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精石科技劉衛武:集控鏈智慧儲能解決方案

作者:中國儲能網新聞中心 來源:中國儲能網 發布時間:2019-10-15 瀏覽:
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中國儲能網訊:2019年10月11-12日,第六屆儲能技術在分布式能源與微電網中應用高層研討會”在深圳召開。來自科研機構、設計院、新能源發電企業、電力公司、系統集成商、電池制造企業、電氣元器件企業、新能源制造企業、項目承包商、投融資機構等500余人參加了本次會議。

在會上,西安精石電氣科技有限公司解決方案高級總監劉衛武分享了主題報告《集控鏈智慧儲能解決方案》,以下為報告實錄:

劉衛武:大家好,今天非常榮幸代表精石介紹我們的集控鏈解決方案。

首先回顧一下什么叫做集控鏈,集控鏈從功率流上來看,就是每一處電池都要獨立的控制,交流側獨立逆變,每一處電池如果發生異常不影響整個系統的正常運行,這是它設計的初衷,主要是降低木桶效應,那么多的支路、那么多的電池,如何實現安全、可靠?從電力電子的角度考慮已經不適合了,很難解決它的問題。所以必須要高度集成的信息化管理技術,與電力電子進行深度的融合,具體的做法是在電力電子技術的基礎上加了BCU、PCU、SCU以及機器學習、智能管控、信息化系數據鏈的智能管控措施,使儲能系統更安全、更經濟。

這是一個儲能系統,每一個支路控制單元都配置了一個BCU,就是檢測電池包以及支路控制單元的數據采集、數據處理,每一個AC/DC配置一個PCU,采集AC/DC的數據上傳給SCU,根據SCU下發的指令進行邏輯控制,配置,告警以及故障管理,SCU和BCU、PCU及電表等進行通信,進行數據處理、邏輯算法、人機交互等,同時PCS集成了本地的EMS單元。這是具體的控制作用,BCU的CAN數據重組,可以確保40個電池包的并發處理和系統數據的下發,更安全、可靠。

從傳統的理念上來理解,PCS可能只是一個功率轉換單元,但隨著儲能技術的逐步發展,PCS已成為儲能系統的核心,也必將成為儲能系統重要的核心控制點。

下面我們看一下儲能系統經常遇到的問題,首先是電池的匹配問題,可能大家都遇到過,對于梯次電池來說,如果拆包重組就失去了經濟的價值,如果不拆包重組,由于梯次電池的不一致性以及木桶效應,必須要求每一個電池包都要獨立控制,一對一的獨立控制。由于它的不一致性以及衰減的過程,直流側需要加一個高頻隔離,實時的阻抗檢測,這也是必須的硬件條件。

另外對于低壓電池來說,額定530多伏的系統,都需要加一級DC/DC單元,多支路控制也是需要的,考慮到成本的原因必須要精細化的控制。如果說交流并聯的話可能會產生一系列的環流,直流母線可以完全避免環流,絕緣阻抗實時檢測也成為PCS必須具備的功能。

對于高壓電池來說,電池可以串得足夠多、電壓足夠高,用集中式的PCS可能更合適,因為電流倍率可以設置得更高一些,但是高壓電池用集中式,可能每個PCS要接幾千支電芯,每個電芯出現衰減過快都會導致在循環過程中很容易達到截止電壓,充不進去也放不出來,集中式的PCS也需要多路輸入,降低木桶效應。簇間均衡,避免環流,這是必須要求的。

另外,大家比較關心的問題,電池儲能系統的安全問題,無論是任何原因引起的儲能系統安全問題,歸根到底就是電池的熱失控問題,要解決安全問題,最基本的根源問題是如何避免電池的熱失控。如果熱失控了,BMS、PCS和EMS之間的信息共享顯得尤為重要,也就是說預警機制必須要十分健全。如何避免它的熱失控?這是目前儲能研究的熱點,因為儲能系統一旦著火了,外面的消防告警能起到多大的作用呢?

基于這個理念,我們也是把邊界防護模型,比如說BMS上傳上來的單體電壓、單體溫度、單體電流的一系列邊界模型升級成多維聯動模型。例如電壓、電流的聯動可以校驗BMS,電流、SOC以及電流溫度的聯動可以確保電池始終工作在比較舒服的環境,一旦出現問題就要看安全決策是阻止充放電、報警通知還是監控評估。

左邊是聯動機制的簡單示意,比如說我們設置25攝氏度,放電倍率是0.4C,到30攝氏度的時候,溫升超過5度,放電倍率降到0.3C。如果35度,放電倍率降為0.15C甚至0.1C。這個時候如果溫度還是降不下來,絕對是不允許溫度繼續上升,報過溫故障,就要把這路電池切除掉,完全避免了溫度的繼續升高,這是聯動機制簡單的示意。

這個圖是BMS上傳上來的電壓溫度值,PCS根據上傳的單邊防護模型進行分析,溫升如果在5度以內是正常的,如果超過5度認為它是有問題,就要啟動聯動防護模型。

這個圖可以看出是PCS分析每簇電池最大的電壓差,電池在500毫伏是正常的。這個圖BMS上傳了錯誤的電壓信息,電壓差超過60伏,顯然這是不對的,但是出現這種問題就要再看它的溫度是不是超了,如果溫度超了,就要啟動保護機制,立馬把這簇切掉,如果溫度正常,說明可能是BMS誤報引起的,只是告警。

絕緣阻抗實時檢測已經成為標配,對于具有高頻隔離的PCS,比如說PCS梯次產品,可以采用梯次電池自帶的絕緣阻抗檢測,直接上傳給PCS顯示出來,也可以把PACK自帶的屏蔽掉,由PCS對其檢測,這種我們往往采用對地電壓式的檢測方法。對于非隔離型的PCS,由于共模電流等的影響,對地電壓式的檢測方法無法使用,我們采用信號注入式的方法。

這是現場SCU顯示出來的數據,每簇電池對應一個BCU,每一路電池下面的BCU可以實時報上來它的絕緣阻抗檢測值,現場也是檢測出來一些絕緣阻抗的問題,大部分是線纜破損、電纜漏液,絕緣阻抗檢測也是儲能系統必備的,這也是非常重要的。

一旦儲能系統出現問題,它的聯動機制和預警系統就要完全健全,BMS、PCU、BCU、EMS要信息共享,也是為將來的泛在物聯網打下基礎。

大家比較關心的另外一個問題是經濟問題,如何提高儲能系統的收益?儲能系統提高收益最簡單粗暴的辦法就是提升充放電容量,說得簡單一點就是讓電池充進去更多的電,放出來更多的電,這個時候精細化管理顯得尤為重要。因為循環過程中任何一個電芯達到截止條件,整體停止充放電,如果每一個電池包都獨立控制,就極大的削弱了木桶效應。

基于集控鏈數據鏈的優勢,可以智能運維,運維比較簡單。每一路電池獨立控制可以支持不同種類電池的混用,而且方便更換和淘汰劣質電池,PCS百分之百的前維護,可以提高維護效率的同時,也方便了系統的設計,集裝箱也不需要考慮PCS后部維護的問題,單獨給PCS后部開門。

這是現場的數據,可以看出左圖是在380伏低壓側采樣,充放電容量比可以達到88%;右邊的圖是高壓側35kV采樣,充放電效率達到85%左右,因為中間多了一級變壓器,系統效率值基本上在我們的預期范圍內。

這是我們在江蘇做的32MWh的項目和西安6MWh用的都是相同的電池,80%DOD,每天一個循環,32MWh是多支路,6MWh是單支路,折算到每MWh的放電量,多支路比單支路提高7%以上。

以10MWh的電站容量計算,如果單度電的收益在0.65元,容量提升7%,收益也是很可觀的,達到160萬左右。剛才許教授也提到壽命的問題,因為電池的壽命主要跟溫度、充放電倍率和重組的工藝有關,比如說電池45攝氏度相比25攝氏度的情況下,循環壽命可以降低1500次左右。如果電芯的循環壽命是5000次,組成模組,由于焊接、加熱膜、木桶效應等一系列的影響,循環效率可能降為4000次,組成PACK,電池柜,壽命還會下降,加上精細化管理、多級聯動讓電池工作在最舒服的環境,據我們全面評估,系統壽命可以提高500次以上。提高500次的系統效率,它的收益也能達到270多萬,這也是很可觀的。根據儲能技術的提升來提高整個儲能的收益。梯次電池免去了拆包重組的費用,用梯次電池也是提高儲能系統收益的一個方面。

量體裁衣,現在儲能系統不同的電池、不同的應用場景、不同的方案,選擇儲能產品時量體裁衣顯得很重要。對于梯次電池來說,我們有專注于梯次電池應用的產品,250Vdc達到滿載,正常的小汽車電池都是350伏系統,電壓在280到410伏,250伏能達到滿載。不拆包重組進行控制,直流側10路、12路獨立控制,交流側有3個60千瓦和2個60千瓦的不同組合。同時高頻隔離也是專門為梯次電池做的。

低壓產品是兩級產品,多路獨立控制,任何一路出現異常不影響整個系統的運行。集中式也是8路獨立智能控制,直流側也是加了一個多支路控制配電單元,內部集成的,主要的目的也是降低木桶效應。

集控鏈的EMS產品,有EMS-Access應用于本地系統,EMS-Branch針對于廠站級。EMS-Cloud應用于集團級控制,Express是為我們的光儲產品做的。

模塊產品包括6kW-60kW 的DC/DC、DC/AC產品。

這是我們的部分案例,國內儲能項目超過100MWh。

儲充微網是在安徽的直流微網項目,充電樁也是DC/DC充電裝,有效提高系統效率。這個項目在江蘇,梯次利用不拆包重組,采用標準的方案,里面三臺120千瓦的PCS,每個集裝箱配36個電池包,每個電池包配一個DC/DC。

移動儲能車。

精石的光儲產品,主要在國外應用,根據手機APP以及智能的控制模式,光儲可以給負載進行供電,同時可以給電池充電,多余的電可以送到電網。如果電池沒有的話只能從電網進行取電,這是具體的不同模式。

應用場景主要是通用模式,就是傳統戶用應用;儲能模式,不允許光伏發電上到電網,只允許自發自用。光儲離網系統,還有光儲柴。

5kW48伏的產品,還有5kW高壓版產品,標配電池額定300Vdc,范圍寬至200V-800Vdc。還有10KW的高壓電池產品,3相輸出。

這是EMS-Express產品,主要是根據代理商、用戶自己的人員情況做具體的配置。在湖北的基站、瑞士的戶用系統、泰國、南非都有一年多的實驗局應用,目前已經批量發貨,出貨量超過2000臺。謝謝大家。

關鍵字:集控鏈

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