能建时代孙涛：用系统思维实现新型柔性储能系统安全稳定高效运行

发布时间：

2024-07-31 00:00

来源：

概要：

“储能系统集成形成了新的产品，新产品有它自己独特的性能和指标，系统集成要有系统思维来实现整个储能系统设计、生产、制造。”能建时代（上海）新型储能技术研究院有限公司系统融合部主任孙涛在2024中国国际新型储能发展峰会（INES2024）上如是说道。

储能复杂的产品形态搭配复杂的应用模式为柔性集成技术发展埋下了伏笔，那么问题来了，现在不同的应用场景到底该选择怎样的集成路线？未来的技术路线又将会何去何从？

柔性储能系统

本次我们提到的柔性是基于低压集联式的拓扑结构形式上，通过多电频的结构储能变流的功率模块，实现对整个储能系统的柔性控制。

规模化储能的拓扑结构形式有以下几种：

集中式的是目前最常见的，也是现在落地最多的最早出现的拓扑结构形式。常见的2.5兆瓦，5兆瓦，2个小时的系统来看，通过大电芯在直流侧，通过串联达到DC1500伏的直流侧以后，形成电池数，数个电池数直接并联，接入到集中式的PCS的变流器，在交流侧通过CR变接入电网，从物理结构形式来讲大家可以看到直流侧做成一个电池预制舱，把交流侧逆变器和CR变做成CR一体舱，相当于一到两台电池舱匹配CR变，形成最基本的储能单位，数个储能单位最终集合成大型的储能电站。这种拓扑形式来讲结构比较简单，整个技术成熟度和产业链非常成熟，在成本上有比较大的优势，但是结构形式充放电的截止条件是以单体电压来截止，带来的问题也显而易见，会出现由性能最差的电池决定整个系统综合的属性。

基于拓扑形式带来的问题，就演变出分布式或者是组串式。电池预制舱的结构大致类似，但是每个电池数接入模块化的单元，最终模块化的单位在AC侧进行并联，把整个系统的控制颗粒度从电池堆到电池处的层级，由于电池之间没有并联，所以就不存在触电环流的情况，当前很多工商业的场景和拓扑结构形式是一样的，只不过并联的模块单元比较少，工业化的场景直接接入400伏，不需要CR变，这是规模化储能比较多的两种拓扑结构形式。

还有一种是有一些项目落地的，比如说高压直挂，与前面两种有本质的区别。每个电池处对应功率模块单元，功率模块单位在AC侧进行串联，电网侧6千伏、10千伏、35千伏的等级，每一个串联形式3个交流的一项，这样的话就形成了大的储能系统单元。本身的特质是新的容量来看，直接CR到电网的DR等级，一个储能单元的容量大概是30兆瓦左右，像这种天生为大型的规模化储能而生的拓扑结构形式，这里面取消了CR变的过程。从系统来看效率有1到2个点的提升。这种结构形式也容易输出高质量的波形，目前已有一些高压直挂形式的项目落地。

除了这三种以外，在业内还可以看到推一些直流耦合的拓扑结构形式。从最早的混用场景，将光伏、直流的部分接入混合逆变器，CR到电网层级，这种结构形式相对来讲分散布置的场景，在规模化储能应用场景有一些物料成本均摊，还有消防的问题需要解决，还没有看到大规模部署的情况。

柔性储能系统，基于低压的拓扑，与高压最大的区别是在交流侧的串联不是直接CR到电网的层级，而是做到1千多伏在AC侧，通过变压器CR到电网。

把AC侧的电压做低有两个好处，AC侧和DC侧是一个结构舱体内，不需要按照35千伏高压绝缘器考虑设计，电压做低之后整个系统容量可以做得更小，比如说3兆瓦、5兆瓦时的舱体，灵活度更高，匹配更多项目。二是对于AC侧舱体出现，如果把电压等级做低之后，储能系统的部分在现场接线、布置更具备友好性。

柔性系统在结构形式上，将整个电池控制颗粒度从电池处现在变成电子模块，通过多电频的方式在充放电的过程中对每一项功率电池包进行功率分配，如果在某一项电池包之间SOC本来比较大，这种拓扑的结构形式下可以正常工作，由于充放电时间拖长，SOC更加趋向于一致。

能建时代集成核心技术

个人认为储能系统集成形成了新的产品，新产品有它自己独特的性能和指标，系统集成要有系统思维来实现整个储能系统设计、生产、制造。

能建时代研究院给自己定位为“做最了解电力系统的新型储能咨询研发企业”，产品涉及前期储能电站科研可行性分析、系统方案设计，到中间AC侧、DC侧、站级的EMS、储能协控调频设备，AC侧、DC侧、站级的EMS、储能协控调频设备，后端电站的并网检测、并网调试，建模仿真服务等一站式服务体系。立足新型电力系统规划、建设、运行中的迫切需求，全面深入研究新型储能产业链发展的关键问题，形成包括：行业研究、项目咨询、咨政辅政、趋势研判的储能智库平台。

另外，还自主研发了新型储能eBEST系列产品，全方位保障储能电站安全稳定高效运行。

做储能集成，能建时代研究院有着自己的想法：首先是安全，二是整个系统的性能，整站的效率，系统的一致性，一致性对应的是充放电的能量，循环的寿命。

储能系统是集成产品，应以系统维度看待其安全可靠性。通过创新性融合主动安全预警模型、大数据算法、人工智能，运用三级预防控制体系，依次从电池性能预测、早期故障诊断、热失控预警等多个层级系统性保障储能系统安全。

一包一管理的逻辑，更加关注系统一致性，有效规避系统“木桶效应”，支撑系统全生命周期经济性提升。

例如：从风能系统切换到液能系统之后带来了新的问题，就是凝露，整个系统产生凝露之后对电池性能的绝缘性有比较大的影响，凝露一旦产生之后很谈在短时间内逆转，防凝露做的工作是首先监测凝露产生的可能性，通过温度、湿度预判是否接近于产生凝露的点，通过热管理、改良温度湿度使它远离凝露的产生。

DR直联式，AC侧和DC侧在一个舱体里，采用液冷的结构形式，热管理对于现在的储能系统来讲是辅助功耗最大的部分，热管理现在发展的方向减少辅助功耗能耗，这方面的减少可以带来整个性能的提升，性能的提升以前更多的项目没有把这方面的功耗纳入到整个系统的效率范围中，没有统计进来。对于客户来讲也是价值点所在。

热管理做的工作，一是通过不同热管理的策略，不同的情况有不同热管理的模式，精细化管理，尽量减少功率的损耗。二是从自然散热系统来看，大站是在常年温度比较低的地方，自然散热和冷却，尽量少开压缩机，系统的功耗就会变少。通过测算，热管理的方式可以把整个辅助功耗相对于常规的方式降低到10%左右。

能建时代研究院正面向源网侧规模化储能、工商业储能先进技术试验示范和项目开发提供全面技术支撑，成为高安全、长寿命、低成本的新型储能行业持续健康发展的重要推动力。

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