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新风光石广保:储能系统中PCS的多种解决方案

作者:中国储能网新闻中心 来源:中国储能网 发布时间:2019-06-24 浏览:
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中国储能网讯:6月19—20日,由中国化学与物理电源行业协会储能应用分会联合江苏省电机工程学会、全国微电网与分布式电源并网标准化技术委员会、中国能源建设集团江苏省电力设计院有限公司等单位联合召开的“第三届全国电网侧暨用户侧储能技术应用高层研讨会”在苏州市太湖假日酒店举行。来自电网公司、设计院、系统集成商、电池生产企业、投融资机构等单位的280余位嘉宾出席了本次研讨会。

会议期间,新风光电子科技股份有限公司市场技术顾问石广保分享了主题报告《储能系统中PCS的多种解决方案》,以下是演讲全文:

石广保:尊敬的各位领导、各位专家,大家下午好。我是来自新风光的石广保,今天我的汇报题目是《储能系统中PCS的多种解决方案》。

我的汇报分四部分,第一部分是储能行业现状,这部分大家说的比较多了。第二部分,PCS的多种方案。第三,应用案例,第四,公司简介。

行业现状主要是从电力系统发、输、配、用四个方面。电源侧或者发电侧这块,主要应用是电源的黑启动以及调频,输电侧这块主要应用是调峰,配电和用电侧主要是用它作为移动的储能电源或者是大的UPS(不间断电源)。这个是从国家电网“三型两网”源网荷储方面进行一个说明,从这个方面说明一下储能的应用。

这是储能系统的三大类型,储能装置根据充放电速度的快慢以及储能的容量大小分为三种类型:

第一种类型是功率型,它特点是的功率变化比较快,比如迅速的满足电网调频的应用。

第二种类型是容量型,它的特点是容量比较大,可以起到调峰作用,功率变化不一定很快。

第三种类型是备用型,相当于一个大的UPS,不间断电源。

对PCS(储能变流器)来说它的区别不是太大,以上三种类型比较容易实现,主要还是针对储能器件上,比如电池或者超级电容器的功率和容量大小。

储能的形式,有机械储能、电化学和电池储能、超导储能,电池储能大家都比较了解,我就不再细说了。

这里有两个图,铅炭电池和锂电池从它的成本以及寿命两个维度进行了总结,以及到2025年的预判。从2010年到现在,这两种电池它的寿命提高了近三倍,成本降低了近一半。到2025年,它的电池成本下降3到5倍,寿命从2010年到2025年我们看到可以增加5到10倍。

国家政策这一块,前面专家说的比较多了,我这里不再叙述了。

多种解决方案,第一个方案是1988年美国加州采用的一种方案,他是利用了变压器多重化的技术,特点是开关频率低,波形差,这种技术已经过时,现在不再采用了。

第二个方案是低压并联汇集升压方案,这个和镇江去年101兆的方案一样,这种方案比较成熟,采用的是两电平的。这个是两电平的拓扑结构,左边这个是三相两电平的拓扑结构。上面DC/AC这块,直流比较稳定的情况下可以采用这种拓扑方式,后面加上LCL滤波就可以直接并网。下面这个是两级串联,其中增加了一级DC/DC,为什么加上这一级呢?这主要是基于咱们前端储能器件的直流电压变化范围如果比较宽的情况下,就需要增加DC/DC,也就是斩波电路进行直流稳压,稳压到一定程度以后, 再用DC/AC进行转换,两级和一级就是这样的。

这个是经典的三电平电路,它和两电平相比它的输出电压以及它的直流母线电压都有一定的提升, 由于三电平输出比两电平多两个台阶,这样输出比较好,有比较好的电能质量和波形,也适应直流或者交流较高一点的场合。

这个是MMC的拓扑结构,也就是模块化多电平PCS系统,这个拓扑结构的特点很重要的一点就是直流母线是共用的,虽然它的逆变模块是串联的,可以适应比较高的交流电压场合,比如10kV,由于直流母线是共用的这种特性,所以这并不是目前最适合的方式。

这个是高压级联式直挂型方案,他是从比较成熟的高压变频器和高压SVG演化而来,从这个图中可以看到左边是SVG的方案,右边是PCS的方案,区别呢,无非就是把电容和电池组进行了调换,电池组与前面说到的低压方案一致,有比较成熟的技术,再加上SVG比较成功的级联方案,两种成熟的方案结合在一起也是比较成熟的方案,这种方案可以满足高压的需求,6kV、10kV或者35kV都可以。

有的人又提出了另一种级联方案,在直流和逆变之间增加一级隔离。但是这种方式因为增加器件,可靠性会降低,一般也不采用这种方案。

这是我新风光的几种功率模块的图片。

这个表是我对前面几种拓扑结构的总结,并网电压两电平最高可以达到380V,三电平可以达到1140V,级联可以达到35千伏,多电平的MMC的方案可以达到35kV,但是它尚不成熟。从容量范围看,两电平可以到一兆瓦,三电平可以到数兆瓦,级联式可以到数十兆瓦。从技术成熟度看,两电平、三电平和级联式都是比较成熟的方案,我们可以根据现场需求配置不同的方案。

第三部分是应用案例,这是2011年新风光和中科院电工所做的一个低温超导储能系统,它的容量是0.5兆瓦,电压10千伏,是在甘肃白银,实现了现场的有源滤波、无功补偿以及有功平滑等等。

这是孤网发电机储能方案,在石油钻井或者是别的现场,电网不能延伸到的地方,它自己独立发电,有发电机还有电动机配合的时候,由于电动机在钻井的时候它的功率有时候比较大,要求比较稳定,但是发电机因为惯性它不可能一下子提供出来电动机需要的功率,这样增加一个储能装置,储能和发电机配合来使用。

左上角这个电流波形图,是发电机、负荷、储能装置的电流分布图,图中上面的是发电机波形,中间是电动机的电流波形,下面的是储能装置的电流波形,从图中我们可以看出,基本上是上面的和下面的相加等于中间的,负荷加重时储能装置放电,负荷减轻时,储能装置充电,右边那个图是负荷快速卸载的时候对储能装置进行充电的波形,左下角是加载的过程,刚开始负荷加了以后,电动机慢慢启动,通过储能给它供电的情况。

这个是轨道交通的电容储能,主要是有直流断路器柜、隔离开关柜、DC/DC变流器柜、超级电容柜,这是目前很认可的。

这种装置的参数功率单元可以从250千瓦到500千瓦,整机功率到200千瓦到5000千瓦,通过不同的组合实现。

地铁里刹车比较频繁,牵引电量的22%是需要再生制动的,以前没有储能装置的时候,需要电阻消耗掉。目前增加储能装置或者逆变装置以后可以把这部分能量吸收利用掉。

这是地铁上三种再生能量的处理方式,电阻能耗型、逆变吸收型以及电容储能型。这是我们在2018年的时候现场回收能量的统计图,从上面的图可以看出,整个牵引电量的10%到12%可以吸收利用。因为直流母线是1500,一般情况是1600到1750伏的波动。

这是我们参加了镇江101兆瓦的项目,我们现场提供了一些SVG的设备,提供了十套,2兆到5兆都有。

下面简单的介绍一下我们公司。新风光是世界五百强企业兖矿集团控股的集研发、生产、销售和服务于一体的高新技术企业。公司参与了轨道交通和变频器的国家标准的起草和审定,大家知道轨道交通要求是比较严格的,国家标准的起草我们是发起单位。

新风光也注重和各大院校进行合作,公司产品主要有四大类,变频、电能质量、轨道交通还有储能和防爆产品,电压等级是400伏到35千伏都有。

公司的生产场景,新风光公司生产面积达到8万平。新风光坚持请进来和走出去这么一个方针,所谓请进来,新风光每季度进行一次培训,邀请客户到公司进行较系统和全面的培训,也是客户全面了解新风光的一个机会,走出去就是为客户提供阳光服务。

我的汇报完毕,谢谢大家。

关键字:储能系统 PCS

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