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特变电工西安雒龙飞:高压大容量储能PCS及一体机解决方案

作者:中国储能网新闻中心 来源:中国储能网 发布时间:2020-10-19 浏览:
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中国储能网讯:9月24—26日,由中国化学与物理电源行业协会联合200余家机构共同支持的第十届中国国际储能大会在深圳鹏瑞莱佛士酒店召开。此次大会主题是“共建储能生态链,开启应用新时代”。 来自行业主管机构、国内外驻华机构、科研单位、电网企业、发电企业、系统集成商、金融机构等不同领域的1621人参加了本届大会。本次大会由中国化学与物理电源行业协会储能应用分会、中国科学院电工研究所储能技术组和中国储能网联合承办。  

在25日下午的“新型储能技术及应用 ”专场,特变电工西安电气科技有限公司微网解决方案专家雒龙飞分享了主题报告《高压大容量储能PCS及一体机解决方案》。会务组对发言人的演讲速记做了梳理,方便大家会后交流、学习,以下是速记全文:

雒龙飞:各位领导、同仁:

非常荣幸能够跟大家针对“高压大容量储能PCS及一体机解决方案”进行一个交流和汇报,我来自特变电工西安电气科技有限公司,叫雒龙飞。

首先,在储能的发展背景方面,给各位领导和同仁进行简要的介绍。我们比较清楚一点,新能源大规模并网通常会给电力系统带来很大的压力和挑战。新能源通常会呈现出强随机性、高的波动性和低惯性。针对于这个问题,我们通常采用电力系统储能的方式来调节源荷平衡。站在电力系统角度考虑问题,我们可以从发电侧、电网侧、用户侧实现储能系统的可靠接入。在发电侧方面,储能可以解决AGC、一次调频、减少弃电、平滑波动、跟踪计划、备用容量等问题。在电网侧方面,储能可以实现调频辅助服务、缓解断面阻塞、延缓扩容、应急供电、安全稳定控制。在用户侧方面,储能可满足削峰填谷、需求响应、减少基本容量等应用需求。因而,电力系统储能的本质是以更经济的方式从不同时空尺度促进源荷平衡

从技术形态来讲,储能技术可以分为电储能和热储能的方式。电储能包含物理形式和化学形式。例如,铅酸电池、锂离子电池属于化学形式的储能。在技术成熟度层面,纵观电网侧、发电侧和用户侧而言,锂离子储能技术应用更加的广泛,特别是锂离子储能技术在发电侧的使用具备电网的惯量支撑、平滑新能源发电处理,调频调峰的功能。

2020年国家能源局相关部委相继出台一些政策,直接或者间接要求新建的光伏电站、风电厂增加一定比例的储能装置。目前有10个省份出台政策,超过12个省份出台储能参与辅助服务市场政策。据可靠统计和预测,2035年时,电源装机容量将达到3500GW以上,其中风电占有量是700GW,光伏装机7为30GW。如果我们针对风电厂来说,按照1C的配置,光伏按照0.5C储能配置,2035年时储能的规模将达到213GW和286GWh。

储能系统的应用必然要体现很重要的价值,具体价值表现在哪些方面?核心是三点:

第一,满足一定的指标要求。

第二,获取相应的补偿。

第三,参与市场服务。

细分来说,储能系统可减少弃风/弃光,即限电时段储能充电,非限电时段储能放电;可实现一次调频,辅助风电机组或光伏电站调整有功出力,减少频率偏差,满足考核要求;能配合电源调峰,辅助光伏、风电机组进行出力调整,满足考核要求并获取深度调峰补贴;也可实现风电、光伏发电功率预测、AGC和AVC等功能,通过满足相应的指标获取相应的补偿或者达到考核要求。

特变电工及储能系统解决方案。特变电工新能源的愿景是成为全球卓越的绿色智慧能源服务商。特变电工新疆新能源股份有限公司创立于2000年,业务遍及全球20余个国家和地区。公司专注于光伏、风电、储能、电力电子、能源互联网等领域,为客户提供清洁能源项目开发、投(融)资、设计、建设、智能设备、调试、智能运维整体解决方案,在光伏、风电EPC,逆变器等领域占据全球领先地位。

目前在光伏风电站建设数量方面超过5000多座,光伏EPC连续三年全球第一。光伏、风电设计总量达到13GW,建设总量达到16GW。目前光伏逆变器全球出货量量是30GW,TSVG全球出货量8GVar,用于国内生产基地10个,海外办事处20个

特变电工西安电气科技有限公司属于新能源公司的产业公司,成立于2010年。专注于光伏发电、电能质量治理和智能微电网与储能等核心装备研制及提供核心技术解决方案的高新技术企业。主要产品有光伏逆变器、高压静止无功发生器、电能路由器与储能PCS产品及智慧能源管理平台。并以电力电子技术为支撑,致力于清洁能源发电、智能配电、灵活用电全生态链的能源互联网技术探索。加快引领能源行业技术进步,驱动能源技术革新。

对公司业务内容进行全面梳理,我们的核心业务包含发电、输电、配电、智慧管理的全生态链能源互联网解决方案。

科研实力方面,我们积极参与了国家863计划、十三五重大专项课题研究,特别是《光伏微电网双向变流器研制及关键技术研究》以及《交直流混合的分布式可再生能源关键技术、核心装备和工程示范研究》为储能在新能源领域的应用奠定了坚实基础。我们拥有西北区最大的电力电子研发测试实验室。成立于2000年6月,累计投资2.3亿元,现占地6800平米。在2010年被发改委授予国家地方授予国家地方联合工程实验室。2013年被美国UL授予见证测试程序证书(WTDP)。2017年通过中国合格评定国家认可委员会认可,具备国际领先的电力电子等产品的技术开发及全性能测试能力。

接下来汇报一下特变电工的储能系统解决方案。我们看到的这张图主要表现了我们在中压交流侧耦合的解决方案,目前,针对不同应用工况,我们有基于双绕组变压器中压接入的PCS多机并联方案、基于双分裂变压器中压交流侧耦合接入的大功率PCS并联解决方案,对比这两种方案,基于双分裂的方式,由于变压器支持单边储能运行,可靠性相对更高。对这两种方案进行集总概况,特变电工储能系统是具备虚拟同步器核心控制技术、AGC、AVC、自主有功调频技术等。

针对不同的电池配置和容量。我们有两种储能系统设计方案,第一种是针对电池容量配置比较大的工况,电池部分采用独立标准的集装箱设计,PCS系统采用变流升压一体机的方式,系统容量为3MW,电池系统可以配置到4MWh以上。我们针对配置容量比较小的情况,采用PCS与电池集成在同一集装箱的设计方案,外部采用变压器独立升压放置。

特变电工储能系列产品。我们前不久推出了行业单机容量超大的单机1.5MW,1500V储能PCS,与3台500kW的设备相比较,从占地来说肯定是单机占地更省资源。在充分考虑,单机容量、输出电压、功率密度等基础上,我们得到以下数据,相对于1000V系统,1.5MW,1500V PCS 单瓦成本可以降低10%,由于采用了新一代的IGBT和相应的调试策略,使得我们效率高达99%,可以提升0.4%。我们搭载虚拟同步机技术,可以实现一次调频调压,惯量支撑,包含二次调频调压和调峰等功能。电网友好性方面,采用交流侧双电流采样,引入虚拟阻抗控制算法,实现柔性并网,并网THD降低0.5%。

具体而言,在低成本方面,以1000V,630kW PCS对比分析,传统1000V系统采用两电平拓扑结构,在既定电压下,系统容量有限,1500V系统采用三电平拓扑结构,在同等电流容量下,可表现出跟高的系统容量,因而,功率密度高,体积小,此外,在结构、电气、散热等设计方面都有所改变,总的而言,这些改变带来了单瓦10%的成本降低,同时也带来了功率密度25%、系统容量100%的提升,带来了并网THD 0.5%的降低。此外,我们以10MW/10MWh的储能系统配置为例,分别对比了1000V系统和1500V系统的建设投资成本,以1500V PCS构建的储能系统,在建安成本方面可降低6.5%,在电池成本方面降低0.5%,在功率设备成本方面降低2.8%,在系统效率方面提升1%,在系统LCOE方面降低3.24%。

在高效率方面,具体而言可分为两点,一是变频调制策略。本身的损耗有所降低,我们调制策略是把DPWM和CPWM进行融合,使得调制策略上获得效率的提升,平均效率提升0.3%;二是由于1500V输出电压较高,如果功率容量相同的时候,交流侧电压比较高的话,电流是比较小的,从设备本体、外部接入等考虑,效率上都会有所提升,这部分带来了0.1%的效率提升。

接下来我们对虚拟阻抗环的介绍。虚拟阻抗是在变流器引入了虚拟阻抗,实现PCS端口阻抗的调节。在储能系统适配容量比较大的情况下,我们往往会采用单机容量比较大的设备进行多机并联。并联后必然有环流存在,针对这个问题,虚拟阻抗算法可实现PCS端口阻抗调节,让环流最低,降低THD, 提高电网适应性。

虚拟同步机的内容。我们在有功或者无功这一环引入转动功率和阻尼系数,使得PCS具备传统同步发电机的特性,其核心本质是实现调频和惯量支撑及频调压功能,抑制系统频率和电压的快速变化,提高系统频率的稳定性

在多功能方面,首先是无功补偿功能。国标对PCS有相应的规定,要求PCS在发有功时仍然具备33%的无功输出能力。这样的要求,我们从这个点上看出了一些契机。储能系统本身所有的PCS具备无功能力,我们在此基础上配置一定的PCS设备,综合实现储能和SVG的功能。目前按照50MW风电站配置20%储能系统,大概是10MW。1.1配容量运行时,可替代4.5MVar无功,可节省45%的SVG成本。

光储一体化接入。基于1500V系统,本质上不管是1000V系统还是1500V系统,电池直流侧电压是有变化的,1500V的系统要接入分布式光伏的话,中间需要有DC/DC,按照控制模式适配电压的变化,可以支持光储接入,实现分布式光伏与储能系统联合控制的模式。

接下来是升压一体机介绍,升压一体机的容量配置是3MW,本质是内部具备l两台并联的1500V,1.5MW PCS系统,形成一体化设计。采用标准的20ft集装箱,目的是降低施工量,实现模块化、可插拔的维护。

在电池配置方面,针对3MW一体机有相应的电池容量配置:3.226MWh、4.3MWh和5.017MWh的配置。

3.226MWh电池配置采用了一并360电芯串联的连接方式形成一个电池簇,采用10个电池簇并联实现,直流额定电压为1152V,额定功率3MW,重量约35T;4.3MWh是采用一并400电芯串联,12簇并联实现,直流额定电压是1280V,重量约为46T,5.017MWh 采用一并400电芯串联,14簇并联实现,重约52T。

综合考虑升压一体机设备、储能接入系统的配置,同时考虑高可靠性、虚拟同步机、高效率和云平台等特点,基于升压一体机接入的储能系统LCOE可以降低3%。

最后,针对我们的全套储能PCS进行一个总结介绍,首先是我们的3MW升压一体机,这个是我们新一代的一体机系统,具体特征不在赘述,其次是我们的单机设备,包含1000V系统的500kW、630kW PCS 及1500V系统的1.5MW PCS,产品种类基本覆盖了行业应用需求,再次是我们的10kV/35kV中压储能直挂设备,这个是我们目前正在预研的新产品。

我的汇报就到这里,谢谢大家!

关键字:储能

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