MW级电池储能系统的高压直挂变流接入技术

MW级电池储能系统的高压直挂变流接入技术直挂变流接入技术题纲题纲题纲题纲储能在电力系统的应用储能在电力系统的应用储能在电力系统的应用储能在电力系统的应用储能在电力系统的应用储能在电力系统的应用储能在电力系统的应用储能在电力系统的应用储能的几种形式储能的几种形式储能的几种形式储能的几种形式储能的几种形式储能的几种形式储能的几种形式储能的几种形式电池储能的原理及现状电池储能的原理及现状电池储能的原理及现状电池储能的原理及现状电池储能的原理及现状电池储能的原理及现状电池储能的原理及现状电池储能的原理及现状电池储能的关键技术电池储能的关键技术电池储能的关键技术电池储能的关键技术电池储能的关键技术电池储能的关键技术电池储能的关键技术电池储能的关键技术高压级高压级高压级高压级高压级高压级高压级高压级联联联联联联联联PCSPCS储能在电力系统的储能在电力系统的储能在电力系统的储能在电力系统的储能在电力系统的储能在电力系统的储能在电力系统的储能在电力系统的应用应用应用应用应用应用应用应用负荷平衡促进可再生能源1负荷平衡改善电能质量23促进可再生能源动态地对电能进行补偿，跟踪电能供求曲线，实现基本的负荷平衡抑制电涌，补偿电压跌落；抑制频率偏移，对三相不平衡进行补偿平缓风能、太阳能的波动功率根据ESA（国际储能系统协会）的分类，储能载体用于电力系统可以按照运行时间和功率情况划分为三类。
电能质量调节(powerquality)一般运行时间为秒级，功率不超过20MW。主要用于保证电能质量的连续性，如抑制电压和频率的波动其代表为普通化学电池、飞轮储能、超级电容储能、超导储能等。储能在电力系统的应用储能在电力系统的应用储能在电力系统的应用储能在电力系统的应用储能在电力系统的应用储能在电力系统的应用储能在电力系统的应用储能在电力系统的应用
电能过渡(BridgingPower)一般运行时间为秒和分钟级别，功率上限为100MW。主要用于保证电力的连续供应。其代表为各类新型的液流电池。
电能管理(EnergyManagement)一般运行时间在小时级别，其典型功率均大于100MW。主要是利用其巨大的储能量将发电与用电解耦，从而实现电力削峰。其代表为抽水储能与压缩空气储能。储能的几种形式储能的几种形式储能的几种形式储能的几种形式超级电容储能电池储能超导储能抽水储能压缩空气储能飞轮储能压缩空气压缩空气压缩空气压缩空气储能储能储能储能►储能容量大►技术成熟、安全性好►使用寿命长►地理位置受限制►效率不高于70%►应用仅次于抽水蓄能特点►储气室►燃气轮机►电动机/发电机►变换器关键部件00PVPVγγ=参数德国Huntorf美国阿拉巴马日本Sunagawa电厂参数容量（MW）29011035发电小时数2266压缩/发电时间比41.61.17地理状况盐性盐性砂质泥盐储气室数量211总容量（百万ft3）11.3191.06储气温度（oC）353550燃料气气/油气高压膨胀机进气温度（oC）537.8537.8781.1进气压力4598.94481.73999.1低压膨胀机进气温度（oC）853.4853.41213.4进气压力1075.61413.41420.3质量流量415.9154.247.4加热器无有有运动控制有有无投运时间197819911997超导超导超导超导储能储能储能储能►超导材料►冷却技术►功率转换系统关键技术问题221dLIW=分类规模安装地点应用目的和作用小型超导储能0.1MWh负载端长距离输电线电源端66kV电压级发电厂光伏发电和风力发电系统改善稳定性；小波动负荷调平；电压波动调节；间断型电源调平输出中型超导储能10MWh配电站154～275kV电压级发电厂负荷调平，节省传输容量和小电站建设；大波动负荷调平，电压波动调节；减少无功功率调节和频率调节和瞬时备用功率；改善电源可靠性；防止中间连接功率波动大型超导储能1GWh500kV电压级发电厂，适合于大型超导储能的一切其它地点负荷调平，减少峰值功率电源装置；节省传输容量和电站建设；减少传输损失；改善发电设备的热效率；减少无功功率调节和频率调节及瞬时备用功率装置；改善电源可靠性；防止中间连接功率波动飞轮飞轮飞轮飞轮储能储能储能储能抽真空减小损耗飞轮储能基本结构电磁轴承减小损耗212smEJmKKσωρ==►工作寿命长20年5万次►动态响应快20ms►循环效率高85%-98%►环境友好无污染、维护成本低►深度放电、能量可预测特点►转动惯量►形状系数►材料利用系数►材料强度►材料密度电池储能系统电池储能系统电池储能系统电池储能系统((((BESS))))的工作原理的工作原理的工作原理的工作原理电池功率转换系统辅助设备根据输入指电池管理系统为了能够提用于储存或释放直流电力；由一系列电池组通过串联和并联组成。根据输入指令把电力系统的交流电力与电池的直流电力互相转换，包括功率器件及检测测、控制设备防护设备，保护开关等为了能够提高电池的利用率，防止电池出现过充电和过放电，延长电池的使用寿命，监控电池的状态电池储能的特点电池储能的特点电池储能的特点电池储能的特点电池特性好新型电池具有较高的储能密度对安装地点无特别要求环境条件好技术成熟电池储能系统现状电池储能系统现状电池储能系统现状电池储能系统现状储能用电池现状电池管理系统现状电池管理系统现状储能PCS现状国内外现有储能系统现状储能用电池现状储能用电池现状储能用电池现状储能用电池现状项目钠硫电池锂离子电池钒电池单体功率可达10kW以上目前最高3kW可达20kW-40kW循环寿命4500次3000次超过6000次环保性能良好良好良好放电深度80%～90%70%～80%100%安全性能运行温度在300℃以上，电极材料易燃，安全隐患大使用有机介质，有燃烧爆炸风险因活性物质处于酸性水溶液中，不燃烧，安全性好电池管理系统现状电池管理系统现状电池管理系统现状电池管理系统现状针对一般小容量动力电池系统，如电动汽车和电动自行车成组：12或16支电池单体串联为1组监测：单体电压和温度监测，检测精度一般达到5mV和2℃均衡：单体间的无损均衡，单体间有损均衡；串级均衡，母线均衡SOC估算：误差10－20％1、组间无均衡措施在大规模储能系统中，电池组数量巨大，组间的差异性明显，现有BMS系统不能满足需要。2、电压检测精度低不能实现高精度的SOC估算。3、SOC估算误差较大多采用安时法，或者安时法与其他方法结合。储能储能储能储能PCS现状现状现状现状六种结构：DC/AC单级、DC/DC+DC/AC双级式、单级串联、双级串联单级串联以及双级串联。DC/AC单级DC/DC+DC/AC双级式效率高，实现简单，接入高压系统时需要变压器适合出口电压变化范围大的电池，效率较低储能储能储能储能PCS现状现状现状现状双级串联DCACDCAC单级串联GridACDCAC适合直接接入高压系统，且现有电池符合要求，多模块冗余结构可靠性更好既适合接入高压系统，且适合多种电池接入，但系统结构复杂储能储能储能储能PCS现状现状现状现状单级并联双级并联结构简单，适合大容量储能系统结构复杂，但有交流或直接公共母线，适合多种电池混合接入，对电池安全运行有好处电池储能电池储能电池储能电池储能现状之国外现状现状之国外现状现状之国外现状现状之国外现状主要在日本，已有30多个示范系统，电池总功率大于20MW，主要用于调钠硫电池储能钠硫电池储能钠硫电池储能钠硫电池储能铅酸铅酸铅酸铅酸电池储能电池储能电池储能电池储能德国于1987年投入了17MW的铅酸电池组用于电力系统尖峰负荷转移和频率控制，配备有两组8.5MW电力变流器。在日本和澳大利亚有应用，规模不及钠硫。项目的最大容量达到5.0MWh。2008年开发出国内100kW全钒液流储能电池系统。主要在日本，已有30多个示范系统，电池总功率大于20MW，主要用于调峰需求。世界上最大的48MWh的钠硫储能在东京电力公司Ohito变电站。2008年，美国A123Systems公司开发出H-APU柜式磷酸铁锂电池储能系统，主要用于电网频率控制、系统备用、电网扩容、系统稳定、新能源接入等服务；2009年、2010年应用规模最大达到12MW。全钒液流电池储能全钒液流电池储能全钒液流电池储能全钒液流电池储能锂离子电池储能电池储能现状之电池储能现状之电池储能现状之电池储能现状之国内现状国内现状国内现状国内现状南方电网南方电网南方电网南方电网南方电网在深圳110kV碧岭站启动MW级锂电池储能试点工程一期工程建设，容量5MW×4h。其中4MW×4h储能系统2011年1月完工投运。张北风光储输项目一期工程总投资达33亿元，其中20MW储能电池的投资约4亿元。现投运的14MW的储能项目均是采用锂离子电池。国家电网国家电网国家电网国家电网电池储能的关键电池储能的关键电池储能的关键电池储能的关键电池储能的关键电池储能的关键电池储能的关键电池储能的关键技术技术技术技术技术技术技术技术增加电池容量提高能量转换效率实现大功率电储能转换效率降低成本提高电池安全性实现高压直接并网可靠性研究电池储能PCS高压高压高压高压高压高压高压高压直挂直挂直挂直挂直挂直挂直挂直挂PCSPCS直挂10KV电网可实现大功率省去变压器，效率高省去变压器，效率高多模块冗余，可靠性高MW以上容量成本较低现有电池单体可满足要求高压直挂高压直挂高压直挂高压直挂PCS的技术难点的技术难点的技术难点的技术难点相簇间SOC均衡控制孤岛检测与单元故障及冗余控制技术难点缝切换孤岛检测与运行模式无缝切换调配合多种控制策略的协调配合控制策略电网异常情况下的控制策略高压直挂高压直挂高压直挂高压直挂PCSPCSPCSPCS控制控制控制控制方案设计方案设计方案设计方案设计各H桥单元的从控制器采样各单元电池电压，与BMS通信.主控制器采样三相电网电压、电流，完成功率控制以及SOC控制等