储能技术在不同领域的应用

01公司简介PCS能量转换系统应用案例分析储能行业现状020304储能行业现状第一部分储能行业概述储能—大电网克服扩容难题，实现功率平衡电网综合负载率偏低，负荷峰谷差扩大，调峰难度增大，电网扩容解决上述问题成本高、难度大。电网调峰、系统备用容量克服大规模可再生能源接入难题（风能、太阳能）波动性大、随机性强，影响了新能源接入电网的能力。随着穿透比例的提高，新能源并网威胁到电网安全稳定运行。平滑功率、改善发电质量、提高系统稳定性储能—配网、微网克服电动汽车充电的负荷冲击电动汽车在快速充电过程中功率瞬间突变很大，充电桩直接接入电网将对电网造成的随机性负荷冲击，影响电网电能质量以及安全稳定。调节电网中的过负荷冲击。应对微网对于电能存储的要求：保证供电品质,实现电压快速补偿；保障供电可靠性,不间断供电；提高新能源发电并网性能,平抑发电输出功率的间歇性和波动性；提高电能利用效率的优化能量管理。储能系统在各个环节的作用削弱新能源的波动性对系统的影响，减少弃能，提 高可再生能源的利用率和经济性。储存的能量可以作为一种备用电源，随时供电网调度，由此也减少常规发电的备用量和提高它们的效率，提高系统的调节范围。为电网提供调峰和调频辅助服务，可优化潮流，减 轻线路过负荷和功率堵塞，优化线路和网络的损耗可用作电网的紧急事故备用电源或黑启动电源推迟新的线路建设和投运时间。发电侧输电侧储能系统在各个环节的作用

储能装置是保持独立系统或微电网安全稳定运行不可或缺的配备之一。

主动配电网必要的调节手段之一，可以提高配网的消纳能力，提升分布式能源的电能质量水平。

可移动式储能装置，可以作为备用电源快速地将储能装置运送到停电区域并接入网。配电侧用户利用储能装置和分时电价，改变用电习惯以降低电费。有些需要高可靠性的用户储能装置作为备用电源稳定生产。电动汽车内储存的电能在电网需要时返回到电网中并获利。储能系统还可用于家庭和楼宇的能量管理系统。用电侧储能系统在各个环节的作用储能系统的形式高温、低温超导实验室阶段超级电容已经进入工程应用工程受制于自然条件效率在30%-77%之间飞轮自耗较大工程应用最广泛机械储能：弹性储能，液压储能，抽水储能，压缩空气储能，飞轮储能电化学储能：铅酸电池，液流电池，钠硫电池，锂离子电池化学储能：氢能，燃料电池电磁储能：超导储能，超级电容储能国内电池技术发展寿命较2010

年提高了近3

倍，但成本降低了近一半不同类型电池成本下降趋势不同类型电池使用寿命变化趋势国内电池技术发展储能行业政策战略规划：《国民经济和社会发展第十三个五年规划纲要》将储能列入重大工程之一。《关于促进储能技术与产业发展的指导意见》做出了全面部署山东、山西、广东（调频）、福建（调峰）、内蒙、甘肃、宁夏（调峰调频）等七省给出利好支撑政策技术创新：《2016-2030年新能源技术革命创新行动计划》将储能技术创新列入重大任务之一。示范工程应用：三部委批复的新能源微网示范项目拟全部配套储能，总容量达到15万千瓦。2018年新增电化学储能累计装机712.7MW。2018年，中国累计投运储能项目规模为1018.5MW/2912.3MWh，是2017年累计总规模的2.6倍；发展趋势：网侧需求和工商业用户扩容调峰为主，新能源+储能为主战场，海外以欧洲，澳洲为主。行业主要任务还是要降低电池组的成本，进而降低系统集成的成本。PCS能量转换系统第二部分主流PCS技术现状1988年美国加州建成10MW*4h的铅酸电池储能系统，主要作用是系统热备用、平衡负荷、电能质量控制。采用多重化的主电路拓扑，开关器件采用的是GTO，开关频率低，波形差。ACACACACAC功率变换器功率变换器功率变换器功率变换器功率变换器DCDCDCDCDC电池组1电池组2电池组3电池组n-1电池组n380V电网升压变压器低压并联汇集升压方案目前应用最广泛的储能系统

接入方案，技术成熟，PCS以低压储能系统DC/AC为基础,在低压侧构建公共交

流母线，汇集升压接入电网。主流PCS技术现状CS1S2S3S4S5S6A

phaseB

phaseC

phase主流PCS技术现状S1S2S3S4S5S6S7S8S9S10S11S12A

phaseB

phaseCphaseC1C2主流PCS技术现状三电平拓扑可以将输出电压提高，也可以将母线电压升至一个较高的水平，有效的改善输出电能质量和波形。该拓扑可以灵活的适应于交流电网或者直流系统。主流PCS技术现状低压PCS的单机功率不可能太大，故而在实际的工程中不可避免的使用多机或多模块并联使用。多机协调控制难度大，导致通讯架构繁杂；多机并联的形式易产生环流问题。低压PCS输出一般采用LCL滤波或

LC滤波，多台变流器与电网间产生关联耦合，形成复杂的高阶电路，易产生谐振等不稳定现象。基于MMC模块化多电平PCS系统，最大优势在于它的公共直流母线，若有直流电网接入储能需求，这种储能系统更为适用，但目前大规模储能建设对公共直流母线需求较小。目前并不是最合适的一种方案。SM1SM2...SMNSM1SM2...SMNSM1SM2...SMNSM1SM2...SMNSM1SM2...SMNSM1SM2...SMNO-+UdcT1T2T3T4-+Uc+-UdUaUbUca相b相c相桥臂单元子模块单元桥臂电抗器主流PCS技术现状高压级联直挂型储能系统以H桥结构与电池组集成的功率单元，通过级联方式满足高压大容量的需求，可以直接接入电网，系统效率大大提升。主流PCS技术现状基于H桥级联的储能PCS无公共直流母线，虽只能用于交流电网，特别是调频应用，现阶段是最优化的PCS技术方案，容量越大的电站，级联式的PCS越有优势，效率也就越高。级联式SVG级联式PCS主流PCS技术现状eCeBiCiBiAeAClH-bridgeParalleled

LV-sideSub

moduleDC

busPhase

BPhase

CCaseaded

HV-sideChN低压储能电池系统DAB隔离H桥级联系统优势：①继承H桥级联输出特性；②构建储能低压电池系统；劣势：①采用隔离型DAB，转换效率低；②开关器件增多，潜在故障点增多；国内主流PCS技术现状斩Phase波A系统①调度响应一致性好；②调度响应速率快；③电能转换效率高，大于98%；④具备冗余功能；⑤具备高容错运行能力国内主流PCS技术现状国内主流PCS技术现状应用案例实践第三部分低温超导储能PCS-2011年10kV/0.5

MVA/1

MJ

低温超导储能系统低温超导储能PCS2011年，0.5MVA/10kV多重化拓扑结构的PCS安装在甘肃省白银市高新技术开发区内的超导变电站内。大量的非线性用电设备接入系统，产生大量谐波和电压闪变，该SMES采用与电网并联连接的方式，对下游负载的谐波、无功和有功功率波动进行补偿，同时实现了有源滤波、无功补偿和有功平滑的功能。低温超导储能PCS继2011年的甘肃白银超导项目成功，2016年10月11日，再次由新风光电子科技股份有限公司参与研发的“超导储能-限流功率调节系统”顺利通过由中国西电电气股份有限公司和中国科学院电工所组织的国家863计划课题专家组的现场技术验收。孤网发电机储能方案-2017年在石油钻井现场电容储能装置与钻井发电机配合供电，实现在钻井重载时补充电能、轻载时储存电能的作用。型号FG-ESC-250/600额定电压400V~820V充电时间(最短时间)6s充电时间(系统设定时间)0-100s额定并网回馈电压600V

AC三相四线电网电压范围（LVRT）AC600±15%额定并网容量250kW（

1.5

倍过载）额定并网频率50Hz±2.5hZ回馈功率精度±2%回馈频率精度±1%允许电网频率47~52Hz功率因数≥0.98过载能力120%：60S150%：3S谐波THD<2%动态响应时间（

-100%-100%）≤100ms孤岛发电机储能方案负载快速变化发电机加载过蓝：发电机电流红：负载电流绿：变流器电流，充放电实验波形程实验波形负载快速卸载，充电实验波形单元功率

2

0

k

W

\

5

0

k

W整机功率

5

0

k

W

-

6

3

0

k

W电压等级

400V

-

8

2

0

V

d

c400V

-

6

9

0

V

a

c地铁牵引站能量分布增加运营成本，直接发热耗能，无法节能；量而产生的热量，耗电增加；热量聚集增加隧道、洞室热量；加大通风增加环控系统散热功率来耗散这些热量电制动能量约40%被列车利用，其余的制动能量都被车载电阻消耗掉。轨道交通行业的储能应用方案-2018年400V1500V35kV220kV综合控制能源浪费SVG需要增大通风以解决车载电阻因吸收制动能逆变吸收有源滤波 变频控制双向变粉流尘增加，破储坏能绝缘装；置地铁能量吸收方式列车电制动再生能量处理方式主要有以下几种吸收方式：序号再生能量吸收方式特点1电阻耗能把列车电制动再生能量通过电阻转换为热能，释放到隧道或者风道管井2逆变回馈把列车电制动再生能量通过逆变回馈装置送到35kV环网、10kV环网或者400V网络3SC电容储能把列车电制动再生能量通过变流器储存到超级电容，列车启动时再把超级电容储存的电能输送到直流接触网三电平PCS变流器单元功率

2

5

0

k

W

\

5

0

0

k

W整机功率

2

0

0

k

W

-

5

0

0

0

k

W电压等级

750

-

3

0

0

0

V

d

c镇江电网侧储能项目总体建设规模为101MW/202MWh，是迄今已建成的世界规模最大、功能最全的电网侧储能电站项目，采用磷酸铁锂电池作为储能介质，具有安全可靠性强、能量密度高、充放电速率快、