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新風光石廣保:儲能系統中PCS的多種解決方案

作者:中國儲能網新聞中心 來源:中國儲能網 發布時間:2019-06-24 瀏覽:
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中國儲能網訊:6月19—20日,由中國化學與物理電源行業協會儲能應用分會聯合江蘇省電機工程學會、全國微電網與分布式電源并網標準化技術委員會、中國能源建設集團江蘇省電力設計院有限公司等單位聯合召開的“第三屆全國電網側暨用戶側儲能技術應用高層研討會”在蘇州市太湖假日酒店舉行。來自電網公司、設計院、系統集成商、電池生產企業、投融資機構等單位的280余位嘉賓出席了本次研討會。

會議期間,新風光電子科技股份有限公司市場技術顧問石廣保分享了主題報告《儲能系統中PCS的多種解決方案》,以下是演講全文:

石廣保:尊敬的各位領導、各位專家,大家下午好。我是來自新風光的石廣保,今天我的匯報題目是《儲能系統中PCS的多種解決方案》。

我的匯報分四部分,第一部分是儲能行業現狀,這部分大家說的比較多了。第二部分,PCS的多種方案。第三,應用案例,第四,公司簡介。

行業現狀主要是從電力系統發、輸、配、用四個方面。電源側或者發電側這塊,主要應用是電源的黑啟動以及調頻,輸電側這塊主要應用是調峰,配電和用電側主要是用它作為移動的儲能電源或者是大的UPS(不間斷電源)。這個是從國家電網“三型兩網”源網荷儲方面進行一個說明,從這個方面說明一下儲能的應用。

這是儲能系統的三大類型,儲能裝置根據充放電速度的快慢以及儲能的容量大小分為三種類型:

第一種類型是功率型,它特點是的功率變化比較快,比如迅速的滿足電網調頻的應用。

第二種類型是容量型,它的特點是容量比較大,可以起到調峰作用,功率變化不一定很快。

第三種類型是備用型,相當于一個大的UPS,不間斷電源。

對PCS(儲能變流器)來說它的區別不是太大,以上三種類型比較容易實現,主要還是針對儲能器件上,比如電池或者超級電容器的功率和容量大小。

儲能的形式,有機械儲能、電化學和電池儲能、超導儲能,電池儲能大家都比較了解,我就不再細說了。

這里有兩個圖,鉛炭電池和鋰電池從它的成本以及壽命兩個維度進行了總結,以及到2025年的預判。從2010年到現在,這兩種電池它的壽命提高了近三倍,成本降低了近一半。到2025年,它的電池成本下降3到5倍,壽命從2010年到2025年我們看到可以增加5到10倍。

國家政策這一塊,前面專家說的比較多了,我這里不再敘述了。

多種解決方案,第一個方案是1988年美國加州采用的一種方案,他是利用了變壓器多重化的技術,特點是開關頻率低,波形差,這種技術已經過時,現在不再采用了。

第二個方案是低壓并聯匯集升壓方案,這個和鎮江去年101兆的方案一樣,這種方案比較成熟,采用的是兩電平的。這個是兩電平的拓撲結構,左邊這個是三相兩電平的拓撲結構。上面DC/AC這塊,直流比較穩定的情況下可以采用這種拓撲方式,后面加上LCL濾波就可以直接并網。下面這個是兩級串聯,其中增加了一級DC/DC,為什么加上這一級呢?這主要是基于咱們前端儲能器件的直流電壓變化范圍如果比較寬的情況下,就需要增加DC/DC,也就是斬波電路進行直流穩壓,穩壓到一定程度以后, 再用DC/AC進行轉換,兩級和一級就是這樣的。

這個是經典的三電平電路,它和兩電平相比它的輸出電壓以及它的直流母線電壓都有一定的提升, 由于三電平輸出比兩電平多兩個臺階,這樣輸出比較好,有比較好的電能質量和波形,也適應直流或者交流較高一點的場合。

這個是MMC的拓撲結構,也就是模塊化多電平PCS系統,這個拓撲結構的特點很重要的一點就是直流母線是共用的,雖然它的逆變模塊是串聯的,可以適應比較高的交流電壓場合,比如10kV,由于直流母線是共用的這種特性,所以這并不是目前最適合的方式。

這個是高壓級聯式直掛型方案,他是從比較成熟的高壓變頻器和高壓SVG演化而來,從這個圖中可以看到左邊是SVG的方案,右邊是PCS的方案,區別呢,無非就是把電容和電池組進行了調換,電池組與前面說到的低壓方案一致,有比較成熟的技術,再加上SVG比較成功的級聯方案,兩種成熟的方案結合在一起也是比較成熟的方案,這種方案可以滿足高壓的需求,6kV、10kV或者35kV都可以。

有的人又提出了另一種級聯方案,在直流和逆變之間增加一級隔離。但是這種方式因為增加器件,可靠性會降低,一般也不采用這種方案。

這是我新風光的幾種功率模塊的圖片。

這個表是我對前面幾種拓撲結構的總結,并網電壓兩電平最高可以達到380V,三電平可以達到1140V,級聯可以達到35千伏,多電平的MMC的方案可以達到35kV,但是它尚不成熟。從容量范圍看,兩電平可以到一兆瓦,三電平可以到數兆瓦,級聯式可以到數十兆瓦。從技術成熟度看,兩電平、三電平和級聯式都是比較成熟的方案,我們可以根據現場需求配置不同的方案。

第三部分是應用案例,這是2011年新風光和中科院電工所做的一個低溫超導儲能系統,它的容量是0.5兆瓦,電壓10千伏,是在甘肅白銀,實現了現場的有源濾波、無功補償以及有功平滑等等。

這是孤網發電機儲能方案,在石油鉆井或者是別的現場,電網不能延伸到的地方,它自己獨立發電,有發電機還有電動機配合的時候,由于電動機在鉆井的時候它的功率有時候比較大,要求比較穩定,但是發電機因為慣性它不可能一下子提供出來電動機需要的功率,這樣增加一個儲能裝置,儲能和發電機配合來使用。

左上角這個電流波形圖,是發電機、負荷、儲能裝置的電流分布圖,圖中上面的是發電機波形,中間是電動機的電流波形,下面的是儲能裝置的電流波形,從圖中我們可以看出,基本上是上面的和下面的相加等于中間的,負荷加重時儲能裝置放電,負荷減輕時,儲能裝置充電,右邊那個圖是負荷快速卸載的時候對儲能裝置進行充電的波形,左下角是加載的過程,剛開始負荷加了以后,電動機慢慢啟動,通過儲能給它供電的情況。

這個是軌道交通的電容儲能,主要是有直流斷路器柜、隔離開關柜、DC/DC變流器柜、超級電容柜,這是目前很認可的。

這種裝置的參數功率單元可以從250千瓦到500千瓦,整機功率到200千瓦到5000千瓦,通過不同的組合實現。

地鐵里剎車比較頻繁,牽引電量的22%是需要再生制動的,以前沒有儲能裝置的時候,需要電阻消耗掉。目前增加儲能裝置或者逆變裝置以后可以把這部分能量吸收利用掉。

這是地鐵上三種再生能量的處理方式,電阻能耗型、逆變吸收型以及電容儲能型。這是我們在2018年的時候現場回收能量的統計圖,從上面的圖可以看出,整個牽引電量的10%到12%可以吸收利用。因為直流母線是1500,一般情況是1600到1750伏的波動。

這是我們參加了鎮江101兆瓦的項目,我們現場提供了一些SVG的設備,提供了十套,2兆到5兆都有。

下面簡單的介紹一下我們公司。新風光是世界五百強企業兗礦集團控股的集研發、生產、銷售和服務于一體的高新技術企業。公司參與了軌道交通和變頻器的國家標準的起草和審定,大家知道軌道交通要求是比較嚴格的,國家標準的起草我們是發起單位。

新風光也注重和各大院校進行合作,公司產品主要有四大類,變頻、電能質量、軌道交通還有儲能和防爆產品,電壓等級是400伏到35千伏都有。

公司的生產場景,新風光公司生產面積達到8萬平。新風光堅持請進來和走出去這么一個方針,所謂請進來,新風光每季度進行一次培訓,邀請客戶到公司進行較系統和全面的培訓,也是客戶全面了解新風光的一個機會,走出去就是為客戶提供陽光服務。

我的匯報完畢,謝謝大家。

關鍵字:儲能系統 PCS

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