中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：11月10-11日，由湖南省能源局指導(dǎo)，中國(guó)化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會(huì)儲(chǔ)能應(yīng)用分會(huì)主辦的“第三屆全國(guó)電源側(cè)儲(chǔ)能技術(shù)及應(yīng)用高層研討會(huì)”在長(zhǎng)沙華天酒店召開(kāi)。來(lái)自電網(wǎng)公司、設(shè)計(jì)院、系統(tǒng)集成商等領(lǐng)域的400余人參加了本次研討會(huì)。
會(huì)議期間，湖南大學(xué)電氣與信息工程學(xué)院副院長(zhǎng)李勇分享了主題報(bào)告《電池儲(chǔ)能高效率充電及電網(wǎng)互動(dòng)技術(shù)》。中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)對(duì)其演講內(nèi)容進(jìn)行了梳理，并在此分享給大家，供大家學(xué)習(xí)、交流。李勇教授演講內(nèi)容如下：
李勇：尊敬的各位領(lǐng)導(dǎo)、專家、各位同仁，上午好，我們項(xiàng)目組這幾年在儲(chǔ)能方面做了一些應(yīng)用和研究，在這里給大家介紹一下我們的研究進(jìn)展。
我匯報(bào)的題目是《電池儲(chǔ)能高效率充電和電網(wǎng)互動(dòng)技術(shù)》。
一、研究背景和意義，能源安全是國(guó)家層面上一直強(qiáng)調(diào)的，包括習(xí)近平主席在說(shuō)的四個(gè)革命、一個(gè)合作戰(zhàn)略問(wèn)題。儲(chǔ)能技術(shù)在推動(dòng)能源消費(fèi)革命，抑制不合理能源消費(fèi)，推動(dòng)能源供給革命，建立多元供應(yīng)體系，推動(dòng)能源技術(shù)革命和能源體制革命都有非常重要的作用。
我們國(guó)家、行業(yè)和地方政府也高度重視儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展，包括我們國(guó)家層面的五個(gè)部委出臺(tái)的相關(guān)指導(dǎo)的意見(jiàn)，還包括湖南省在《促進(jìn)電化學(xué)儲(chǔ)能方面指導(dǎo)意見(jiàn)》。要求在十三五期間建成一批不同技術(shù)類型、不同應(yīng)用場(chǎng)景的儲(chǔ)能示范項(xiàng)目；十四五要實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能項(xiàng)目的廣泛應(yīng)用，形成較為完整的產(chǎn)業(yè)體系，成為能源領(lǐng)域經(jīng)濟(jì)新增長(zhǎng)點(diǎn)。發(fā)展大規(guī)模儲(chǔ)能是保障能源安全供應(yīng)，推動(dòng)清潔能源發(fā)展和提高電網(wǎng)綜合能效的關(guān)鍵支撐。儲(chǔ)能的發(fā)展有不同的場(chǎng)景，目前在電網(wǎng)側(cè)有變電站和儲(chǔ)能站相結(jié)合的場(chǎng)景，湖南幾個(gè)變電站也進(jìn)行示范，通過(guò)這種變電站和儲(chǔ)能站相互的融合來(lái)實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)潮流優(yōu)化和削峰填谷，也對(duì)電網(wǎng)的連鎖故障的診斷也會(huì)有積極的作用，湖南這邊也有三站融合的應(yīng)用，主要也是剛才各位專家所講的AGC/AVC的協(xié)調(diào)控制和無(wú)功電壓頻率的協(xié)調(diào)優(yōu)化。
新能源發(fā)電和大功率直流充電站相互配合，這里面幾個(gè)圖片介紹的是美國(guó)的例子，國(guó)內(nèi)也有很多了。主要是光伏停車場(chǎng)和充電站，它們之間的協(xié)調(diào)，還有光伏和直流充電站、電網(wǎng)相互之間的耦合。對(duì)于電網(wǎng)來(lái)說(shuō)，交直流混合電力系統(tǒng)的形態(tài)也在慢慢的形成，這里面查了一些資料，包括西班牙的示范性的項(xiàng)目，介紹了電動(dòng)汽車的充電站、配電網(wǎng)和牽引網(wǎng)之間的項(xiàng)目，這里面也有電動(dòng)車、電網(wǎng)、牽引網(wǎng)融合的問(wèn)題，我們也梳理出來(lái)一些我們關(guān)注的科學(xué)問(wèn)題，直流側(cè)環(huán)流的問(wèn)題，交流側(cè)諧波無(wú)功的問(wèn)題，還有電網(wǎng)側(cè)協(xié)調(diào)的問(wèn)題。
新能源發(fā)電的大量接入和電動(dòng)汽車充電裝置諧波發(fā)生交互作用，進(jìn)一步惡化諧波污染，帶來(lái)諧波諧振的等復(fù)雜電能質(zhì)量問(wèn)題，這種問(wèn)題也在不同的文獻(xiàn)里面涉及，包括實(shí)際中充電站和光伏發(fā)電諧波正向疊加放大了電網(wǎng)電量質(zhì)量問(wèn)題。
微配網(wǎng)層面的可再生能源消納需求，國(guó)家大規(guī)模的發(fā)展分散式或分布式新能源，通過(guò)微/配網(wǎng)側(cè)接入。儲(chǔ)能裝置具有能量密度高、快速性和充放電次數(shù)多的特點(diǎn)，可促進(jìn)可再生能源的并網(wǎng)消納，達(dá)到輔助可再生能源并網(wǎng)消納的目的，實(shí)現(xiàn)可再生能源的友好型并網(wǎng)。新能源和儲(chǔ)能協(xié)調(diào)運(yùn)行可以起到電網(wǎng)支撐作用。
電力系統(tǒng)儲(chǔ)能運(yùn)行控制現(xiàn)狀，儲(chǔ)能在電源側(cè)，大家強(qiáng)調(diào)比較多的是與常規(guī)火電機(jī)組協(xié)調(diào)運(yùn)行，提升響應(yīng)系統(tǒng)輔助服務(wù)需求的能力，與可再生能源發(fā)電的協(xié)調(diào)互補(bǔ)，減少棄風(fēng)棄光；不足是缺乏相關(guān)市場(chǎng)模式和利益共享機(jī)制，新能源-儲(chǔ)能參與輔助服務(wù)的市場(chǎng)和技術(shù)研究不夠深入；在電網(wǎng)側(cè)，現(xiàn)狀是參與系統(tǒng)輔助服務(wù)，主要滿足調(diào)峰和調(diào)頻需要，不足是針對(duì)多場(chǎng)景需求的應(yīng)用和協(xié)調(diào)控制尚缺乏研究，網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能建設(shè)以工程實(shí)用為導(dǎo)向，理論層面不夠深入；在用戶側(cè)，參與需求側(cè)響應(yīng)，利用套利和節(jié)省容量費(fèi)運(yùn)行控制策略，不足是單一的峰谷電價(jià)運(yùn)行模式。
能源與信息復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)，我們從左邊可以看到光伏和電動(dòng)汽車，有電動(dòng)汽車和電池，有電池和電網(wǎng)，他們存在多元能量相互之間的轉(zhuǎn)換，這種多元能量相互之間的轉(zhuǎn)換還涉及到信息流。對(duì)于最終的能源信息系統(tǒng)，存在著多元協(xié)調(diào)運(yùn)行與控制和復(fù)雜電能質(zhì)量交互等問(wèn)題。針對(duì)上面大的背景和技術(shù)方面的歸納，我們項(xiàng)目近年來(lái)從三各方面開(kāi)展了理論和基礎(chǔ)方面研究的工作，提出綠色高效大功率直流充電技術(shù)；關(guān)于儲(chǔ)能參與電網(wǎng)頻率電壓調(diào)節(jié)控制技術(shù)；電動(dòng)汽車與電網(wǎng)、交通交互方面的研究。
工作1、關(guān)于大功率直流充電技術(shù)，我們希望的是綠色和高效，從電能質(zhì)量角度來(lái)說(shuō)，另外也是針對(duì)我們目前直流充電站一般都是部署在城市區(qū)域，空間有限，要求實(shí)現(xiàn)直流供電系統(tǒng)的緊湊和模塊化的設(shè)計(jì)。為此提出兩個(gè)關(guān)鍵技術(shù)，高度磁集成技術(shù)和感應(yīng)調(diào)控濾波技術(shù)實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)電能質(zhì)量的控制。這是提出的新型的直流充電站的拓?fù)?，主要的改變是我們提出新型的變壓器，還有濾波電抗集成技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)側(cè)功率密度的提升。
總結(jié)我們所提的磁集成感應(yīng)調(diào)控濾波技術(shù)的技術(shù)特征，高功率密度，通過(guò)磁集成技術(shù)來(lái)提高功率密度；高電能質(zhì)量，可以滿足諧波濾除的需求，并且實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)側(cè)和負(fù)載側(cè)雙向阻尼，提升電網(wǎng)功率因素；高運(yùn)行效率，直流供電技術(shù)通過(guò)設(shè)備的性能提升來(lái)提升整個(gè)直流充電效率；低噪音，和傳統(tǒng)電力變壓器相當(dāng)。
系統(tǒng)也和常規(guī)的方案進(jìn)行了對(duì)比，包括6脈波整和無(wú)源濾波的技術(shù)，還有有源濾波技術(shù)的對(duì)比，在電能質(zhì)量方面，包括負(fù)載諧波、上游諧波、電壓畸變和無(wú)功功率等進(jìn)行對(duì)比，盡可能的減少占地面積和運(yùn)行損耗。
這里面涉及到具體的技術(shù)細(xì)節(jié)，不多講了，第一是濾波電抗器集成技術(shù)，使充電站變壓器和濾波電抗共用一套鐵芯，通過(guò)這種方式來(lái)進(jìn)行磁的集成，涉及到一些怎么實(shí)現(xiàn)濾波阻抗和變壓器阻抗功率解耦和集成設(shè)計(jì)。針對(duì)拓?fù)湟步⒘讼嚓P(guān)的數(shù)學(xué)模型，如果功率沒(méi)有完全解耦，弱耦合的情況下有什么影響，如何實(shí)現(xiàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)。此外也提出考慮負(fù)載和電網(wǎng)雙向諧波源的控制方法和技術(shù)，也進(jìn)行了相關(guān)的公式推導(dǎo)和控制器的設(shè)計(jì)，并引入虛擬復(fù)阻抗控制，提升雙向阻尼的效果，這里面核心是針對(duì)傳統(tǒng)的方式一般虛擬電阻的控制，我們?nèi)绻l(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)方法有性能的凹陷區(qū)，就是在控制系統(tǒng)里面，通過(guò)這樣的設(shè)計(jì)來(lái)避免性能的凹陷區(qū)來(lái)達(dá)到全局性能最優(yōu)的效果。
實(shí)驗(yàn)室里面做了相關(guān)的實(shí)驗(yàn)，這是實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的介紹。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果，包括濾波性能測(cè)試的結(jié)果，均優(yōu)于傳統(tǒng)的濾波方式。
此外最主要的是功率之間的解耦，這里面也做了感值測(cè)試，集成電抗感值符合設(shè)計(jì)要求，具有良好的線性度。我們研制了用于船舶供電系統(tǒng)的小容量樣機(jī)，此外在湖南一個(gè)變電站進(jìn)行了應(yīng)用，因?yàn)樵诔鞘械貐^(qū)限制了變電站的體積，電能質(zhì)量比較差的情況下怎么樣進(jìn)行治理，后續(xù)我們也是希望把這種技術(shù)應(yīng)用于儲(chǔ)能電站，實(shí)現(xiàn)這方面的應(yīng)用。
動(dòng)力電池高效率充電技術(shù)，主要是針對(duì)目前的恒流的模式，在不增加充電樁控制復(fù)雜度的條件下，使充電更具靈活性，做了大量實(shí)驗(yàn)，來(lái)揭示了多段恒流不同階段對(duì)電池性能的影響，以滿足不同充電需求下最優(yōu)充電策略的需求。MSCC充電技術(shù)從三各方面考慮充電性能，充電容量、充電時(shí)間、充電效率。
通過(guò)田口方式，研究五段恒流充電最優(yōu)充電電流的選擇策略。這也是做了不同的實(shí)驗(yàn)，這里面給到兩次正交實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，通過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)最終優(yōu)選出多段恒流的電流組合，也與傳統(tǒng)的恒流-恒壓的方法進(jìn)行對(duì)比，以充電的時(shí)間、充電效率和電池溫度等指標(biāo)來(lái)體現(xiàn)充電的性能。
此外進(jìn)一步也把多段恒流充電進(jìn)行優(yōu)化，基于電流自適應(yīng)控制的混合充電技術(shù)，通過(guò)電池荷電狀態(tài)和內(nèi)阻來(lái)選擇合適的充電電流。這里也做了大量實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。
這個(gè)項(xiàng)目建成包括鋰離子電池參數(shù)測(cè)試與充電放實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，并對(duì)基于SIC器件的充電樁功率模塊開(kāi)展研制，建有湖南大學(xué)充電站示范工程，并與湖南大學(xué)智慧建筑能源實(shí)驗(yàn)室構(gòu)建了光儲(chǔ)充智能微網(wǎng)系統(tǒng)。
工作2，儲(chǔ)能參與的電網(wǎng)頻率和電壓調(diào)節(jié)控制技術(shù)，這里面由風(fēng)電和儲(chǔ)能聯(lián)合運(yùn)行來(lái)改善電網(wǎng)頻率的穩(wěn)定性，所以說(shuō)這里面最重要的是協(xié)調(diào)控制器的設(shè)置，來(lái)實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)和儲(chǔ)能之間的協(xié)調(diào)。根據(jù)儲(chǔ)能荷電狀態(tài)、需要的發(fā)電量和風(fēng)電的狀態(tài)來(lái)進(jìn)行協(xié)調(diào)，支撐電網(wǎng)的頻率，這里面是一次調(diào)頻，包括后續(xù)的二次調(diào)頻，這里面做了風(fēng)儲(chǔ)聯(lián)合調(diào)頻仿真方面的分析。
混合交直流微網(wǎng)間功率協(xié)同控制技術(shù)，提出考慮分布式儲(chǔ)能的混合交直流微網(wǎng)雙向功率支撐協(xié)同控制的策略。這里面交直流混合微網(wǎng)互聯(lián)變換器很重要，整流時(shí)互聯(lián)變換器對(duì)于直流微網(wǎng)可視為虛擬電容器，為直流子網(wǎng)提供電壓支撐，也得到了交流頻率和直流電壓之間耦合的關(guān)系。
這是具體的公式，還有相應(yīng)的優(yōu)點(diǎn)。
仿真驗(yàn)證，減少了功率波動(dòng)時(shí)的交流子網(wǎng)頻率變化量，且更快收斂到頻率穩(wěn)定值，具有更好的動(dòng)態(tài)特性，延緩了直流子網(wǎng)的電壓突變，避免了在負(fù)荷發(fā)生階躍變化時(shí)的電壓超調(diào)，提升了系統(tǒng)穩(wěn)定性，遭遇交直流網(wǎng)內(nèi)連續(xù)負(fù)荷擾動(dòng)時(shí)，電能質(zhì)量得到有效改善，提升了混合微網(wǎng)的魯棒性。
工作3，電動(dòng)汽車與電網(wǎng)交通網(wǎng)相互影響分析，提出了用于評(píng)估電網(wǎng)、交通網(wǎng)、信息通信技術(shù)、車輛技術(shù)的交互作用框架，對(duì)電網(wǎng)潮流分布與負(fù)荷特性進(jìn)行分析，預(yù)測(cè)交通道路擁堵情況，揭示了電動(dòng)汽車與電網(wǎng)間的交互作用。電動(dòng)汽車通過(guò)充放電實(shí)現(xiàn)與電網(wǎng)之間的能量交換，電動(dòng)汽車隨機(jī)行為將會(huì)影響交通網(wǎng)絡(luò)，造成道路擁堵，信息通信技術(shù)通過(guò)信息流實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)、交通網(wǎng)以及電動(dòng)汽車之間的信息交換。
也考慮了電動(dòng)汽車行駛的路徑和分布，而且考慮電動(dòng)汽車的充電模式，也設(shè)計(jì)了仿真的架構(gòu)，對(duì)電網(wǎng)和交通網(wǎng)數(shù)據(jù)的初始化和電動(dòng)汽車分類型和分區(qū)域的考慮，選擇電動(dòng)汽車行使的路徑，判斷電動(dòng)汽車充電的策略，我們也有不同的場(chǎng)景。
以IEEE33節(jié)點(diǎn)為例，根據(jù)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論，模擬了交通網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D，也分工業(yè)區(qū)、商業(yè)區(qū)和住宅區(qū)，假設(shè)了道路發(fā)生故障之后，道路故障所導(dǎo)致的電動(dòng)汽車的行駛路徑發(fā)生的變化，進(jìn)而導(dǎo)致了交通流的變化，也會(huì)影響到電力流，由交通堵塞導(dǎo)致的在這11、14時(shí)間點(diǎn)出現(xiàn)了尖峰的負(fù)荷。這主要是通過(guò)宏觀狀態(tài)來(lái)評(píng)估交互的影響。
結(jié)論，提出了綠色高效大功率直流充電系統(tǒng)，包括高度磁集成感應(yīng)調(diào)控濾波和高效率動(dòng)力電池充電技術(shù)，后續(xù)希望通過(guò)進(jìn)一步的研究，為我們未來(lái)能源交通領(lǐng)域前沿和熱點(diǎn)方向做出工作，謝謝。
