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10位大咖倾力解读储能电力电子关键技术,透析未来新趋势

2019/10/22 17:00:40   电源在线网
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  10月18日,由《变频器世界》与《电源世界》携手PCIM Asia共同打造的以电力电子储能技术为主题的高峰论坛在深圳落下帷幕。在报告演讲环节,来自三菱电机、英飞凌、赛米控、阳光电源、丹佛斯、卧龙电气、盛弘电气等资深的技术大咖分别围绕储能功率器件不同的细分应用进行了专业内容分享。

  在三菱电机半导体大中国区技术总监宋高升老师做完电力电子储能用功率半导体的主题报告后,引起了台下技术工程师们的积极提问。宋高升老师还特别透露了三菱电机正在进行的新型功率模块封装技术与SiC芯片硫掺杂技术等先端研发工作。

  此外,来自英飞凌科技(中国)有限公司市场部经理张明丹针对各类储能变流器拓扑以及当前的主流方案,介绍了英飞凌功率器件可以提供的各种解决方案。赛米控电子(珠海)有限公司景巍博士则在报告中给出储能系统在不同芯片技术和配置下为何选择三电平拓扑的建议。

 

广州光亚法兰克福展览有限公司副总经理梁志超先生

  与此同时,作为此次论坛的主办方,广州光亚法兰克福展览有限公司副总经理梁志超先生特别前来为论坛致辞。梁志超先生强调,PCIM Asia一直以来支持并且推动电力电子行业在中国的发展,也致力于电力电子产品与驱动技术、电能转换等应用方案在不同领域的广泛推广。同时透露了PCIM Asia第二场高峰论坛活动将以电力电子技术应用于电机驱动与控制为主题,并于2020年2月份在广州举行,而每年一度的PCIM Asia展会则如约在明年7月1-3日的上海世博展览中心举行。

    《变频器世界》总编、中国自动化产业服务集团刘强先生

  《变频器世界》作为此次论坛支持媒体之一。《变频器世界》总编、中国自动化产业服务集团刘强先生也亲临现场并且为论坛致辞。刘强先生在致辞中表示,

  中国自动化产业服务集团和《变频器世界》也将一如既往地为行业专家和储能企业搭建交流合作的平台,为推动储能产业的发展与进步继续发挥媒体的作用与担当。

  储能产业作为未来推动新能源产业发展的前瞻性技术,在新能源并网、电动汽车、智能电网、微电网、分布式能源系统、家庭储能系统、无电地区供电工程以及未来能源安全方面都将发挥巨大作用。

  近年来储能市场在政策支撑下,产业发展稳健。国内外支持储能产业的政策频繁出台,国家示范储能项目等等有望推动产业发展。全球范围的新能源及储能产业呈现良好的发展态势。储能以万亿级市场规模,吸引了越来越多的企业积极参与。当前,从储能技术到储能系统集成,从储能系统用功率半导体到储能系统功率转换,从能源互联网到储能产业生态,无不为储能用户、储能运营商提供着多元化的商业盈利模式。

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  上海交通大学李睿博士以“百MW级电池储能功率转换系统技术探讨”为主题,指出了百MW级电池储能电站的挑战,并且分享了无变压器直挂型电池储能功率变换,以及模块化多电平电池储能功率变换的具体场景应用案例。

  “PCS是提升储能并网性能和安全性的关键部件。”李睿博士提出,要解决大规模电池储能的核心问题,需要关注电池的安全性以及储能成本两大关键难题。一方面,由于电池一致性难题尚无法解决,BMS结构复杂,电池起火时常发生,这需要从储能变换器角度协同解决电池安全性问题。另一方面,由于储能成本较高而且效率一般,需要储能变换器从组配角度与变换器效率提升角度一同去解决储能成本问题。

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  阳光电源中央研究院资深专家余勇博士提出了阳光电源储能核心技术研究所遵照的主要设计原则,涵盖安全性、可靠性、高效率,以及智能化四大理念。首先,直流侧安全保护系统涉及智能消防、浪涌保护、安全接地等等,以确保储能系统安全稳定运行。其次,通过各种工具仿真、全球认证、精益生产、品质管理等环节,全面确保储能系统可靠性。此外,配置高效率锂电池,以及PCS三电平技术、智能温控,以实现更低耗电,从而达到更高的系统效率。

  由于完整的储能系统通常由多个子单元构成,当出现故障时,可能会引起一连串反应。快速、精准定位第一故障点,对解决和分析故障尤为重要。为了实现储能系统智能化运维,通过云平台接入,使系统具备就地监控、统一调度、快速响应、故障早期预警与分析等功能,最终实现故障的快速诊断和分析。

  在储能系统业务方面,阳光电源可提供储能变流器、锂离子电池、能量管理系统等储能核心设备,实现辅助新能源并网、电力调频调峰、需求侧响应、微电网、户用等储能系统解决方案,成为全球领先的储能设备及系统解决方案供应商。目前,阳光电源在全球拥有720多个储能系统应用项目。

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  储能系统能量具有双向流动性,在选择储能系统用功率模块需要同时考虑逆变和整流两种不同工况。赛米控电子(珠海)有限公司中国南方区现场应用经理景巍博士在报告中给出了具体的选型建议——现有三电平功率模块更多优化的是逆变工况,在模块选择时需要注意评估整流工况下的功率输出能力。

  结合赛米控在储能系统的应用方案及经验,景巍博士给出的具体选型建议即是,针对工商业储能变流器,由于650V和950V芯片特性的多样性,采用NPC和ANPC三电平拓扑可实现更高的功率密度和输出功率。此外,对于给定的芯片面积和DBC尺寸,ANPC HF/LF三电平更适合光伏应用,而NPC S7/S7三电平则更适合储能应用。

  针对电站用储能变流器,为了降低器件过压风险,以及减小开关损耗,推荐使用ANPC HF/LF三电平以实现全功率范围内短换流回路,同时易于采用半桥模块组合。

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  围绕下一代储能电气系统发展方向分析的议题,深圳市盛弘电气股份有限公司储能微网事业部资深专家马伦胜提出,下一代储能逆变器将朝着更高效率的方向不断演进,而且多支路逆变器与系统也将成为重要的技术方向。此外,低损耗、高可靠的系统集成,分布式储能系统、去中心化的微电网控制系统都将成为下一代储能电气系统发展的重要技术趋势。

  在储能系统业务方面,盛弘电气不仅拥有PCS核心技术及专利,而且具备集成电池、BMS、EMS,提供定制化、一站式储能集成解决方案的能力。目前,盛弘电气在全球运行着350多个储能项目,共积累了150多个系统集成设计开发经验,在去中心化控制技术、分布式储能系统、多支路技术、高压逆变器技术、无变压器并网等等技术领域,已经形成了相对领先且完善的技术体系。

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  关于IGBT功率器件在储能变流器中的应用,英飞凌科技(中国)有限公司市场部经理张明丹基于英飞凌在光伏/风电领域的应用经验,给出了针对户用小功率、工商业中功率、集中式大功率、储能电站超大功率等不同应用场景下储能变流器以及相关IGBT方案的建议。

  此外,张明丹还具体介绍了储能逆变器对IGBT芯片的配置要求。具体而言,电池系统充电和放电过程不同,即分别对应变流器的整流模式和逆变模式。同时在整流和逆变环节,IGBT和二极管导通占空比不同,造成二者之间的导通损耗差异巨大。而与光伏逆变器相比,储能逆变器对续流二极管载流能力要求更高,也需要较大的二极管芯片。

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  在电力电子储能系统用功率半导体的主题演讲环节,三菱电机半导体大中国区技术总监宋高升老师不仅对三菱电机的功率器件产品线做了全面介绍,而且对Si/SiC功率芯片技术发展做了详细解读。由于SiC功率模块可以实现降低能耗与小型化的两大优点,基于风力发电、光伏发电等大功率应用场景,宋高升老师以高压SiC功率模块在轨道牵引中的应用为案例也做了精彩分享。

  此外,得益于三菱电机在芯片领域一代又一代的先端研发工作,在低压领域,无论是IGBT还是IPM,三菱电机的树脂灌装功率模块出货量已经超越了传统凝胶灌封。在总结报告中,宋高升老师透露,基于LV100封装的1。7Kv/3。3kV硅基IGBT模块,凭借着低杂感、PN对称设计与适合并联的特色,将会在大功率储能电力电子系统中得到进一步应用。与此同时,基于LV100封装的3。3Kv/750A和3。3Kv/375A全碳化硅MOSFET模块,将为研发下一代高压储能逆变器、固态变压器、牵引变流器和辅助变流器提供新的解决方案。尤其是应用全碳化硅功率模块开发新型节能系统,对节能效用的评估不能仅仅局限于逆变器本身,而需要对系统进行综合评估。

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  丹佛斯硅动力有限公司高级应用工程师练俊主要分享了丹佛斯P3/P3L功率模块在储能逆变器中的应用。目前,丹佛斯硅动力的业务领域涵盖了消费电器、工业控制、汽车、移动应用、医疗设备以及可再生能源的应用方案。经过多年的发展和沉淀,丹佛斯硅动力已经拥有基于不要用户场景的广泛多样化解决方案。其解决方案涵盖小至几安培大至几千安培,额定电压等级可涵盖从30V到1700V的全系列产品。

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  卧龙电气驱动集团股份有限公司王锋博士则围绕高压大容量船舶岸基变频供电系统,从设计需求到关键技术,以及实际应用等不同环节,全方位解读了卧龙电气在船舶岸电领域技术积淀与应用经验。

  “邮轮岸电是所有船舶岸电中供电量最大、供电电压等级最高、供电安全等级要求最高的岸基供电系统。”王锋博士指出,船舶类型、用电电制、供电容量,以及船舶接口是高压大容量船舶岸基变频供电系统关键技术的核心要素,并以上海吴淞口邮轮码头岸基供电系统为应用案例详细介绍了卧龙电气高压大容量邮轮岸基变频供电系统方案和核心技术。

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  东莞市锂电行业协会谢恩辉秘书长从市场角度,介绍了国内锂电行业的发展情况、市场需求及未来的趋势预测。根据报告介绍,未来几年,国内锂电池市场整体趋势发展向好。预计到2020年,国内锂电池市场产量将达到205。33GWh。未来两年,国内锂电池市场产量复合年均增长率有望达到41。88%。其中,储能电池未来受锂电池成本的下降以及梯次利用的增多,以及对铅酸电池的替代速度不断加快,未来两年储能电池复合年均增长率预计达35。16%。

  关于锂电池的技术发展趋势,谢恩辉秘书长提出,未来锂电池技术发展将在提升能量密度的前提下,以安全为中心,在能量密度、功率密度、安全循环耐久和成本之间寻求平衡点。为了大幅提升锂电池的生产效率和产品一致性,需要借助智能制造和数字化工厂设计实现锂电生产环节的效率与质量双向提升。

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  华南理工大学电力学院孙立明老师从学术角度,重点阐述了基于人工智能技术的分布式可控资源的智能调控系统研究,以及分布式可控资源双向互动接入装置的项目研发成果。

  结语:光伏发电的波动性和随机性会造成高渗透率光伏发电系统输出功率随机波动,进而加重了电网频率调节负担,出现电压稳定问题。储能系统因为具有快吐纳能量的能力,可以有效抑制新能源电力的随机波动,与传统发电机组相比,储能系统尤其是电池储能具有响应速度快、调节精度高等优点,非常适合提供调频、调压服务。

  目前,储能技术正朝着转换高效化、能量高、密度高和应用低成本化方向发展。未来在风电、光伏等多种可再生能源的综合利用中,储能凭借着独特的优势,将在帮助不同类型的能源之间实现灵活转换扮演着至关重要的中间者角色。

  与此同时,在不同能源多元化发展趋势中,储能技术将发挥越来越重要的作用。随着分布式电源的发展、智能电网的建设,以及储能应用的场景日渐丰富多样,储能技术还将朝着多元的储能系统应用功能、分布式储能系统方向持续发展。

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