中国储能网讯：5月19日至21日，“第八届中国国际储能大会”在深圳隆重召开， 来自中国、美国、德国、英国、加拿大、西班牙、日本、韩国、澳大利亚等国和地区1500余位政府机构、科研院所、行业组织、电力公司、新能源项目单位、系统集成商等代表出席本次大会。

江苏欧力特能源科技有限公司的科技副总蒋玮在微电网+售电专场，发表了题为“链式混合储能系统功率控制及状态估计技术研究”的精彩演讲。

演讲内容如下：

蒋玮：大家下午好！我今天带来的题目是““链式混合储能系统功率控制及状态估计技术研究”。这实际上是我最近这一年做工作的一个汇报，本人现在在东南大学电气工程学院任职，同时也和江苏欧力特能源科技有限公司保持一个很好的关系，也在公司担任科技副总。

这是企业的介绍，江苏欧力特是江苏高邮市专门从事储能电池、后备/通信电源、储能系统研发的企业，同时江苏欧力特也有江苏省新能源装置工程技术研究中心、江苏省新能源储能装置工程中心、罗安院士工作站等等研发机构，也是有比较强研发能力的企业。

这张图表示了我对储能系统未来研究方向的视角。储能系统从电网公司和用户的角度来看，它的功能是不一样的，从电网公司来看希望它提供备用容量、消纳新能源发电，起到削峰填谷或者是调频的作用。用户肯定考验的是经济性、收益，用户侧希望储能系统发挥应急电源，和光伏配套，峰谷套利，提升电网质量。目前就我对储能系统行业的发展观察来看，有很多方面限制了电网公司和用户之间没有达成一致，特别是在用户侧储能这一块，在配电网方面它是可以发挥一定作用的，但是它和主网调频不一样，配电网的客户的储能能提供的电量可能只是大海里的一滴水，但是它对局部来说确实非常重要，比如说我们在来这次会议之前还和扬州供电公司提到，在高邮市有一些鱼塘，鱼塘里面的峰值负荷发生在午间，需要用水泵的时候，峰值负荷的时间非常集中，如果为了这样的峰值负荷做配电网很大的改造，对电网公司来说效率并不是很高，因为这个峰值负荷时间不长，从配电角度没法覆盖自己投资的成本。但是如果在大家都使用电的时候，可能变压器又烧掉了，你完全用电价或者电量的方式结算，对社会资本来说，它没有投资这样的储能系统的意愿。如果真正能够在配电网、分布式储能和辅助服务市场有一些价格激励的机制，我相信未来分布式储能系统能更好地融入配电网的运行，当然这里面也有很多具体的技术问题，比如说分布式储能真正参与配电网运行，对电压等等方面会产生什么影响，需要通过对电网建模，才能更进一步精细化的管理。所以我们从用户和电网公司不同的视角看待储能系统，首先是存在客户侧的选址定容、储能协调控制和储能技术选择的问题。

这是我参与过的一些相关的科研项目，去年东南大学和江苏欧力特联合高效、高可靠性模块化智能集成储能系统的研究，我们也获得了江苏省科技进步一等奖。

我今天比较细的介绍怎么用链式的PCS的结构响应或者满足混合储能系统的功率控制的要求。

前面很多专家说过了，储能系统分为功率型和能量型两种，混合储能系统可以提高储能装置的寿命，降低储能系统建设的成本，因为如果只满足某一方面的需求，储能系统的成本很高，传统的储能系统也是通过单一变换器并网的，这种结构目前比较常用，它主要存在的问题在两方面，一个是有一个升压变压器，它大概带来1.5%到2%左右的损耗，这个损耗如果能降低，肯定是比较好的，能把变压器取消掉。另外就是这种结构，PCS必须要根据储能电池或者储能系统的功率容量需求定制，这样可能会造成只有一些固定系列的，比如100、200、300、500千瓦的PCS等级，也就限制了大功率、高电压PCS的应用。

针对这个问题，研究学术界和工业界也提出了一些利用链式结构去解决这个问题，一个是无变压器并网，还有一个是模块化设计的问题。现在比较多的两种结构，一种是CMC的结构，也就是级联多电平结构，还有一个是MMC，就是模块化多电平的结构，它的好处是输出电平数量多，等效开关频率高，可以实现无变压器高效接入中高压电网。它能够灵活完成储能系统的重构，在单链节发生故障的情况下，可以让系统降额运行。

用链式结构做PCS，一个关键的问题是多电平调制技术，它分为低频调制和高频调制。

对于链式的混合储能系统，它会有一些挑战，因此需要设计一个灵活可靠的储能变流器，能够兼容或者是适应不对称的功能状态。第二是稳定高效的储能控制技术，充分利用储能元件的互补特性，发挥储能元件的功能优势。第三是混合储能系统状态估计，原来是没有这个成果的，原先的状态估计只是对蓄电池进行状态估计，但是如果这些储能元器件通过电力电子装置联系在一起，怎么评价它的SOC，这又是一个问题。第四是混合储能系统如何进行高效的控制，也是需要研究的。

在这几个方面我们都做了一些工作和研究，首先是在调制方式上，我们提出基于辅助功率环的链式混合储能系统。链式混合储能系统中加入串联LC调谐滤波器，链节与LC调谐滤波器形成辅助功率环，使链式混合储能系统对外功率输出与内部各储能单元之间功率转换能够进行解耦控制，在不影响系统有功、无功功率输出的前提下，实现链式混合储能系统中储能单元之间的功能转移。

我们基于的是正交分解的理论，如果在同一个环路里面具有两种不同频率分量所产生的工具，这些工具本来是可以解耦的，我们可以分别控制50赫兹和100赫兹的电压、电流，让这两个功率流完成不一样的作用，这样我们前面所看到的三个H桥和调谐滤波器之间就可以形成一个独立的辅助功率的环路，由这个环路为我们的蓄电池和超级电容器之间的能量交换提供通道。这是我们做的相关的理论研究，我就不展开介绍了。

最后通过这么一个等效调制的波形，上面在蓄电池做连接的逆变H桥里面存在一个准方波波形，准方波里面是包含特定次数谐波分量的，我们在底下的两个超级电容器作为电源的H桥里面去提供和某一次谐波（比如74或者94谐波）频率相同的谐波分量，让这两个谐波分量和我们前面所看到的LC超级滤波器形成谐振，利用谐振电流和特定次数谐波电压产生的功率流去完全级联结构下的能量交换。这是我们的一个基本思想，也做了相应的仿真和实验的研究，验证了我们所提出的级联的结构和辅助功率环的工作方式，是可以完成在运行过程中动态、无条件的在蓄电池和超级电容器之间完成功率交换，作用就是刚才说的两个，一个是能量恢复，还有一个是SOC均衡。

此外我们还提出了一个基于一维矢量调制的链式混合储能系统功率调制方式，这种思想主要是通过对三个或者多个级联H桥的状态筛选和调整，这三个桥的状态是有冗余性的，合成同样的一个特定电压，可以在不同的开关组合中进行筛选，这些状态有些会使特定链节的电压上升，有些会使电压下降。我原来筛选是没有原则的，可以随便选，现在我是根据蓄电池或者超级电容器的工作状态去有意地那些合适的状态，在输出电压可以完成的情况下，完成对特定链节本身状态的调整。利用这种方式可以让我们刚才看到的很简单的级联结构工作在不同的工作方式下，正常工作、大功率放电等等方式都可以实现。

我们也是通过这个开关状态选择，提出了一套开关状态选择的标准，通过我们这个开关状态选择，虽然说感觉中间的阶梯波好象有点不对称，但是最后滤出来的实际工作电流还是非常完美的，感觉不对称的电压对最后的输出不会产生影响，它仅仅是因为在工作过程中，我是根据某一个链节的状态进行了开关状态的筛选导致的形式上的不对称，但是从前面可以看出，我们确实是通过这种方式完成链节的不对称控制，让链节变得对称。另外不同的输出结构的模式，可以看到我们的一维矢量调制可以主动修改串联模式下某一个链节的充放电状态。

这也是我们通过实验验证了我们的控制思想，刚才所说的这两部分内容我们也都在IEEE的期刊上发表了相关的论文，感兴趣的可以下载下来看看。

链式混合储能系统的多电力电子器件与多储能元件相互耦合，使得系统建模较为复杂。混合储能系统的多类型储能元件与多种工作模式，为估计系统的荷电状态与功率输出能力带来困难。我们在模型里面建立一个等效电压源和等效电流源，评估混合储能系统状态的模型，这个模型可以表征混合储能系统工作的暂态。在这个模型下，最后SOC评估的结果就不再是线性了，原来是超级电容器还是电池，肯定是线性下降的，它是连续下降的，不可能出现非连续的变化。实际上我们基于这个混合储能系统的调制方式，就是考虑到不同的混合储能系统的状态，这个模型可以实际表征混合等效系统的指标，我们这个研究也发表了一篇文章，大家有兴趣可以找来看看。

以上是我今天分享的链式混合储能系统功率控制及状态评估的主要内容，谢谢大家。