吴俊勇：面向储能电站的大功率储能变流器技术创新与示范应用

5月19日至21日，“第八届中国国际储能大会”在深圳隆重召开， 来自中国、美国、德国、英国、加拿大、西班牙、日本、韩国、澳大利亚等国和地区1500余位政府机构、科研院所、行业组织、电力公司、新能源项目单位、系统集成商等代表出席本次大会。

江苏威凡储能技术研究院有限公司首席副总吴俊勇教授，发表了题为“面向储能电站的大功率储能技术创新与示范应用”的精彩演讲。

演讲内容如下：

吴俊勇：

我想从几个方向汇报：储能产业背景、大功率储能变流器技术优势、示范工程、公司简介和系列产品，最后是一个总结。

这两天很多专家对储能产业的背景做了很多的介绍，我就简单讲讲。

这是一个政策背景，从2017年开始到2018年过了都非常重视储能，成为了一个新的经济增长点，在十三五期间各种储能开始商业化的初期的应用，在十四五期间要得到广泛的应用，并且形成规模化的发展。中关村储能联盟进行了一些统计，对德国、美国、中国等7个国家2016年新增的电化学储能市场的规模进行了统计，占到了市场的97%，几乎是占了全世界所有的市场规模，而且装机容量，预测2020年达到14GW，亚太地区是发展电化学储能最大的地区，现在主要的供应商包括LG、ABB和三星电子都有布局。目前我们国家装机容量最高的是锂离子电池，主要应用在可再生能源并网发电、微网等领域，年投资规模达到280到460亿。根据2016年的储能产业报告预测，现在处于一个示范应用阶段，到2030年将会达到一个普及的情况。

储能方式有很多，有物理储能、电化学储能、电磁储能，其中电化学储能规模是最大的，也是主要攻关的方向。在储能里面有两类，一类是能量型储能，一类是功率型储能，能量型储能能量密度比较高，主要应用移峰填谷。功率型新能源主要用于系统调频。这些方面前面大家都有介绍，我就简单讲讲。

下面讲讲大功率变流储能的技术优势。现在的储能分类有分布式的，也有集中式的。由于电力电子器件的性能限制，现有结构，单台储能装置功率不超过500KW。以张北风光储输示范工程来讲，它是23MW/95MWh的，用了46台PCS。用分布式的储能系统解决大容量的储能问题，这个思路是有问题的，它占地面积大，控制复杂、协调困难，输出电压低，通过多级变压器来做，无功损耗大，效率低。多机并联还存在一个强迫谐振的危险。在电力电子密度非常高的应用系统里面，它们的频率都是一样的，如果在数量达到了一定的情况以后，和系统的短路容量比较弱的情况下，可能会产生系统的强迫谐振，造成系统的谐振停机，这是大功率、大容量储能的瓶颈。

我们从2013年开始就在研究一种新型的链式的结构，我们和智光是有一定区别的，我们在直流侧采用了隔离变压器进行隔离，把电池和PCS隔离开来，电池是1000V以下，600到850V的低压直流，直接接入系统是7KV到35KV，省去了多台并网变压器，进一步降低装置成本。采用链式的DC/AC的变换器，实现高压直挂隔离型的大功率储能变流器，它实现了集中式大功率储能，彻底突破技术瓶颈，实现大容量变流器高压直挂，而且它能够多电平输出，PQ解耦控制，改善电能质量。通过多个H桥的级联，可以使装置直接进入高压电网，省去了多台并网变压器，我虽然多了一个变频的环节，但是我的成本能做到和现在500KW的变频器至少和它打平。还有一个是隔离型全桥DC/DC使电池和高压侧完全隔离，确保了电池的绝对安全。还有一个是这个装置能实现集中控制，整个系统的调节范围非常大，响应速度能够达到毫秒级。整个系统能实现四象限运行，有功无功都可以独立调整，可以一机两用，可以用于有功调整，也可以用于无功调整。

这是我们开发的第二代产品，专门面向单台容量5兆瓦的变流器，它的所有控制系统我们全部换了，去年10月已经在实验室并网成功，研发了新的储能变流器的模块，扩展性强，高集成度的装置，实现了大容量储能变流器的模块化、高继承化。

我们也在做高压直挂非隔离型储能，现在我们做的样机是直挂35KV，可以直接参与系统的调频。这种集中式和分布式的比较，集中式的没有升压变压器，效率比较高，成本相对比较低，而且它的集中控制，控制难度比较小，它既可以做储能系统，也可以做无功补偿，占地面积中等，响应速度也比较快。

我们这样一个项目已经有了示范工程。我们和京能集团联合开发，给他们开发了1MW的储能变流器，这是在京能集团的延庆八达岭30WM光伏电站投入使用的，2016年9月份通过了工业验收，如果有兴趣的可以去那里参观，我可以帮你们联系。这是跟系统直接并联运行的，挂入了35KV的系统，这是第一台，功率是1MW，容量是1MWH，单链采用9链的方式，这是国内首台隔离型的高压直挂的技术路线，并且正式投入的兆瓦级的储能变流器，它使单台的储能变流器的容量达到兆瓦级和数十兆瓦级，成为未来大功率容量储能电站的首选技术，属国内首创，达到了世界先进水平。(见PPT)左边这个图是我们打开之后的内部结构图，右边是变流器加上电池的现场照片。

2017年4月份我们也请电科院的周孝信院士、汤广福院士给我们做了成果鉴定，我们这种兆瓦级大容量统一功率调节装置填补了国内空白，为大规模储能电站和能源互联网建设提供了有效的解决方案，整体水平处于国际先进水平，其中SOC均衡控制技术达到了国内领先技术水平。我们这方面也有专利技术，也有他们的鉴定意见证书。

下面介绍一下我们公司。我们经过技术转移成立了威凡储能技术公司，这个公司主要是在威凡高科的基础上，专注于研究储能产品及其系统的集成，我们主营从低压到高压、从能量型到功率型的各种储能系统，单机容量从1MW到10WM，适应各种场景的储能变流器产品，包括产品的设计、研发、制造、系统集成、售后和咨询服务。我们这个企业是中国电源学会电能质量专业委员会委员单位，设有院士工作站、博士后工作站、属于江苏省高新技术系统，拥有自主知识产权206项，我们也获得了3C产品的认证，包括国际质量管理体系的认证。

我们的应用领域有几个方面，我们目标市场是光伏和可再生能源的并网，还有电力系统调频辅助服务、电动汽车相关应用、需求侧管理和微电网。典型的客户，大型风电场和光伏电站、大型发电企业、国家电网和南方电网，大型汽车充换电站业主、大型用电企业、售电公司。我们的风电、光伏装机早就是世界第一了，但是我们的弃风、弃光、弃水也是世界第一，所以储能的意义和责任就在这里，我们要更多的利用清洁能源，虽然光伏、风电是清洁能源，但是弃电非常大，所以我们必须要加储能。现在风电、光伏都是野马，能力很大，桀骜不驯，我们加上储能，就是给它加上一个鞍，让它能为我们所用，装上储能，就可以显著降低弃风、弃光，提高经济效益。截止2017年底，中国可再生能源发电装机达到6.5亿千瓦，若按装机容量的10%配套储能装置，按照1瓦5毛钱算变流器，光这个变流器的市场就有300多亿。而风电、光伏可再生能源的并网应用，只是储能的一个应用而已，包括调频、调非、需求侧响应与微电网，电动汽车充换电站等等，这又是几百亿的市场，所以未来商机无限，今天这么多人在这里，大家也是看到了这个商机。

我们的产品定位，核心技术是5兆瓦以上高压直挂链式隔离和非隔离的储能变流器，它可以和不同类型的储能电池进行配套，构造典型的应用场景的功率型和能量型的配套技术，目的是以核心技术为依托，瞄准各种典型储能应用场景，生产从低压到高压、从单台容量0.5MW到10MW、从能量型到功率型的系列变流器产品，形成大型储能系统综合设计与系统集成能力。功率型储能系统是用于点了市场的调频、调峰等辅助服务、可再生能源电厂并网、后备电源等等方面，它是超级电容、锂离子电容、锂电池加上功率型储能变流器(非隔离式)组成。能量型储能系统是由锂电池、铅炭电池电池、全钒液流电池加能量型储能变流器(隔离式)组成，可用于移峰填谷、减少弃风、弃光、用户侧需求响应等。还有动力电池的梯次化利用，可以变废为宝，延长动力电池的产业链。

我们的产品线有三条，一是高压直挂非隔离的，直挂35千伏5兆瓦，最大效率可以做到98%，可靠性方面，因为体积比较大，我们要让它达到99.9%。隔离型，我们现在正在研究单台容量10兆瓦的，如果有10兆瓦了，我就是世界第一的，能够把电站容量做到最大，最大小能做到96%，因为我有高压隔离变频器。针对一些应用的场景，功率型的电池配备的是调峰、需求响应。如果是能量电池就是各种移峰填谷和梯次利用。并且我们也生产500千伏以下的应用，它支持6台以内并联运行，它在微电网、移动式等等方面进行应用。

我们企业秉承厚德载物的理念，牢记始于客户需求、终于客户满意的服务理念，为客户专业提供全系列储能变流器产品及系统设计、研发、制造、系统集成、售后和咨询服务，矢志打造具有国际领先水平5兆瓦级以上的直挂大容量储能系统，以总前沿的技术、最优质的产品和最周到的服务回馈用户，为储能行业的发展和社会科技进步贡献价值。