 S 6 S 7 S 8 S 9 S 10 S 11 S 12 A pha s e B p ha s e C p ha s e C 1 C 2 主流 PCS技术现状 三电平拓扑可以将输出电压提高，也 可以将母线电压升至一个较高的水平， 有效的改善输出电能质量和波形。 该拓扑可以灵活的适应于交流电网或 者直流系统。 主流 PCS技术现状 ⚫ 低压 PCS的单机功率不可能太大 ， 故而在实际的工程中不可避免的 使用多机或多模块并联使用 。 ⚫ 多机协调控制难度大 ， 导致通讯 架构繁杂； ⚫ 多机并联的形式易产生环流问题 。 ⚫ 低压 PCS输出一般采用 LCL滤波或 LC滤波 ， 多台 变流器 与电网 间 产 生关联耦合 ， 形成复杂的高阶电 路 ， 易产生谐振 等不稳定 现象 。 基于 MMC模块化多 电平 PCS系统 ， 最大优 势在于它的 公共直流母 线 ， 若有直流电网接入 储能需求 ， 这种储能系 统更为适用 ， 但目前大 规模储能建设对公共直 流母线需求较小 。 目前 并不是最合适的一种方 案 。 S M 1 S M 2 . . . S M N S M 1 S M 2 . . . S M N S M 1 S M 2 . . . S M N S M 1 S M 2 . . . S M N S M 1 S M 2 . . . S M N S M 1 S M 2 . . . S M N O - U d c T 1 T 2 T 3 T 4 - U c - U d U a U b U c a 相 b 相 c 相 桥臂单元 子模块单元 桥臂电抗器 主流 PCS技术现状 高压级联直挂型储能系统 以 H桥结构与电池组集成 的功率单元 ， 通过级联方 式满足高压大容量的需求 ， 可以直接接入电网 ， 系统 效率大大提升 。 主流 PCS技术现状 基于 H桥级联的储能 PCS无公共直流母线，虽只能用于交流电 网，特别是调频应用，现阶段是最优化的 PCS技术方案，容量 越大的电站，级联式的 PCS越有优势，效率也就越高。 级联式 SVG 级联式 PCS 主流 PCS技术现状 e C e B i C i B i A e A C L H - b r i d g e P a r a ll el ed L V - s i d e S u b m o d u l e P h a s e A D C b u s P h a s e B P h a s e C C a s ea d ed HV - s i d e C H N 低压储能电池系统 DAB隔离 H桥级联系统⚫ 优势 ①继承 H桥级联输出特性； ②构建储能低压电池系统； ⚫ 劣势 ①采用隔离型 DAB，转换效率低； ②开关器件增多，潜在故障点增 多； 国内主流 PCS技术现状 斩波系统 ① 调度响应一致性好； ② 调度响应速率快； ③ 电能转换效率高 ， 大于 98； ④ 具备冗余功能； ⑤ 具备高容错运行能力 国内主流 PCS技术现状 国内主流 PCS技术现状 应用案例实践第三部分 低温超导储能 PCS-2011年 10kV/0.5 MVA/1 MJ 低温超导储能系统 低温超导储能 PCS 2011年， 0.5MVA/10kV 多重化拓扑结构的 PCS安装在 甘肃省白银市高 新技术开发区 内的超导变电站内。 大量的非线性用电设备接入系统，产生大量谐波和电压闪变，该 SMES采用与电网并联连接的方式，对下游负载的谐波、无功和有功功率 波动进行补偿，同时实现了 有源滤波、无功补偿和有功平滑的功能。 低温超导储能 PCS 继 2011年的甘肃白银超导项目成功， 2016年 10月 11日，再次由新风光电子科技股份有限 公司参与研发的“ 超导储能 -限流功率调节系统 ”顺利通过由中国西电电气股份有限公司 和中国科学院电工所组织的国家 863计划课题专家组的现场技术验收。 孤网发电机储能方案 -2017年 在石油钻井现场电容储能装置与钻井发电机配 合供电，实现在钻井重载时补充电能、轻载时储存 电能的作用。 型号 FG-ESC-250/600 额定电压 400V820V 充电时间 最短时间 6s 充电时间 系统设定时间 0-100s 额定并网回馈电压 600V AC三相四线 电网电压范围 （ LVRT） AC600 15 额定并网容量 250kW（ 1.5倍过载 ） 额定并网频率 50Hz 2.5hZ 回馈功率精度 2 回馈频率精度 1 允许电网频率 4752Hz 功率因数 ≥0.98 过载能力 120 60S 150 3S 谐波 THD 2 动 态 响 应 时 间 （ -100- 100） ≤100ms