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精石科技刘卫武:集控链智慧储能解决方案

作者:中国储能网新闻中心 来源:中国储能网 发布时间:2019-10-15 浏览:
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中国储能网讯:2019年10月11-12日,第六届储能技术在分布式能源与微电网中应用高层研讨会”在深圳召开。来自科研机构、设计院、新能源发电企业、电力公司、系统集成商、电池制造企业、电气元器件企业、新能源制造企业、项目承包商、投融资机构等500余人参加了本次会议。

在会上,西安精石电气科技有限公司解决方案高级总监刘卫武分享了主题报告《集控链智慧储能解决方案》,以下为报告实录:

刘卫武:大家好,今天非常荣幸代表精石介绍我们的集控链解决方案。

首先回顾一下什么叫做集控链,集控链从功率流上来看,就是每一处电池都要独立的控制,交流侧独立逆变,每一处电池如果发生异常不影响整个系统的正常运行,这是它设计的初衷,主要是降低木桶效应,那么多的支路、那么多的电池,如何实现安全、可靠?从电力电子的角度考虑已经不适合了,很难解决它的问题。所以必须要高度集成的信息化管理技术,与电力电子进行深度的融合,具体的做法是在电力电子技术的基础上加了BCU、PCU、SCU以及机器学习、智能管控、信息化系数据链的智能管控措施,使储能系统更安全、更经济。

这是一个储能系统,每一个支路控制单元都配置了一个BCU,就是检测电池包以及支路控制单元的数据采集、数据处理,每一个AC/DC配置一个PCU,采集AC/DC的数据上传给SCU,根据SCU下发的指令进行逻辑控制,配置,告警以及故障管理,SCU和BCU、PCU及电表等进行通信,进行数据处理、逻辑算法、人机交互等,同时PCS集成了本地的EMS单元。这是具体的控制作用,BCU的CAN数据重组,可以确保40个电池包的并发处理和系统数据的下发,更安全、可靠。

从传统的理念上来理解,PCS可能只是一个功率转换单元,但随着储能技术的逐步发展,PCS已成为储能系统的核心,也必将成为储能系统重要的核心控制点。

下面我们看一下储能系统经常遇到的问题,首先是电池的匹配问题,可能大家都遇到过,对于梯次电池来说,如果拆包重组就失去了经济的价值,如果不拆包重组,由于梯次电池的不一致性以及木桶效应,必须要求每一个电池包都要独立控制,一对一的独立控制。由于它的不一致性以及衰减的过程,直流侧需要加一个高频隔离,实时的阻抗检测,这也是必须的硬件条件。

另外对于低压电池来说,额定530多伏的系统,都需要加一级DC/DC单元,多支路控制也是需要的,考虑到成本的原因必须要精细化的控制。如果说交流并联的话可能会产生一系列的环流,直流母线可以完全避免环流,绝缘阻抗实时检测也成为PCS必须具备的功能。

对于高压电池来说,电池可以串得足够多、电压足够高,用集中式的PCS可能更合适,因为电流倍率可以设置得更高一些,但是高压电池用集中式,可能每个PCS要接几千支电芯,每个电芯出现衰减过快都会导致在循环过程中很容易达到截止电压,充不进去也放不出来,集中式的PCS也需要多路输入,降低木桶效应。簇间均衡,避免环流,这是必须要求的。

另外,大家比较关心的问题,电池储能系统的安全问题,无论是任何原因引起的储能系统安全问题,归根到底就是电池的热失控问题,要解决安全问题,最基本的根源问题是如何避免电池的热失控。如果热失控了,BMS、PCS和EMS之间的信息共享显得尤为重要,也就是说预警机制必须要十分健全。如何避免它的热失控?这是目前储能研究的热点,因为储能系统一旦着火了,外面的消防告警能起到多大的作用呢?

基于这个理念,我们也是把边界防护模型,比如说BMS上传上来的单体电压、单体温度、单体电流的一系列边界模型升级成多维联动模型。例如电压、电流的联动可以校验BMS,电流、SOC以及电流温度的联动可以确保电池始终工作在比较舒服的环境,一旦出现问题就要看安全决策是阻止充放电、报警通知还是监控评估。

左边是联动机制的简单示意,比如说我们设置25摄氏度,放电倍率是0.4C,到30摄氏度的时候,温升超过5度,放电倍率降到0.3C。如果35度,放电倍率降为0.15C甚至0.1C。这个时候如果温度还是降不下来,绝对是不允许温度继续上升,报过温故障,就要把这路电池切除掉,完全避免了温度的继续升高,这是联动机制简单的示意。

这个图是BMS上传上来的电压温度值,PCS根据上传的单边防护模型进行分析,温升如果在5度以内是正常的,如果超过5度认为它是有问题,就要启动联动防护模型。

这个图可以看出是PCS分析每簇电池最大的电压差,电池在500毫伏是正常的。这个图BMS上传了错误的电压信息,电压差超过60伏,显然这是不对的,但是出现这种问题就要再看它的温度是不是超了,如果温度超了,就要启动保护机制,立马把这簇切掉,如果温度正常,说明可能是BMS误报引起的,只是告警。

绝缘阻抗实时检测已经成为标配,对于具有高频隔离的PCS,比如说PCS梯次产品,可以采用梯次电池自带的绝缘阻抗检测,直接上传给PCS显示出来,也可以把PACK自带的屏蔽掉,由PCS对其检测,这种我们往往采用对地电压式的检测方法。对于非隔离型的PCS,由于共模电流等的影响,对地电压式的检测方法无法使用,我们采用信号注入式的方法。

这是现场SCU显示出来的数据,每簇电池对应一个BCU,每一路电池下面的BCU可以实时报上来它的绝缘阻抗检测值,现场也是检测出来一些绝缘阻抗的问题,大部分是线缆破损、电缆漏液,绝缘阻抗检测也是储能系统必备的,这也是非常重要的。

一旦储能系统出现问题,它的联动机制和预警系统就要完全健全,BMS、PCU、BCU、EMS要信息共享,也是为将来的泛在物联网打下基础。

大家比较关心的另外一个问题是经济问题,如何提高储能系统的收益?储能系统提高收益最简单粗暴的办法就是提升充放电容量,说得简单一点就是让电池充进去更多的电,放出来更多的电,这个时候精细化管理显得尤为重要。因为循环过程中任何一个电芯达到截止条件,整体停止充放电,如果每一个电池包都独立控制,就极大的削弱了木桶效应。

基于集控链数据链的优势,可以智能运维,运维比较简单。每一路电池独立控制可以支持不同种类电池的混用,而且方便更换和淘汰劣质电池,PCS百分之百的前维护,可以提高维护效率的同时,也方便了系统的设计,集装箱也不需要考虑PCS后部维护的问题,单独给PCS后部开门。

这是现场的数据,可以看出左图是在380伏低压侧采样,充放电容量比可以达到88%;右边的图是高压侧35kV采样,充放电效率达到85%左右,因为中间多了一级变压器,系统效率值基本上在我们的预期范围内。

这是我们在江苏做的32MWh的项目和西安6MWh用的都是相同的电池,80%DOD,每天一个循环,32MWh是多支路,6MWh是单支路,折算到每MWh的放电量,多支路比单支路提高7%以上。

以10MWh的电站容量计算,如果单度电的收益在0.65元,容量提升7%,收益也是很可观的,达到160万左右。刚才许教授也提到寿命的问题,因为电池的寿命主要跟温度、充放电倍率和重组的工艺有关,比如说电池45摄氏度相比25摄氏度的情况下,循环寿命可以降低1500次左右。如果电芯的循环寿命是5000次,组成模组,由于焊接、加热膜、木桶效应等一系列的影响,循环效率可能降为4000次,组成PACK,电池柜,寿命还会下降,加上精细化管理、多级联动让电池工作在最舒服的环境,据我们全面评估,系统寿命可以提高500次以上。提高500次的系统效率,它的收益也能达到270多万,这也是很可观的。根据储能技术的提升来提高整个储能的收益。梯次电池免去了拆包重组的费用,用梯次电池也是提高储能系统收益的一个方面。

量体裁衣,现在储能系统不同的电池、不同的应用场景、不同的方案,选择储能产品时量体裁衣显得很重要。对于梯次电池来说,我们有专注于梯次电池应用的产品,250Vdc达到满载,正常的小汽车电池都是350伏系统,电压在280到410伏,250伏能达到满载。不拆包重组进行控制,直流侧10路、12路独立控制,交流侧有3个60千瓦和2个60千瓦的不同组合。同时高频隔离也是专门为梯次电池做的。

低压产品是两级产品,多路独立控制,任何一路出现异常不影响整个系统的运行。集中式也是8路独立智能控制,直流侧也是加了一个多支路控制配电单元,内部集成的,主要的目的也是降低木桶效应。

集控链的EMS产品,有EMS-Access应用于本地系统,EMS-Branch针对于厂站级。EMS-Cloud应用于集团级控制,Express是为我们的光储产品做的。

模块产品包括6kW-60kW 的DC/DC、DC/AC产品。

这是我们的部分案例,国内储能项目超过100MWh。

储充微网是在安徽的直流微网项目,充电桩也是DC/DC充电装,有效提高系统效率。这个项目在江苏,梯次利用不拆包重组,采用标准的方案,里面三台120千瓦的PCS,每个集装箱配36个电池包,每个电池包配一个DC/DC。

移动储能车。

精石的光储产品,主要在国外应用,根据手机APP以及智能的控制模式,光储可以给负载进行供电,同时可以给电池充电,多余的电可以送到电网。如果电池没有的话只能从电网进行取电,这是具体的不同模式。

应用场景主要是通用模式,就是传统户用应用;储能模式,不允许光伏发电上到电网,只允许自发自用。光储离网系统,还有光储柴。

5kW48伏的产品,还有5kW高压版产品,标配电池额定300Vdc,范围宽至200V-800Vdc。还有10KW的高压电池产品,3相输出。

这是EMS-Express产品,主要是根据代理商、用户自己的人员情况做具体的配置。在湖北的基站、瑞士的户用系统、泰国、南非都有一年多的实验局应用,目前已经批量发货,出货量超过2000台。谢谢大家。

关键字:集控链

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