负荷动态自动跟踪平衡型储能系统设计方案介绍

现在大多数参与储能电站的公司，事实上是很狭隘的：一是仅仅看到了峰谷差价这一个收益点，二是一味的通过招标压低电池和配套设备的价格，各个公司大同小异毫无技术创意，这种仅靠客户关系和压低价格的低水平竞争，不仅使储能电站的投资收益越来越低，而且很难提高用户进行储能电站建设的积极性，甚至阻碍了储能电站的技术进步和发展。

我们首先在2013年提出了利用峰谷差电价进行局部电网节能改造，将低价时段的电能储存起来，转移到高价时段输出给用户使用，从而取得收益的设想。

当时我们就指出：

1、储能电池的资金投入将是利用峰谷差电价进行储能节能改造项目的最大成本支出;

2、由于储能电站输出的交流电是逆变所产生的，而且在电池充电环节使用了整流电路，所以储能电站既向电网回馈了大量的诸如谐波等的畸形电能，同时向用户的下游用电设备输出的也是含有大量诸如谐波等畸形电能的劣质电能。而治理畸形电能的电力电子装置，不仅成本高，而且故障率高，更不可取的是现有的治理方法大多是将谐波滤除，这就白白浪费了很多的电能，进一步降低了储能电站的投资收益;

3、目前在用的低压局域电网，大多数自身就有着一些的需要通过改造解决的缺陷：诸如三相不平衡、无功较高、谐波超标等等。利用峰谷差电价进行储能节能改造，不但不能将新的缺陷叠加到用户的局域电网，还应该通过储能电站的技术条件改造掉用户局域电网原有的缺陷。

不管是从几何学还是从物理学，我们都知道：三点才能形成一个平面。上面所提出的三个问题，就是支撑起储能电站这一平台的三个“点”。

当下储能行业的思索与见解：

1、纵观目前储能行业的项目方案，笔者发现几乎所有的储能企业设计系统时都采用PCS来进行充放电，PCS在工作过程中实现了“充放一机”的同时，PCS也变成了一个“半在线”的单向导通的非循环电路;这种单向导通的系统，是否对实现能源互联、微网、局域网提供可靠的帮助?

2、由于PCS的使用，传统的储能系统就变成了一个超大的“充电宝”，定时、定况的设计理念局限了储能系统的灵活性，使得“储能+EPS/UPS”成为备选方案;

3、笔者多次跟北京的售电公司及用户侧托管公司沟通发现，现下，售电公司、电力托管公司及用户，更倾向于找到“一种完整的用户侧解决方案”，笔者认为该解决方案才是真正的客户需求;

4、笔者曾在2015年，大胆的提出过一种方案：用储能系统替换APF、SVG和SVC，“将电路中的高次谐波回收，通过变流器存储进系统装置里，再重新使用到电路里，将谐波变废为宝;

综上所述，笔者提出了负荷动态自动跟踪平衡型储能系统，详情如下：

设计思路：

1、以整体电路为出发点，将三项平衡、系统优化及储能糅合到一起;

2、将均衡满充考虑进去，针对电芯一致性、电芯寿命、电芯出力等因素，提出解决方案;

3、实现系统自支撑(亦可称自增益)，提高供电时间、电量输出;

4、优化电能质量，采用各设备之间的匹配性，“用功能匹配实现智慧的动态跟踪;

5、适用于多种场景，园区、大工业、商业综合体、写字楼、医院、学校、数据中心、科研单位等。

“负荷动态自动跟踪平衡型”储能系统流程图(方框图)：

注：各部分功能(红色数字的是自有核心技术).

负荷动态自动跟踪平衡型储能系统关键部分说明:

1、 变压器： 6KV或10KV通过高压开关柜接到变压器的一次侧，变压器的二次侧输出负载正常运行所需的低压电(一般为线电压380V、相电压220V);

2、 开关柜： 为低压控制柜，有三个功能，

a、控制向负载的工频正常供电;

b、控制向“3、三相平衡变压器”的供电;

c、控制由“图中7、平衡器”输过来的储能电能，与工频电能并联向负载的供电;

3、 平衡变压器。 具有两个功能：

a、将工频电压变换为电池组充电所需电压;

b、抑制谐波的产生，减少无功。与现有技术的APF、SVG和SVC相比，不仅成本比较低，而且是非电力电子装置，运行状态为静态运行，基本无故障，除了可以减少APF、SVG和SVC等电力电子装置运行所需的高额的运维费用以外，还从根本上避免了电力电子装置运行故障对用户正常用电的不良影响。关于电能质量：现有技术对电能质量的治理是将已经产生的谐波等虑除，这就必然浪费了一部分电能，减少了储能电站的收益;而平衡变压器是抑制(避免)谐波等的产生，它的机理不是虑除，所以基本没有电能的浪费，所以采用平衡技术解决电能质量问题与采用现有技术的治理方式，至少可以从三个方面大大提高储能电站的收益：一、基本没有运维费用;二、不会因为发生故障而影响用电;三、将原来需要治理的谐波等畸形电能直接提供给下游用电单位使用，不产生任何形式的浪费。

4、整流器和充电系统： 与目前通常采用的双向变流器相比，成本有所增加，但是通过对电池矩阵的充电的个性化管理，一方面可以使储能电池矩阵的储能量增加20%左右，也可以理解为：可以减少电池安装数量的20%左右，由于储能电池的成本是储能电站的最大的投资内容，所以WL技术大大降低了储能电站的建设成本;另一方面可以使电池的平均使用寿命延长15%左右，减少电池的更换次数，降低储能电站的运行成本，使储能电站收益最大化;

5、电池矩阵(电池组)： 将谷时时段(两次充电的储能电站还包括了平时时段)的低阶电能储存，待到峰时时段，通过逆变器向负载供电，将谷时电价的电能用于峰时，减少峰时从电网的直接用电，降低用电费用。这就是建设储能电站的核心目的;

6、 逆变器和自支撑电路：逆变器的基本功能是与现有技术基本相同的，将电池组所存储的直流电能转换成负载所需的交流电(一般为50Hz,380V或220V)，向负载供电;在电池组放电的过程中，电池的电压是在不断下降的，虽然逆变器可以通过调整PWM的占空比适当提高逆变生成的交流电的幅值(电压)，但是必须承认的事实是当电池的电压低到一定程度时，仅仅靠调整占空比已经无法将逆变生成的交流电的幅值(电压)提高到足以满足输出的电压，此时即是达到了电池组放电的截止点(注意：这个截止点不是指的电池的放电截止电压)，此时电池组将不再向负载供电，以等待下一次的充电。而我们这里所采用的逆变电路配置了具有电压自支撑功能的电路，在电池组达到现有技术无法继续使储能电池组继续输出电能的“放电的截止点”的时候，提供自增益，将电池组的电压“撑”到可以满足输出的电压，在不突破电池的放电深度底线的前提下，使储能电池组所存储的谷时电能更多的在峰时输出，从而增加了储能电站的收益。

总结：

1、 储能电池的成本不是工程集成商所能控制的，仅仅通过招标压价也解决不了根本问题。WL技术就是通过自身技术条件使储能电站的电池投资减少20%以上，而且还可以大大延长电池的使用寿命，再加上“自支撑(自增益)”所增加的转移电量，这就通过自身的技术创意，奠定了支撑“储能平台”的第一个“点”。

2、 我们为WL技术而开发的平衡变压器可以抑制(避免)谐波等畸形电能的产生，它的机理不是滤除，而是将现有技术滤除掉的那些畸形电能“二次利用”，所以基本没有电能的浪费。这是通过自身的技术创意，解决了支撑“储能平台”的第二个“点”。

仅有以上“两个点”，就从点到线的形成了高水平储能电站的全新技术路线。

3、 无需增加任何成本及资金投入，WL技术最大限度的解决掉了用户局域电网自身原有的：诸如三相不平衡、无功较高、谐波超标等需要通过投资改造才能解决缺陷。

在储能电站的设计和实施中，充分采用WL技术，才可以“从点到线---从线到面”全面提高储能电站技术竞争力以及投资收益，有效的促进储能电站的技术进步和发展。

(作者宛路威、李敏曾供职过国内著名储能企业 主导过多个用户侧储能项目)