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10位大咖傾力解讀儲能電力電子關鍵技術,透析未來新趨勢

2019/10/22 17:00:40   電源在線網
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  10月18日,由《變頻器世界》與《電源世界》攜手PCIM Asia共同打造的以電力電子儲能技術為主題的高峰論壇在深圳落下帷幕。在報告演講環節,來自三菱電機、英飛凌、賽米控、陽光電源、丹佛斯、臥龍電氣、盛弘電氣等資深的技術大咖分別圍繞儲能功率器件不同的細分應用進行了專業內容分享。

  在三菱電機半導體大中國區技術總監宋高升老師做完電力電子儲能用功率半導體的主題報告后,引起了臺下技術工程師們的積極提問。宋高升老師還特別透露了三菱電機正在進行的新型功率模塊封裝技術與SiC芯片硫摻雜技術等先端研發工作。

  此外,來自英飛凌科技(中國)有限公司市場部經理張明丹針對各類儲能變流器拓撲以及當前的主流方案,介紹了英飛凌功率器件可以提供的各種解決方案。賽米控電子(珠海)有限公司景巍博士則在報告中給出儲能系統在不同芯片技術和配置下為何選擇三電平拓撲的建議。

 

廣州光亞法蘭克福展覽有限公司副總經理梁志超先生

  與此同時,作為此次論壇的主辦方,廣州光亞法蘭克福展覽有限公司副總經理梁志超先生特別前來為論壇致辭。梁志超先生強調,PCIM Asia一直以來支持并且推動電力電子行業在中國的發展,也致力于電力電子產品與驅動技術、電能轉換等應用方案在不同領域的廣泛推廣。同時透露了PCIM Asia第二場高峰論壇活動將以電力電子技術應用于電機驅動與控制為主題,并于2020年2月份在廣州舉行,而每年一度的PCIM Asia展會則如約在明年7月1-3日的上海世博展覽中心舉行。

    《變頻器世界》總編、中國自動化產業服務集團劉強先生

  《變頻器世界》作為此次論壇支持媒體之一。《變頻器世界》總編、中國自動化產業服務集團劉強先生也親臨現場并且為論壇致辭。劉強先生在致辭中表示,

  中國自動化產業服務集團和《變頻器世界》也將一如既往地為行業專家和儲能企業搭建交流合作的平臺,為推動儲能產業的發展與進步繼續發揮媒體的作用與擔當。

  儲能產業作為未來推動新能源產業發展的前瞻性技術,在新能源并網、電動汽車、智能電網、微電網、分布式能源系統、家庭儲能系統、無電地區供電工程以及未來能源安全方面都將發揮巨大作用。

  近年來儲能市場在政策支撐下,產業發展穩健。國內外支持儲能產業的政策頻繁出臺,國家示范儲能項目等等有望推動產業發展。全球范圍的新能源及儲能產業呈現良好的發展態勢。儲能以萬億級市場規模,吸引了越來越多的企業積極參與。當前,從儲能技術到儲能系統集成,從儲能系統用功率半導體到儲能系統功率轉換,從能源互聯網到儲能產業生態,無不為儲能用戶、儲能運營商提供著多元化的商業盈利模式。

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  上海交通大學李睿博士以“百MW級電池儲能功率轉換系統技術探討”為主題,指出了百MW級電池儲能電站的挑戰,并且分享了無變壓器直掛型電池儲能功率變換,以及模塊化多電平電池儲能功率變換的具體場景應用案例。

  “PCS是提升儲能并網性能和安全性的關鍵部件。”李睿博士提出,要解決大規模電池儲能的核心問題,需要關注電池的安全性以及儲能成本兩大關鍵難題。一方面,由于電池一致性難題尚無法解決,BMS結構復雜,電池起火時常發生,這需要從儲能變換器角度協同解決電池安全性問題。另一方面,由于儲能成本較高而且效率一般,需要儲能變換器從組配角度與變換器效率提升角度一同去解決儲能成本問題。

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  陽光電源中央研究院資深專家余勇博士提出了陽光電源儲能核心技術研究所遵照的主要設計原則,涵蓋安全性、可靠性、高效率,以及智能化四大理念。首先,直流側安全保護系統涉及智能消防、浪涌保護、安全接地等等,以確保儲能系統安全穩定運行。其次,通過各種工具仿真、全球認證、精益生產、品質管理等環節,全面確保儲能系統可靠性。此外,配置高效率鋰電池,以及PCS三電平技術、智能溫控,以實現更低耗電,從而達到更高的系統效率。

  由于完整的儲能系統通常由多個子單元構成,當出現故障時,可能會引起一連串反應。快速、精準定位第一故障點,對解決和分析故障尤為重要。為了實現儲能系統智能化運維,通過云平臺接入,使系統具備就地監控、統一調度、快速響應、故障早期預警與分析等功能,最終實現故障的快速診斷和分析。

  在儲能系統業務方面,陽光電源可提供儲能變流器、鋰離子電池、能量管理系統等儲能核心設備,實現輔助新能源并網、電力調頻調峰、需求側響應、微電網、戶用等儲能系統解決方案,成為全球領先的儲能設備及系統解決方案供應商。目前,陽光電源在全球擁有720多個儲能系統應用項目。

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  儲能系統能量具有雙向流動性,在選擇儲能系統用功率模塊需要同時考慮逆變和整流兩種不同工況。賽米控電子(珠海)有限公司中國南方區現場應用經理景巍博士在報告中給出了具體的選型建議——現有三電平功率模塊更多優化的是逆變工況,在模塊選擇時需要注意評估整流工況下的功率輸出能力。

  結合賽米控在儲能系統的應用方案及經驗,景巍博士給出的具體選型建議即是,針對工商業儲能變流器,由于650V和950V芯片特性的多樣性,采用NPC和ANPC三電平拓撲可實現更高的功率密度和輸出功率。此外,對于給定的芯片面積和DBC尺寸,ANPC HF/LF三電平更適合光伏應用,而NPC S7/S7三電平則更適合儲能應用。

  針對電站用儲能變流器,為了降低器件過壓風險,以及減小開關損耗,推薦使用ANPC HF/LF三電平以實現全功率范圍內短換流回路,同時易于采用半橋模塊組合。

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  圍繞下一代儲能電氣系統發展方向分析的議題,深圳市盛弘電氣股份有限公司儲能微網事業部資深專家馬倫勝提出,下一代儲能逆變器將朝著更高效率的方向不斷演進,而且多支路逆變器與系統也將成為重要的技術方向。此外,低損耗、高可靠的系統集成,分布式儲能系統、去中心化的微電網控制系統都將成為下一代儲能電氣系統發展的重要技術趨勢。

  在儲能系統業務方面,盛弘電氣不僅擁有PCS核心技術及專利,而且具備集成電池、BMS、EMS,提供定制化、一站式儲能集成解決方案的能力。目前,盛弘電氣在全球運行著350多個儲能項目,共積累了150多個系統集成設計開發經驗,在去中心化控制技術、分布式儲能系統、多支路技術、高壓逆變器技術、無變壓器并網等等技術領域,已經形成了相對領先且完善的技術體系。

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  關于IGBT功率器件在儲能變流器中的應用,英飛凌科技(中國)有限公司市場部經理張明丹基于英飛凌在光伏/風電領域的應用經驗,給出了針對戶用小功率、工商業中功率、集中式大功率、儲能電站超大功率等不同應用場景下儲能變流器以及相關IGBT方案的建議。

  此外,張明丹還具體介紹了儲能逆變器對IGBT芯片的配置要求。具體而言,電池系統充電和放電過程不同,即分別對應變流器的整流模式和逆變模式。同時在整流和逆變環節,IGBT和二極管導通占空比不同,造成二者之間的導通損耗差異巨大。而與光伏逆變器相比,儲能逆變器對續流二極管載流能力要求更高,也需要較大的二極管芯片。

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  在電力電子儲能系統用功率半導體的主題演講環節,三菱電機半導體大中國區技術總監宋高升老師不僅對三菱電機的功率器件產品線做了全面介紹,而且對Si/SiC功率芯片技術發展做了詳細解讀。由于SiC功率模塊可以實現降低能耗與小型化的兩大優點,基于風力發電、光伏發電等大功率應用場景,宋高升老師以高壓SiC功率模塊在軌道牽引中的應用為案例也做了精彩分享。

  此外,得益于三菱電機在芯片領域一代又一代的先端研發工作,在低壓領域,無論是IGBT還是IPM,三菱電機的樹脂灌裝功率模塊出貨量已經超越了傳統凝膠灌封。在總結報告中,宋高升老師透露,基于LV100封裝的1.7Kv/3.3kV硅基IGBT模塊,憑借著低雜感、PN對稱設計與適合并聯的特色,將會在大功率儲能電力電子系統中得到進一步應用。與此同時,基于LV100封裝的3.3Kv/750A和3.3Kv/375A全碳化硅MOSFET模塊,將為研發下一代高壓儲能逆變器、固態變壓器、牽引變流器和輔助變流器提供新的解決方案。尤其是應用全碳化硅功率模塊開發新型節能系統,對節能效用的評估不能僅僅局限于逆變器本身,而需要對系統進行綜合評估。

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  丹佛斯硅動力有限公司高級應用工程師練俊主要分享了丹佛斯P3/P3L功率模塊在儲能逆變器中的應用。目前,丹佛斯硅動力的業務領域涵蓋了消費電器、工業控制、汽車、移動應用、醫療設備以及可再生能源的應用方案。經過多年的發展和沉淀,丹佛斯硅動力已經擁有基于不要用戶場景的廣泛多樣化解決方案。其解決方案涵蓋小至幾安培大至幾千安培,額定電壓等級可涵蓋從30V到1700V的全系列產品。

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  臥龍電氣驅動集團股份有限公司王鋒博士則圍繞高壓大容量船舶岸基變頻供電系統,從設計需求到關鍵技術,以及實際應用等不同環節,全方位解讀了臥龍電氣在船舶岸電領域技術積淀與應用經驗。

  “郵輪岸電是所有船舶岸電中供電量最大、供電電壓等級最高、供電安全等級要求最高的岸基供電系統。”王鋒博士指出,船舶類型、用電電制、供電容量,以及船舶接口是高壓大容量船舶岸基變頻供電系統關鍵技術的核心要素,并以上海吳淞口郵輪碼頭岸基供電系統為應用案例詳細介紹了臥龍電氣高壓大容量郵輪岸基變頻供電系統方案和核心技術。

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  東莞市鋰電行業協會謝恩輝秘書長從市場角度,介紹了國內鋰電行業的發展情況、市場需求及未來的趨勢預測。根據報告介紹,未來幾年,國內鋰電池市場整體趨勢發展向好。預計到2020年,國內鋰電池市場產量將達到205.33GWh。未來兩年,國內鋰電池市場產量復合年均增長率有望達到41.88%。其中,儲能電池未來受鋰電池成本的下降以及梯次利用的增多,以及對鉛酸電池的替代速度不斷加快,未來兩年儲能電池復合年均增長率預計達35.16%。

  關于鋰電池的技術發展趨勢,謝恩輝秘書長提出,未來鋰電池技術發展將在提升能量密度的前提下,以安全為中心,在能量密度、功率密度、安全循環耐久和成本之間尋求平衡點。為了大幅提升鋰電池的生產效率和產品一致性,需要借助智能制造和數字化工廠設計實現鋰電生產環節的效率與質量雙向提升。

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  華南理工大學電力學院孫立明老師從學術角度,重點闡述了基于人工智能技術的分布式可控資源的智能調控系統研究,以及分布式可控資源雙向互動接入裝置的項目研發成果。

  結語:光伏發電的波動性和隨機性會造成高滲透率光伏發電系統輸出功率隨機波動,進而加重了電網頻率調節負擔,出現電壓穩定問題。儲能系統因為具有快吐納能量的能力,可以有效抑制新能源電力的隨機波動,與傳統發電機組相比,儲能系統尤其是電池儲能具有響應速度快、調節精度高等優點,非常適合提供調頻、調壓服務。

  目前,儲能技術正朝著轉換高效化、能量高、密度高和應用低成本化方向發展。未來在風電、光伏等多種可再生能源的綜合利用中,儲能憑借著獨特的優勢,將在幫助不同類型的能源之間實現靈活轉換扮演著至關重要的中間者角色。

  與此同時,在不同能源多元化發展趨勢中,儲能技術將發揮越來越重要的作用。隨著分布式電源的發展、智能電網的建設,以及儲能應用的場景日漸豐富多樣,儲能技術還將朝著多元的儲能系統應用功能、分布式儲能系統方向持續發展。

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