阳光电源陈志：风光储并网关键技术研讨

电网更友好，让储能系统可以实现VSG这样的功能，可以实现快速的响应调度，储能的好处就是更快，精度更高，反应更灵敏。从充电到放电，30毫秒就可以完成了，这是电力电子所带来的巨大变革。随着分布式的能源发展，随着储能的加入，我们是希望储能系统在电网有的时候也能工作，在电网没有的时候也要能工作，这也是需要我们电力电子的变流器能够去并网运行，也能离网运行。并且还要实现在这个切换过程中负荷不掉电。

——阳光电源储能事业部副总经理陈志

8月7日-8日，由华北电力大学、中国可再生能源学会主办的“第一届中国储能学术论坛暨风光储创新技术大会”在北京召开。在8月8日分论坛一“风光储创新技术专场”中，阳光电源储能事业部副总经理陈志作“风光储并网关键技术研讨”报告。

我是来自阳光电源的陈志，我经常在外面做一些报告，第一次在高校里面作报告，学术的氛围感觉更好。

今天给大家带来的题目是风光储系统的关键技术探讨，主要分为这三块。风光储系统典型解决方案，风光储系统集成设计的关键技术，以及阳光电源的储能业务布局。我的重点应该在第二部分。

我们知道风电也好，光伏也好，它的随机性、波动性和间歇性是大家一直争议的特点，给大规模的可再生能源并网带来了非常多的一些问题。但是我们知道国家能源的变革必然是可再生能源要代替传统能源，怎么办?实际上技术的手段是有的，储能就是支撑可再生能源并网的关键支撑技术之一。我们这里聚焦的是电化学储能领域，一个光伏电站也好，一个风力发电厂也好，怎么去装储能?方案很简单，刚才东北电力大学的李教授也说了，他们做了一些研究在风电场，可以把储能装在哪?放在单台风机的下面。下面主流的做法，把它装到光伏电站或者风电场的十千伏侧，属于集中放置，它的优点可以集中存储，集中布置，统一管理。在实际的工程和经验当中，我们还有把储能系统放在低压侧，放在风电的变流器的低压侧或者交流低压侧，这样的话，是和单个风机或单台光伏逆变器配合，主要和分布式电源结合的比较多。其实还有一种设计方案，我们把储能系统放在直流侧，现在在光伏上面是已经比较成熟了。我们知道主件发出来的是直流的，通过DCDC的装换装置，放在直流侧，这样转换效率会大大提升，省去了单独安装PCS的环节。我们做了很多案例，运行效果也是非常好。

我们知道风电也有直流，通过整流以后再逆变。我们现在在研究，把储能安装在风电的直流侧，对风机的变流系统可能要做一些改造。我们正在处于研发阶段，典型的储能系统怎么去配?其实每个项目都不一样。储能分两部分，一个是功率，一个是容量。我们是要根据我们的目标去进行整个系统的设计，我是希望风电平滑还是希望把光伏白天的电移到晚上去用，平滑需要配置多少功率，能量要配置多少能量，根据我们目标，可以把它设计出来。现在很多国家政策要求配储能10%、15%、20%，是根据我们希望达到的目标去做的。有时候我们希望实现风电的平滑，可能就配百分之十几的储能，储能的容量也就十几分钟就够了，是根据我们的目标进行系统的合理配置。现在的储能系统基本采用集装箱的安装方式，这个基本上大家也都是这么做的。

第二部分主要介绍一下储能系统的集成，因为现在整个行业大家基本上都各做各的，什么意思呢?包括肖教授在研究逆变器，电池企业主要是研究电池。这两年我们发现集成里面有非常多的关键点需要我们去关注。我们阳光电源主要是以电力电子这样一个技术起家的，我们主要为我们的客户提供光伏逆变、风机变流这样一些关键设备。储能的变流器和我们光伏变流器在拓扑结构上是非常类似的，我们做这个储能产业布局已经有十几年的时间了，在2015年我们阳光电源和韩国三星成立了一家合资公司，韩国三星旗下有一家叫三星SDI，是全球最大的三元电池的生产商。和三星结合以后，我们从15年开始正式进军储能系统集成这样一个领域，我们公司根据系统集成，也进行了相关的资源整合。成立了相关的集成的研发团队，目前我们在全球的能源案例有超过800多个，应用在各种储能相关领域。

系统集成我们干什么?其实就是这四点，高集成、高安全、高效率、更智慧。我们所有的系统集成就围绕这“三高一更”去努力。集成度很高，现在大家也都是这么做的，实际上把这些零散的单元设备放到集装箱里面去，整个集成，不是像搭积木一样放进去就行了，是需要整个公司从你的研发、设计、生产、制造一直到检验，每个环节都会有标准支撑。比如我们现在的集装箱系统已经做到三兆瓦了，我们针对三兆瓦的逆变器也有，电池也有，这样一个高度集成的储能系统怎么去检验它?你有相关的检测手段，我们公司有大型的高功率的并网容量的检测，还有大容量的检测室，后面可以做一些详细的介绍。

总之，我们要把整个系统当成一个产品去考虑，围绕整个系统，出一系列的技术参数，围绕这些技术参数去验证整个系统是否能满足我们的要求。刚才肖教授介绍了很多，其实我们差不多也是这么做的，高效率、体积更小、高功率密度。几年前，十年前一台500千瓦的PCS有多大呢?宽度大概2.8米，现在我们相同功率的500千瓦的PCS面积有多大呢?大概只有一米，一米大概两个空调并在一起，它的整个体积大大所缩减。带来什么好处呢?成本降低，施工成本、安装运输、运维成本会大幅降低的。十年间，光伏系统从以前40块钱一瓦现在降到四块钱不到一瓦。电网更友好，让储能系统可以实现VSG这样的功能，可以实现快速的响应调度，储能的好处就是更快，精度更高，反应更灵敏。从充电到放电，30毫秒就可以完成了，这是电力电子所带来的巨大变革。随着分布式的能源发展，随着储能的加入，我们是希望这个系统在电网有的时候也能工作，在电网没有的时候也要能工作，这也是需要我们电力电子的变流器能够去并网运行，也能离网运行。并且还要实现在这个切换过程中负荷不掉电。

电池这块，刚才曾总介绍了，因为我们本身不生产电芯，我们是一家集成商，我们怎么去选择电芯?现在有国家标准，我们有阳光的标准，我们优于国家的标准去选择我们的电芯合作伙伴，包括耐压等级上我们远远高于国标去选择电芯。我们知道电池是有木桶效应的，集成以后，整个系统的寿命能够达到6000次的循环寿命。后面的电池模块，电池簇，是我们进行研发和组装的。我们的模块设计采用小模块，比较细长，单位个模块的重量大概在40公斤左右。不像一个大的抽屉式的模块，我见过最大的有120-150公斤，整个安装，包括电芯损坏以后的运维将带来很大的困难。高的有两米高，一个150公斤的模块怎么去更换。整个储能系统我们做到1500伏，耐压等级升高，一个储能系统要运行十几年，绝缘一定会老化的，我们提高绝缘的设计，是为了在整个生命周期内它的绝缘会更加安全。整个系统我后面会详细介绍，怎么去管理这个系统。

首先是电池的BMS的管理，大家也都这么做的，三级BMS、四级BMS。电池的保护化整个储能系统的运行依靠我们这些传感器进行数据的采集，通过高精度的数据采集，我们判断电子是否出问题。通过高精度的数据采集，我会计算出电池的这样一些数值，来便于整个系统的智能化的运行。计算出来，SOC的精度小于3%，SOH的精度小于5%。整个储能系统从直流侧到交流侧，在每个直流环节都增加了快速的熔断机制。保证在任何一点发生短路，它都可以分级的熔断，可以实现直流侧逐级的保护。BM是电池模块，BC是电池簇，我们都安装了相关的保护单元和控制电路，可以实现整个直流回路的全方位的保护。

五级联动，这是非常关键的一点。刚才我说了，厂家各自为政，好像都没问题，从逆变器的角度，从电池的角度，我的逻辑都是没问题的，但是整个系统放在一起就可能有问题。去年大家都在说韩国的那个事故，我们也是非常关注，6月份韩国官方发布了一个研究报告，国内也都看到了。我们不去探讨它的四个原因当中的第一点，第一点可能避重就轻，说电芯没有问题，我们不去管它。它的第二点、第三点、第四点是非常值得我们去研究的，特别是第四点，它的各个单元之间的保护逻辑和配合出现了问题，它电池优先保护电芯，在电芯侧发现直流短路的时候，这个时候优先把电池侧的开关断开以后，并没有把故障的信息传递到我的逆变器侧。储能逆变器检测是正常的，但他那边已经断开了，储能逆变器还在工作，逆变器不断给故障点发波，导致了故障不断蔓延。这样的问题如果我们阳光电源来说是没问题，因为联动保护从我们最开始系统设计的时候就已经考虑到了。我们目前出口到全球几百兆瓦的储能系统，还没有因为这样的事故出现问题的。

还有一些其他的防护措施，包括集装箱的防水、防尘、防腐、阻燃等等设计。整个集装箱样板有15级飓风带来变形的要求，这个非常重要，在长途运输过程中，整个集装箱重量是不均匀的，包括我们的安装吊装过程中，特别是我们的地基不平，导致集装箱变形的机会是非常大的。很小的变形，大家觉得没什么关系，实际上很小的变形可能会导致电池架的委屈，会导致电池和电池之间的挤压，给安全带来非常大的隐患。在电机方面，防雷设计，前两天我带着客户到我们厂去参观，非常有意思。我们公司有一个超大的实验室，这个实验室可以把整个集装箱推进去做辐射和传导的测试，出来以后，突然听到砰的一声，是我们雷电实验室在做试验，我们当场模拟雷电，我们把雷电发生在我们整个储能系统不同的环节，来检测我们的防雷标准是否满足系统的要求。大家有机会可以看看我们的实验室。

这是比较难的一点，也是最为重要的一点。整个系统的热设计和热管理，不是装两个空调放在里面就行了。我们的PACK设计不太一样，在PACK前面有一个小风扇，风扇的作用是进行导流的，整个风道设计，是把风吹到电池的背后，通过PIAK有一个风扇的引流，把热风带到我们集装箱的中间，中间再从我们的空调回风口排到集装箱的外部。我们的PACK里面有12个电芯，我们要达到温差不超过3摄氏度。包括集装箱内部在温差偏差5度的范围，要保证几千只电芯温度温差不超过5摄氏度。这样就要保证系统的安全和电池的一致性，电池一致性的管理是最难的。除了本身的BMS均衡以外，整个系统环境的设计尤为重要。

消防也是非常重要的一点，着火非常多，大家现在把消防提到一个非常高的地位。我们想遵循的原则还是预防为主，防消结合这样的方案。预防怎么做?安全是设计出来的，在消防大家都是用七氟丙烷，我们是在海外逐步已经开始用511这种消防介质，我们出口到澳洲和日本的一些储能系统已经在使用5112，但是基于我们国家的消防的条件，5112在中国的使用还是会有一些限制。我们的整个消防的设计是和中国一个大学，他有全国唯一一个火灾重点实验室，我们和他进行安全设计。我们提出来叫基于火灾动力学的消防方案，来进行科学的电池热失控的检测，快速的进行灭火。

高效率，刚才肖教授也在说，系统效率现在都已经很高了，平均水平都在98%以上。我们说的PCS的效率，但是我们现在能把PCS的效率提升到90%，再往上提升，投入很多，但是带来的效果并不很明显。整个系统我们要进行合理的布局，包括其他的外围的设备也要进行合理的设计，让空调的损耗，让线缆的损耗降到最低。在进行均衡设计的时候，我们知道逆变器和电池的安装，逆变器一般安装在电池的一侧，必然有电池接到逆变器的直流侧，必然有远，也有近。我们以前怎么做的?这是我们成本高的一个原因，我们在坚持做。最近的那一块要盘线的，要把最近这一组电池接到逆变器的直流侧的线缆要盘的和最远的一样长，让整个系统相对阻抗均衡，保证整个电池系统的均衡。现在我们可以做到整个储能系统往返效率在90%，如果放电倍率更低的话，也可以提升它的效率。

更智能，做一些全方位的智能监控和管理。我们在每个集装箱内部都安装了本地的智能控制器，它可以收集整个集装箱内所有的智能设备的所有信息，可以和本地的单元、上层的控制和运维系统进行联动，也满足调度的接口要求和调度的通信协议的要求。我的整个集装箱交付到现场以后，对外的智能接口就一个稳定控制器。包括数据的传输和系统的运维管理，我们通过加装本地控制器，在里面可以实现数据的采集、均衡的管理。这里我想提的是我们可以做到储能子系统的均衡管理，什么意思呢?一个大型储能系统是分单元的，分模块的，每个模块是以一台PCS为基础。假如一个两兆瓦的系统，我用四台五百千瓦的PCS，整个系统的子系统认为是四个子单元。我们本地控制器可以实现这四个子单元之间的均衡，自主的为为四台进行均衡，让电池保持均衡，从而让循环寿命达到最大化。

我们的一些EMS的控制算法，有储能的地方就需要EMS。电池本身该充多少电，怎么充电，和光伏怎么配合，和风电怎么配合，都需要一套EMS进行综合的管理。我们的EMS可以适应不同的应用场景，和光伏、风电、负荷、微电网等等，自发自用，削峰填谷，所有的控制策略都在里面。

故障定位，这是最基本的一些功能要求。因为整个储能系统电芯非常多，故障点非常多，所以快速的故障定位，可以提高我们的系统修复的时间，也降低我们的系统故障所带来的经济损失。

我们有一套基于阿里云的智能管理系统，可以进行大数据的管理，可以进行远程的运维。包括手机的APP，这些对一些大用户比较有价值。因为我的光伏，我的风电，我的储能系统可能遍布全国，甚至遍布全球，怎么进行统一的集中管理，需要这样一套软件。

最后做一点广告，阳光电源我们97年成立，22年一直致力于在可再生能源领域成为电力电子全球的优秀企业。目前，我们营收超过100个亿，员工大概3500人，我们的主营业务主要是在光伏之风电、储能还有和光伏风电相关的领域，我们叫两个协同，一个叫市场协同，一个叫技术协同。市场协同，就是在可再生能源这个领域里面，技术协同就是我们的电力电子技术，也衍生了一些其他业务。在全球我们连续四年全球第一，自从有排名以来，我们就一直是第一。我们的产品出口到全球60多个国家和地区，全球的装机量突破80个GW。在储能系统我们可以提供全方位的“交钥匙”的工程，这是我们的储能工厂在合肥，欢迎大家来参观考察。

我们在系统集成领域连续三年排名第一，在全球我们做过800多个项目，积累了非常多的经验，也吸取了非常多的教训。风电+储能的系统，它主要是分析在不同的风电限电条件下，如何去进行能量的搬移，包括风电的平滑输出，它这个储能配置是按照15%的功率，2个小时来进行配置的。这是光伏和储能结合的项目，这是我们在美国光储结合的一个项目。我们在日本做过一个光储结合的项目，日本很有意思，他是限制交流侧的容量，一个50千瓦的分布式光伏发电，他配了多少组件呢?配了750千瓦的组件，配置了1.1兆瓦时的储能，从而实现了24小时的连续稳定的供电。这是德国的一个独立调频的项目，海外的调频项目比较多，主要是像美国、欧洲它的电力辅助服务市场是比较成熟的。包括刚才李教授讲的，因为我们的分享机制还没有，调频的电价也没有，所以为我们国家的辅助服务，储能系统进入电网进行辅助服务，设置了这样一个门槛。我的报告就到这里。谢谢!