[01394259]安全高效电网侧储能功率变换系统

本项目属于电气工程学科,涉及电力电子、电池储能和新能源发电等专业。 电网侧电池储能电站已进入百MW级时代并向GW级迈进,对其安全性、运行效率和动态特性均提出了更高的要求。 储能功率变换系统（PCS）是电池堆与电网的接口,常规拓扑结构是低压三相桥式变换电路,单个容量在500kW左右,这种PCS与电池堆互联构成储能基本单元,百MW级储能电站由数量众多的储能基本单元经多级工频变压器升压后并入高压电网。 在这样的系统中,电池堆由数量众多的电池芯串并联组成,由电池管理系统（BMS）进行均衡与管理。电池芯的不一致性导致并联环流,引发电池堆发热、燃烧,使得其安全性随电池芯串并联个数的增加而急剧下降。2018年国内外发生了多起电池堆燃烧事件,安全性已成为影响电池储能应用的主要因素。由于对电池堆的充放电控制指令由多级信息系统传递,严重影响了系统的动态响应速度。多级变压器的使用大幅降低了并网系统的效率。 本项目针对上述问题,在国家和地方项目的持续支持下,提出一种无变压器高压直挂电池储能功率变换系统,用模块化电力电子变换器将电池堆分割成多个较小的电池组,分别对电池组进行充放电控制和荷电状态均衡,大幅提升了系统的安全性,而且由于替代了BMS的电池荷电均衡任务,使BMS成本降低60%。由于模块化技术省去了工频变压器、降低了开关频率、抑制了电池环流,充放电循环效率可以提升6%。由于功率变换系统单体容量从500kW上升到30MW,可使电网侧储能电站结构简化,动态响应速度从秒级上升到十毫秒级。主要发明点如下： 1) 无变压器高压直挂储能功率变换电路及优化设计方法 将链式变换器电路用于储能的功率变换系统,发明了一种新型储能功率变换系统的电路结构及其主电路参数的优化设计方法 2) 无变压器高压直挂储能功率变换系统的控制方法 发明了新型储能功率变换系统中电池组的充放电控制、荷电状态均衡控制和主动热控制方法。 3) 高压直挂型储能变换器的抗干扰技术 发明了新型储能功率变换系统的调制优化、共模抑制和高频隔离等抗干扰技术。 项目已获授权发明专利35件,主持完成了由中国负责的首个并网型电池储能系统国际标准,主持完成国家标准1项、行业标准2项,发表SCI/EI期刊论文34篇,出版《储能功率变换与并网技术》专著1部。 该成果在深圳宝清储能站实现了世界上首例应用,与常规“低压变换器+变压器”的储能功率变换系统相比,单机容量从500kW提升到2MW以上,目前技术条件下最大可到30MW,变换效率提升了1.5%以上,为世界最高水平。许继电源、中国电科院、四方等6家公司依托该项目成果形成了系列化储能变换器和储能电站监控系统产品,在全国十余省市推广应用。 由罗安院士、IEEE Fellow徐德鸿教授等七位资深专家组成的成果鉴定委员会一致认为：该项目成果整体技术达到国际领先水平,无变压器直挂高压交流电网电池储能变换器技术为国际首创。