【干貨】淺析高壓直掛儲能技術

高壓直掛儲能技術是指儲能變流器（Power Contol System 簡稱PCS）不經(jīng)變壓器，直接接入3kV及以上電壓等級電網(wǎng)的新型MW級電池儲能技術。

高壓直掛儲能電路圖

單個儲能電池電芯直流電壓最高不超過4V，通常用于儲能的電池系統(tǒng)直流電壓在600－800V，PCS如何不經(jīng)變壓器直接接入3kV及以上電壓等級電網(wǎng)，首要解決電壓匹配問題。

智光儲能推出的高壓直掛儲能系統(tǒng)，由電池組與單相PCS模塊構成的儲能單元（H－Cell，如上圖A1）組成，利用電壓疊加原理實現(xiàn)高壓直接輸出。H－Cell電池組直流電經(jīng)單相PCS轉換成幾百伏的交流電；多個硬件結構完全一致的單相PCS交流側串聯(lián)構成單相高壓儲能裝置，產(chǎn)生與電網(wǎng)電壓匹配的單相高壓交流電；三組硬件結構完全一致的單相高壓儲能裝置Y接構成三相高壓儲能裝置，即直接輸出與電網(wǎng)電壓匹配的三相對稱高壓交流電。

H－CELL輸出電壓

單相高壓儲能裝置輸出電壓

并網(wǎng)的電源設備必須滿足嚴格的諧波指標要求，避免造成電網(wǎng)諧波污染，威脅電網(wǎng)正常運行。一般而言，電力電子裝置開關頻率越高，輸出諧波性能越好，但是隨著開關頻率升高，裝置發(fā)熱量增大，運行效率和穩(wěn)定性惡化。高壓直掛儲能系統(tǒng)采用載波移相控制算法，可以達到提高系統(tǒng)效率，降低輸出諧波的目的。單個H－Cell工作在較低開關頻率f下，N個H－Cell的輸出電壓移相疊加以后，系統(tǒng)輸出線電壓等效開關頻率為2Nf，等效開關頻率增加2N倍，因此高壓直掛儲能系統(tǒng)可以使功率器件（IGBT）工作在較低開關頻率下，輸出近似正弦波的低諧波交流電，無需專門的濾波器處理即可滿足接入公共電網(wǎng)的諧波指標要求。

智光高壓儲能裝置諧波測試值

儲能電池成本高昂，其循環(huán)壽命通常只有幾千次，提高儲能系統(tǒng)的整體效率，可顯著提高系統(tǒng)的經(jīng)濟性。廣州智光儲能科技有限公司推出的高壓直掛儲能系統(tǒng)，省去了儲能并網(wǎng)變壓器和濾波裝置，使系統(tǒng)整體效率提高2％左右。以循環(huán)壽命6000次，2MW／2MWh的系統(tǒng)為例，系統(tǒng)整體效率提高2％，即一次充電過程少消耗40．8kWh電能，一次放電過程少消耗40kWh電能，因此電池全壽命周期內(nèi)運行成本（充電消耗減少）可減少244．8MWh，運行收益（放電消耗減少）可增加240MWh，綜合效益提升484．8MWh。

智光高壓直掛儲能裝置效率

受制造工藝誤差、使用環(huán)境差異等因素影響，即使同一批次生產(chǎn)的兩個單體電芯，其性能也不可能完全一致，因此對于電池輸量龐大的MW級電池儲能系統(tǒng)，電池均衡控制尤其重要。傳統(tǒng)MW級儲能系統(tǒng)基本都采用電池被動均衡技術，受電池數(shù)量龐大、單電芯容量大等因素影響，難以有效使用電池主動均衡技術，電池“木桶效應”明顯。

智光高壓直掛儲能系統(tǒng)每個H－Cell輸出功率均可進行有效控制，易實現(xiàn)相內(nèi)和相間H－Cell主動均衡控制。相內(nèi)均衡控制——由于相內(nèi)H－Cell為串聯(lián)結構，每個H－Cell的輸出電流相同，輸出電壓可存在差異，通過對總輸出電壓在相內(nèi)各H－Cell間的再分配，即實現(xiàn)輸出功率再分配，達到相內(nèi)H－Cell間電池主動均衡的目的。相間均衡控制——由于系統(tǒng)采用Y接法，不存在零序電流通路，因此可以在需要的時候注入安全范圍內(nèi)的零序電壓分量，在各相間附件額外功率，實現(xiàn)相間均衡控制，而不影響系統(tǒng)總輸出功率。

智光高壓直掛儲能系統(tǒng)相內(nèi)均衡效果

智光高壓直掛儲能系統(tǒng)相內(nèi)均衡效果

來源中國儲能網(wǎng)

作者付金建