中國儲能網(wǎng)訊：2019年10月11-12日，第六屆儲能技術(shù)在分布式能源與微電網(wǎng)中應(yīng)用高層研討會”在深圳召開。來自科研機構(gòu)、設(shè)計院、新能源發(fā)電企業(yè)、電力公司、系統(tǒng)集成商、電池制造企業(yè)、電氣元器件企業(yè)、新能源制造企業(yè)、項目承包商、投融資機構(gòu)等500余人參加了本次會議。
在會上，西安精石電氣科技有限公司解決方案高級總監(jiān)劉衛(wèi)武分享了主題報告《集控鏈智慧儲能解決方案》，以下為報告實錄：
劉衛(wèi)武：大家好，今天非常榮幸代表精石介紹我們的集控鏈解決方案。
首先回顧一下什么叫做集控鏈，集控鏈從功率流上來看，就是每一處電池都要獨立的控制，交流側(cè)獨立逆變，每一處電池如果發(fā)生異常不影響整個系統(tǒng)的正常運行，這是它設(shè)計的初衷，主要是降低木桶效應(yīng)，那么多的支路、那么多的電池，如何實現(xiàn)安全、可靠？從電力電子的角度考慮已經(jīng)不適合了，很難解決它的問題。所以必須要高度集成的信息化管理技術(shù)，與電力電子進行深度的融合，具體的做法是在電力電子技術(shù)的基礎(chǔ)上加了BCU、PCU、SCU以及機器學(xué)習(xí)、智能管控、信息化系數(shù)據(jù)鏈的智能管控措施，使儲能系統(tǒng)更安全、更經(jīng)濟。
這是一個儲能系統(tǒng)，每一個支路控制單元都配置了一個BCU，就是檢測電池包以及支路控制單元的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理，每一個AC/DC配置一個PCU，采集AC/DC的數(shù)據(jù)上傳給SCU，根據(jù)SCU下發(fā)的指令進行邏輯控制，配置，告警以及故障管理，SCU和BCU、PCU及電表等進行通信，進行數(shù)據(jù)處理、邏輯算法、人機交互等，同時PCS集成了本地的EMS單元。這是具體的控制作用，BCU的CAN數(shù)據(jù)重組，可以確保40個電池包的并發(fā)處理和系統(tǒng)數(shù)據(jù)的下發(fā)，更安全、可靠。
從傳統(tǒng)的理念上來理解，PCS可能只是一個功率轉(zhuǎn)換單元，但隨著儲能技術(shù)的逐步發(fā)展，PCS已成為儲能系統(tǒng)的核心，也必將成為儲能系統(tǒng)重要的核心控制點。
下面我們看一下儲能系統(tǒng)經(jīng)常遇到的問題，首先是電池的匹配問題，可能大家都遇到過，對于梯次電池來說，如果拆包重組就失去了經(jīng)濟的價值，如果不拆包重組，由于梯次電池的不一致性以及木桶效應(yīng)，必須要求每一個電池包都要獨立控制，一對一的獨立控制。由于它的不一致性以及衰減的過程，直流側(cè)需要加一個高頻隔離，實時的阻抗檢測，這也是必須的硬件條件。
另外對于低壓電池來說，額定530多伏的系統(tǒng)，都需要加一級DC/DC單元，多支路控制也是需要的，考慮到成本的原因必須要精細化的控制。如果說交流并聯(lián)的話可能會產(chǎn)生一系列的環(huán)流，直流母線可以完全避免環(huán)流，絕緣阻抗實時檢測也成為PCS必須具備的功能。
對于高壓電池來說，電池可以串得足夠多、電壓足夠高，用集中式的PCS可能更合適，因為電流倍率可以設(shè)置得更高一些，但是高壓電池用集中式，可能每個PCS要接幾千支電芯，每個電芯出現(xiàn)衰減過快都會導(dǎo)致在循環(huán)過程中很容易達到截止電壓，充不進去也放不出來，集中式的PCS也需要多路輸入，降低木桶效應(yīng)。簇間均衡，避免環(huán)流，這是必須要求的。
另外，大家比較關(guān)心的問題，電池儲能系統(tǒng)的安全問題，無論是任何原因引起的儲能系統(tǒng)安全問題，歸根到底就是電池的熱失控問題，要解決安全問題，最基本的根源問題是如何避免電池的熱失控。如果熱失控了，BMS、PCS和EMS之間的信息共享顯得尤為重要，也就是說預(yù)警機制必須要十分健全。如何避免它的熱失控？這是目前儲能研究的熱點，因為儲能系統(tǒng)一旦著火了，外面的消防告警能起到多大的作用呢？
基于這個理念，我們也是把邊界防護模型，比如說BMS上傳上來的單體電壓、單體溫度、單體電流的一系列邊界模型升級成多維聯(lián)動模型。例如電壓、電流的聯(lián)動可以校驗BMS，電流、SOC以及電流溫度的聯(lián)動可以確保電池始終工作在比較舒服的環(huán)境，一旦出現(xiàn)問題就要看安全決策是阻止充放電、報警通知還是監(jiān)控評估。
左邊是聯(lián)動機制的簡單示意，比如說我們設(shè)置25攝氏度，放電倍率是0.4C，到30攝氏度的時候，溫升超過5度，放電倍率降到0.3C。如果35度，放電倍率降為0.15C甚至0.1C。這個時候如果溫度還是降不下來，絕對是不允許溫度繼續(xù)上升，報過溫故障，就要把這路電池切除掉，完全避免了溫度的繼續(xù)升高，這是聯(lián)動機制簡單的示意。
這個圖是BMS上傳上來的電壓溫度值，PCS根據(jù)上傳的單邊防護模型進行分析，溫升如果在5度以內(nèi)是正常的，如果超過5度認為它是有問題，就要啟動聯(lián)動防護模型。
這個圖可以看出是PCS分析每簇電池最大的電壓差，電池在500毫伏是正常的。這個圖BMS上傳了錯誤的電壓信息，電壓差超過60伏，顯然這是不對的，但是出現(xiàn)這種問題就要再看它的溫度是不是超了，如果溫度超了，就要啟動保護機制，立馬把這簇切掉，如果溫度正常，說明可能是BMS誤報引起的，只是告警。
絕緣阻抗實時檢測已經(jīng)成為標(biāo)配，對于具有高頻隔離的PCS，比如說PCS梯次產(chǎn)品，可以采用梯次電池自帶的絕緣阻抗檢測，直接上傳給PCS顯示出來，也可以把PACK自帶的屏蔽掉，由PCS對其檢測，這種我們往往采用對地電壓式的檢測方法。對于非隔離型的PCS，由于共模電流等的影響，對地電壓式的檢測方法無法使用，我們采用信號注入式的方法。
這是現(xiàn)場SCU顯示出來的數(shù)據(jù)，每簇電池對應(yīng)一個BCU，每一路電池下面的BCU可以實時報上來它的絕緣阻抗檢測值，現(xiàn)場也是檢測出來一些絕緣阻抗的問題，大部分是線纜破損、電纜漏液，絕緣阻抗檢測也是儲能系統(tǒng)必備的，這也是非常重要的。
一旦儲能系統(tǒng)出現(xiàn)問題，它的聯(lián)動機制和預(yù)警系統(tǒng)就要完全健全，BMS、PCU、BCU、EMS要信息共享，也是為將來的泛在物聯(lián)網(wǎng)打下基礎(chǔ)。
大家比較關(guān)心的另外一個問題是經(jīng)濟問題，如何提高儲能系統(tǒng)的收益？儲能系統(tǒng)提高收益最簡單粗暴的辦法就是提升充放電容量，說得簡單一點就是讓電池充進去更多的電，放出來更多的電，這個時候精細化管理顯得尤為重要。因為循環(huán)過程中任何一個電芯達到截止條件，整體停止充放電，如果每一個電池包都獨立控制，就極大的削弱了木桶效應(yīng)。
基于集控鏈數(shù)據(jù)鏈的優(yōu)勢，可以智能運維，運維比較簡單。每一路電池獨立控制可以支持不同種類電池的混用，而且方便更換和淘汰劣質(zhì)電池，PCS百分之百的前維護，可以提高維護效率的同時，也方便了系統(tǒng)的設(shè)計，集裝箱也不需要考慮PCS后部維護的問題，單獨給PCS后部開門。
這是現(xiàn)場的數(shù)據(jù)，可以看出左圖是在380伏低壓側(cè)采樣，充放電容量比可以達到88%；右邊的圖是高壓側(cè)35kV采樣，充放電效率達到85%左右，因為中間多了一級變壓器，系統(tǒng)效率值基本上在我們的預(yù)期范圍內(nèi)。
這是我們在江蘇做的32MWh的項目和西安6MWh用的都是相同的電池，80%DOD，每天一個循環(huán)，32MWh是多支路，6MWh是單支路，折算到每MWh的放電量，多支路比單支路提高7%以上。
以10MWh的電站容量計算，如果單度電的收益在0.65元，容量提升7%，收益也是很可觀的，達到160萬左右。剛才許教授也提到壽命的問題，因為電池的壽命主要跟溫度、充放電倍率和重組的工藝有關(guān)，比如說電池45攝氏度相比25攝氏度的情況下，循環(huán)壽命可以降低1500次左右。如果電芯的循環(huán)壽命是5000次，組成模組，由于焊接、加熱膜、木桶效應(yīng)等一系列的影響，循環(huán)效率可能降為4000次，組成PACK，電池柜，壽命還會下降，加上精細化管理、多級聯(lián)動讓電池工作在最舒服的環(huán)境，據(jù)我們?nèi)嬖u估，系統(tǒng)壽命可以提高500次以上。提高500次的系統(tǒng)效率，它的收益也能達到270多萬，這也是很可觀的。根據(jù)儲能技術(shù)的提升來提高整個儲能的收益。梯次電池免去了拆包重組的費用，用梯次電池也是提高儲能系統(tǒng)收益的一個方面。
量體裁衣，現(xiàn)在儲能系統(tǒng)不同的電池、不同的應(yīng)用場景、不同的方案，選擇儲能產(chǎn)品時量體裁衣顯得很重要。對于梯次電池來說，我們有專注于梯次電池應(yīng)用的產(chǎn)品，250Vdc達到滿載，正常的小汽車電池都是350伏系統(tǒng)，電壓在280到410伏，250伏能達到滿載。不拆包重組進行控制，直流側(cè)10路、12路獨立控制，交流側(cè)有3個60千瓦和2個60千瓦的不同組合。同時高頻隔離也是專門為梯次電池做的。
低壓產(chǎn)品是兩級產(chǎn)品，多路獨立控制，任何一路出現(xiàn)異常不影響整個系統(tǒng)的運行。集中式也是8路獨立智能控制，直流側(cè)也是加了一個多支路控制配電單元，內(nèi)部集成的，主要的目的也是降低木桶效應(yīng)。
集控鏈的EMS產(chǎn)品，有EMS-Access應(yīng)用于本地系統(tǒng)，EMS-Branch針對于廠站級。EMS-Cloud應(yīng)用于集團級控制，Express是為我們的光儲產(chǎn)品做的。
模塊產(chǎn)品包括6kW-60kW 的DC/DC、DC/AC產(chǎn)品。
這是我們的部分案例，國內(nèi)儲能項目超過100MWh。
儲充微網(wǎng)是在安徽的直流微網(wǎng)項目，充電樁也是DC/DC充電裝，有效提高系統(tǒng)效率。這個項目在江蘇，梯次利用不拆包重組，采用標(biāo)準(zhǔn)的方案，里面三臺120千瓦的PCS，每個集裝箱配36個電池包，每個電池包配一個DC/DC。
移動儲能車。
精石的光儲產(chǎn)品，主要在國外應(yīng)用，根據(jù)手機APP以及智能的控制模式，光儲可以給負載進行供電，同時可以給電池充電，多余的電可以送到電網(wǎng)。如果電池沒有的話只能從電網(wǎng)進行取電，這是具體的不同模式。
應(yīng)用場景主要是通用模式，就是傳統(tǒng)戶用應(yīng)用；儲能模式，不允許光伏發(fā)電上到電網(wǎng)，只允許自發(fā)自用。光儲離網(wǎng)系統(tǒng)，還有光儲柴。
5kW48伏的產(chǎn)品，還有5kW高壓版產(chǎn)品，標(biāo)配電池額定300Vdc，范圍寬至200V-800Vdc。還有10KW的高壓電池產(chǎn)品，3相輸出。
這是EMS-Express產(chǎn)品，主要是根據(jù)代理商、用戶自己的人員情況做具體的配置。在湖北的基站、瑞士的戶用系統(tǒng)、泰國、南非都有一年多的實驗局應(yīng)用，目前已經(jīng)批量發(fā)貨，出貨量超過2000臺。謝謝大家。
