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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 400V~820V 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 47~52Hz 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