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負荷動態(tài)自動跟蹤平衡型儲能系統(tǒng)
撰編人： 宛路威 李 敏
對行業(yè)深思、對傳統(tǒng)存疑、對真實的市場需求進行探究
當(dāng)下儲能行業(yè)的思索與見解：
1、縱觀目前儲能行業(yè)的項目方案，筆者發(fā)現(xiàn)幾乎所有的儲能企業(yè)設(shè)計系統(tǒng)時都采用PCS來進行充放電，PCS在工作過程中實現(xiàn)了“充放一機”的同時，PCS也變成了一個“半在線”的單向?qū)ǖ姆茄h(huán)電路；
這種單向?qū)ǖ南到y(tǒng)，是否對實現(xiàn)能源互聯(lián)、微網(wǎng)、局域網(wǎng)提供可靠的幫助？
2、由于PCS的使用，傳統(tǒng)的儲能系統(tǒng)就變成了一個超大的“充電寶”，定時、定況的設(shè)計理念局限了儲能系統(tǒng)的靈活性，使得“儲能+EPS/UPS”成為備選方案；
3、筆者多次跟北京的售電公司及用戶側(cè)托管公司溝通發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)下，售電公司、電力托管公司及用戶，更傾向于找到“一種完整的用戶側(cè)解決方案”，筆者認為該解決方案才是真正的客戶需求；
4、筆者曾在2015年，大膽的提出過一種方案：用儲能系統(tǒng)替換APF、SVG和SVC，“將電路中的高次諧波回收，通過變流器存儲進系統(tǒng)裝置里，再重新使用到電路里，將諧波變廢為寶；
綜上所述，筆者提出了負荷動態(tài)自動跟蹤平衡型儲能系統(tǒng)，詳情如下：
設(shè)計思路：
1、以整體電路為出發(fā)點，將三項平衡、系統(tǒng)優(yōu)化及儲能糅合到一起；
2、將均衡滿充考慮進去，針對電芯一致性、電芯壽命、電芯出力等因素，提出解決方案；
3、實現(xiàn)系統(tǒng)自支撐（亦可稱自增益），提高供電時間、電量輸出；
4、優(yōu)化電能質(zhì)量，采用各設(shè)備之間的匹配性，“用功能匹配實現(xiàn)智慧的動態(tài)跟蹤；
5、適用于多種場景，園區(qū)、大工業(yè)、商業(yè)綜合體、寫字樓、醫(yī)院、學(xué)校、數(shù)據(jù)中心、科研單位等。
“負荷動態(tài)自動跟蹤平衡型”儲能系統(tǒng)流程圖（方框圖）：
“負荷動態(tài)自動跟蹤平衡型”儲能系統(tǒng)簡示
1、變壓器
2、開關(guān)柜
3、平衡變壓器
4、整流器和充電系統(tǒng)
6、逆變器和自支撐電路
5、電池矩陣（電池簇）
8、負載
7、平衡器
注：各部分功能（紅色數(shù)字的是自有核心技術(shù)）.
負荷動態(tài)自動跟蹤平衡型儲能系統(tǒng)的優(yōu)勢和意義
負荷動態(tài)自動跟蹤平衡型儲能系統(tǒng)關(guān)鍵部分說明
1、變壓器： 6KV或10KV通過高壓開關(guān)柜接到變壓器的一次側(cè)，變壓器的二次側(cè)輸出負載正常運行所需的低壓電（一般為線電壓380V、相電壓220V）；
2、開關(guān)柜： 為低壓控制柜，有三個功能，a、控制向負載的工頻正常供電；b、控制向“3、三相平衡變壓器”的供電；c、控制由“圖中7、平衡器”輸過來的儲能電能，與工頻電能并聯(lián)向負載的供電；
3、平衡變壓器。 具有兩個功能：
a、將工頻電壓變換為電池組充電所需電壓；
b、抑制諧波的產(chǎn)生，減少無功。與現(xiàn)有技術(shù)的APF、SVG和SVC相比，不僅成本比較低，而且是非電力電子裝置，運行狀態(tài)為靜態(tài)運行，基本無故障，除了可以減少APF、SVG和SVC等電力電子裝置運行所需的高額的運維費用以外，還從根本上避免了電力電子裝置運行故障對用戶正常用電的不良影響。關(guān)于電能質(zhì)量：現(xiàn)有技術(shù)對電能質(zhì)量的治理是將已經(jīng)產(chǎn)生的諧波等慮除，這就必然浪費了一部分電能，減少了儲能電站的收益；而平衡變壓器是抑制（避免）諧波等的產(chǎn)生，它的機理不是慮除，所以基本沒有電能的浪費，所以采用平衡技術(shù)解決電能質(zhì)量問題與采用現(xiàn)有技術(shù)的治理方式，至少可以從三個方面大大提高儲能電站的收益：一、基本沒有運維費用；二、不會因為發(fā)生故障而影響用電；三、將原來需要治理的諧波等畸形電能直接提供給下游用電單位使用，不產(chǎn)生任何形式的浪費。
4、整流器和充電系統(tǒng)： 與目前通常采用的雙向變流器相比，成本有所增加，但是通過對電池矩陣的充電的個性化管理，一方面可以使儲能電池矩陣的儲能量增加20%左右，也可以理解為：可以減少電池安裝數(shù)量的20%左右，由于儲能電池的成本是儲能電站的最大的投資內(nèi)容，所以WL技術(shù)大大降低了儲能電站的建設(shè)成本；另一方面可以使電池的平均使用壽命延長15%左右，減少電池的更換次數(shù)，降低儲能電站的運行成本，使儲能電站收益最大化；
5、電池矩陣（電池組）： 將谷時時段（兩次充電的儲能電站還包括了平時時段）的低階電能儲存，待到峰時時段，通過逆變器向負載供電，將谷時電價的電能用于峰時，減少峰時從電網(wǎng)的直接用電，降低用電費用。這就是建設(shè)儲能電站的核心目的；
6、逆變器和自支撐電路：逆變器的基本功能是與現(xiàn)有技術(shù)基本相同的，將電池組所存儲的直流電能轉(zhuǎn)換成負載所需的交流電（一般為50Hz,380V或220V），向負載供電；在電池組放電的過程中，電池的電壓是在不斷下降的，雖然逆變器可以通過調(diào)整PWM的占空比適當(dāng)提高逆變生成的交流電的幅值（電壓），但是必須承認的事實是當(dāng)電池的電壓低到一定程度時，僅僅靠調(diào)整占空比已經(jīng)無法將逆變生成的交流電的幅值（電壓）提高到足以滿足輸出的電壓，此時即是達到了電池組放電的截止點（注意：這個截止點不是指的電池的放電截止電壓），此時電池組將不再向負載供電，以等待下一次的充電。而我們這里所采用的逆變電路配置了具有電壓自支撐功能的電路，在電池組達到現(xiàn)有技術(shù)無法繼續(xù)使儲能電池組繼續(xù)輸出電能的“放電的截止點”的時候，提供自增益，將電池組的電壓“撐”到可以滿足輸出的電壓，在不突破電池的放電深度底線的前提下，使儲能電池組所存儲的谷時電能更多的在峰時輸出，從而增加了儲能電站的收益。
現(xiàn)在大多數(shù)參與儲能電站的公司，事實上是很狹隘的：一是僅僅看到了峰谷差電價這一個收益點，二是一味的通過招標(biāo)壓低電池和配套設(shè)備的價格，各個公司大同小異毫無技術(shù)創(chuàng)意，這種僅靠客戶關(guān)系和壓低價格的低水平競爭，不僅使儲能電站的投資收益越來越低，而且很難提高用戶進行儲能電站建設(shè)的積極性，甚至阻礙了儲能電站的技術(shù)進步和發(fā)展。
我們首先在2013年提出了利用峰谷差電價進行局部電網(wǎng)節(jié)能改造，將低價時段的電能儲存起來，轉(zhuǎn)移到高價時段輸出給用戶使用，從而取得收益的設(shè)想。當(dāng)時我們就指出：
1、儲能電池的資金投入將是利用峰谷差電價進行儲能節(jié)能改造項目的最大成本支出；
2、由于儲能電站輸出的交流電是逆變所產(chǎn)生的，而且在電池充電環(huán)節(jié)使用了整流電路，所以儲能電站既向電網(wǎng)回饋了大量的諸如諧波等的畸形電能，同時向用戶的下游用電設(shè)備輸出的也是含有大量諸如諧波等畸形電能的劣質(zhì)電能。而治理畸形電能的電力電子裝置，不僅成本高，而且故障率高，更不可取的是現(xiàn)有的治理方法大多是將諧波濾除，這就白白浪費了很多的電能，進一步降低了儲能電站的投資收益；
3、目前在用的低壓局域電網(wǎng)，大多數(shù)自身就有著一些的需要通過改造解決的缺陷：諸如三相不平衡、無功較高、諧波超標(biāo)等等。利用峰谷差電價進行儲能節(jié)能改造，不但不能將新的缺陷疊加到用戶的局域電網(wǎng)，還應(yīng)該通過儲能電站的技術(shù)條件改造掉用戶局域電網(wǎng)原有的缺陷。
不管是從幾何學(xué)還是從物理學(xué)，我們都知道：三點才能形成一個平面。上面所提出的三個問題，就是支撐起儲能電站這一平臺的三個“點”。
1、儲能電池的成本不是工程集成商所能控制的，僅僅通過招標(biāo)壓價也解決不了根本問題。WL技術(shù)就是通過自身技術(shù)條件使儲能電站的電池投資減少20%以上，而且還可以大大延長電池的使用壽命，再加上“自支撐（自增益）”所增加的轉(zhuǎn)移電量，這就通過自身的技術(shù)創(chuàng)意，奠定了支撐“儲能平臺”的第一個“點”。
2、我們?yōu)閃L技術(shù)而開發(fā)的平衡變壓器可以抑制（避免）諧波等畸形電能的產(chǎn)生，它的機理不是慮除，而是將現(xiàn)有技術(shù)濾除掉的那些畸形電能“二次利用”，所以基本沒有電能的浪費。這是通過自身的技術(shù)創(chuàng)意，解決了支撐“儲能平臺”的第二個“點”。
僅有以上“兩個點”，就從點到線的形成了高水平儲能電站的全新技術(shù)路線。
3、無需增加任何成本及資金投入，WL技術(shù)最大限度的解決掉了用戶局域電網(wǎng)自身原有的：諸如三相不平衡、無功較高、諧波超標(biāo)等需要通過投資改造才能解決缺陷。
在儲能電站的設(shè)計和實施中，充分采用WL技術(shù)，才可以“從點到線---從線到面”全面提高儲能電站技術(shù)競爭力以及投資收益，有效的促進儲能電站的技術(shù)進步和發(fā)展。
撰編人： 宛路威 李 敏
對行業(yè)深思、對傳統(tǒng)存疑、對真實的市場需求進行探究
當(dāng)下儲能行業(yè)的思索與見解：
1、縱觀目前儲能行業(yè)的項目方案，筆者發(fā)現(xiàn)幾乎所有的儲能企業(yè)設(shè)計系統(tǒng)時都采用PCS來進行充放電，PCS在工作過程中實現(xiàn)了“充放一機”的同時，PCS也變成了一個“半在線”的單向?qū)ǖ姆茄h(huán)電路；
這種單向?qū)ǖ南到y(tǒng)，是否對實現(xiàn)能源互聯(lián)、微網(wǎng)、局域網(wǎng)提供可靠的幫助？
2、由于PCS的使用，傳統(tǒng)的儲能系統(tǒng)就變成了一個超大的“充電寶”，定時、定況的設(shè)計理念局限了儲能系統(tǒng)的靈活性，使得“儲能+EPS/UPS”成為備選方案；
3、筆者多次跟北京的售電公司及用戶側(cè)托管公司溝通發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)下，售電公司、電力托管公司及用戶，更傾向于找到“一種完整的用戶側(cè)解決方案”，筆者認為該解決方案才是真正的客戶需求；
4、筆者曾在2015年，大膽的提出過一種方案：用儲能系統(tǒng)替換APF、SVG和SVC，“將電路中的高次諧波回收，通過變流器存儲進系統(tǒng)裝置里，再重新使用到電路里，將諧波變廢為寶；
綜上所述，筆者提出了負荷動態(tài)自動跟蹤平衡型儲能系統(tǒng)，詳情如下：
設(shè)計思路：
1、以整體電路為出發(fā)點，將三項平衡、系統(tǒng)優(yōu)化及儲能糅合到一起；
2、將均衡滿充考慮進去，針對電芯一致性、電芯壽命、電芯出力等因素，提出解決方案；
3、實現(xiàn)系統(tǒng)自支撐（亦可稱自增益），提高供電時間、電量輸出；
4、優(yōu)化電能質(zhì)量，采用各設(shè)備之間的匹配性，“用功能匹配實現(xiàn)智慧的動態(tài)跟蹤；
5、適用于多種場景，園區(qū)、大工業(yè)、商業(yè)綜合體、寫字樓、醫(yī)院、學(xué)校、數(shù)據(jù)中心、科研單位等。
“負荷動態(tài)自動跟蹤平衡型”儲能系統(tǒng)流程圖（方框圖）：
“負荷動態(tài)自動跟蹤平衡型”儲能系統(tǒng)簡示
1、變壓器
2、開關(guān)柜
3、平衡變壓器
4、整流器和充電系統(tǒng)
6、逆變器和自支撐電路
5、電池矩陣（電池簇）
8、負載
7、平衡器
注：各部分功能（紅色數(shù)字的是自有核心技術(shù)）.
負荷動態(tài)自動跟蹤平衡型儲能系統(tǒng)的優(yōu)勢和意義
負荷動態(tài)自動跟蹤平衡型儲能系統(tǒng)關(guān)鍵部分說明
1、變壓器： 6KV或10KV通過高壓開關(guān)柜接到變壓器的一次側(cè)，變壓器的二次側(cè)輸出負載正常運行所需的低壓電（一般為線電壓380V、相電壓220V）；
2、開關(guān)柜： 為低壓控制柜，有三個功能，a、控制向負載的工頻正常供電；b、控制向“3、三相平衡變壓器”的供電；c、控制由“圖中7、平衡器”輸過來的儲能電能，與工頻電能并聯(lián)向負載的供電；
3、平衡變壓器。 具有兩個功能：
a、將工頻電壓變換為電池組充電所需電壓；
b、抑制諧波的產(chǎn)生，減少無功。與現(xiàn)有技術(shù)的APF、SVG和SVC相比，不僅成本比較低，而且是非電力電子裝置，運行狀態(tài)為靜態(tài)運行，基本無故障，除了可以減少APF、SVG和SVC等電力電子裝置運行所需的高額的運維費用以外，還從根本上避免了電力電子裝置運行故障對用戶正常用電的不良影響。關(guān)于電能質(zhì)量：現(xiàn)有技術(shù)對電能質(zhì)量的治理是將已經(jīng)產(chǎn)生的諧波等慮除，這就必然浪費了一部分電能，減少了儲能電站的收益；而平衡變壓器是抑制（避免）諧波等的產(chǎn)生，它的機理不是慮除，所以基本沒有電能的浪費，所以采用平衡技術(shù)解決電能質(zhì)量問題與采用現(xiàn)有技術(shù)的治理方式，至少可以從三個方面大大提高儲能電站的收益：一、基本沒有運維費用；二、不會因為發(fā)生故障而影響用電；三、將原來需要治理的諧波等畸形電能直接提供給下游用電單位使用，不產(chǎn)生任何形式的浪費。
4、整流器和充電系統(tǒng)： 與目前通常采用的雙向變流器相比，成本有所增加，但是通過對電池矩陣的充電的個性化管理，一方面可以使儲能電池矩陣的儲能量增加20%左右，也可以理解為：可以減少電池安裝數(shù)量的20%左右，由于儲能電池的成本是儲能電站的最大的投資內(nèi)容，所以WL技術(shù)大大降低了儲能電站的建設(shè)成本；另一方面可以使電池的平均使用壽命延長15%左右，減少電池的更換次數(shù)，降低儲能電站的運行成本，使儲能電站收益最大化；
5、電池矩陣（電池組）： 將谷時時段（兩次充電的儲能電站還包括了平時時段）的低階電能儲存，待到峰時時段，通過逆變器向負載供電，將谷時電價的電能用于峰時，減少峰時從電網(wǎng)的直接用電，降低用電費用。這就是建設(shè)儲能電站的核心目的；
6、逆變器和自支撐電路：逆變器的基本功能是與現(xiàn)有技術(shù)基本相同的，將電池組所存儲的直流電能轉(zhuǎn)換成負載所需的交流電（一般為50Hz,380V或220V），向負載供電；在電池組放電的過程中，電池的電壓是在不斷下降的，雖然逆變器可以通過調(diào)整PWM的占空比適當(dāng)提高逆變生成的交流電的幅值（電壓），但是必須承認的事實是當(dāng)電池的電壓低到一定程度時，僅僅靠調(diào)整占空比已經(jīng)無法將逆變生成的交流電的幅值（電壓）提高到足以滿足輸出的電壓，此時即是達到了電池組放電的截止點（注意：這個截止點不是指的電池的放電截止電壓），此時電池組將不再向負載供電，以等待下一次的充電。而我們這里所采用的逆變電路配置了具有電壓自支撐功能的電路，在電池組達到現(xiàn)有技術(shù)無法繼續(xù)使儲能電池組繼續(xù)輸出電能的“放電的截止點”的時候，提供自增益，將電池組的電壓“撐”到可以滿足輸出的電壓，在不突破電池的放電深度底線的前提下，使儲能電池組所存儲的谷時電能更多的在峰時輸出，從而增加了儲能電站的收益。
現(xiàn)在大多數(shù)參與儲能電站的公司，事實上是很狹隘的：一是僅僅看到了峰谷差電價這一個收益點，二是一味的通過招標(biāo)壓低電池和配套設(shè)備的價格，各個公司大同小異毫無技術(shù)創(chuàng)意，這種僅靠客戶關(guān)系和壓低價格的低水平競爭，不僅使儲能電站的投資收益越來越低，而且很難提高用戶進行儲能電站建設(shè)的積極性，甚至阻礙了儲能電站的技術(shù)進步和發(fā)展。
我們首先在2013年提出了利用峰谷差電價進行局部電網(wǎng)節(jié)能改造，將低價時段的電能儲存起來，轉(zhuǎn)移到高價時段輸出給用戶使用，從而取得收益的設(shè)想。當(dāng)時我們就指出：
1、儲能電池的資金投入將是利用峰谷差電價進行儲能節(jié)能改造項目的最大成本支出；
2、由于儲能電站輸出的交流電是逆變所產(chǎn)生的，而且在電池充電環(huán)節(jié)使用了整流電路，所以儲能電站既向電網(wǎng)回饋了大量的諸如諧波等的畸形電能，同時向用戶的下游用電設(shè)備輸出的也是含有大量諸如諧波等畸形電能的劣質(zhì)電能。而治理畸形電能的電力電子裝置，不僅成本高，而且故障率高，更不可取的是現(xiàn)有的治理方法大多是將諧波濾除，這就白白浪費了很多的電能，進一步降低了儲能電站的投資收益；
3、目前在用的低壓局域電網(wǎng)，大多數(shù)自身就有著一些的需要通過改造解決的缺陷：諸如三相不平衡、無功較高、諧波超標(biāo)等等。利用峰谷差電價進行儲能節(jié)能改造，不但不能將新的缺陷疊加到用戶的局域電網(wǎng)，還應(yīng)該通過儲能電站的技術(shù)條件改造掉用戶局域電網(wǎng)原有的缺陷。
不管是從幾何學(xué)還是從物理學(xué)，我們都知道：三點才能形成一個平面。上面所提出的三個問題，就是支撐起儲能電站這一平臺的三個“點”。
1、儲能電池的成本不是工程集成商所能控制的，僅僅通過招標(biāo)壓價也解決不了根本問題。WL技術(shù)就是通過自身技術(shù)條件使儲能電站的電池投資減少20%以上，而且還可以大大延長電池的使用壽命，再加上“自支撐（自增益）”所增加的轉(zhuǎn)移電量，這就通過自身的技術(shù)創(chuàng)意，奠定了支撐“儲能平臺”的第一個“點”。
2、我們?yōu)閃L技術(shù)而開發(fā)的平衡變壓器可以抑制（避免）諧波等畸形電能的產(chǎn)生，它的機理不是慮除，而是將現(xiàn)有技術(shù)濾除掉的那些畸形電能“二次利用”，所以基本沒有電能的浪費。這是通過自身的技術(shù)創(chuàng)意，解決了支撐“儲能平臺”的第二個“點”。
僅有以上“兩個點”，就從點到線的形成了高水平儲能電站的全新技術(shù)路線。
3、無需增加任何成本及資金投入，WL技術(shù)最大限度的解決掉了用戶局域電網(wǎng)自身原有的：諸如三相不平衡、無功較高、諧波超標(biāo)等需要通過投資改造才能解決缺陷。
在儲能電站的設(shè)計和實施中，充分采用WL技術(shù)，才可以“從點到線---從線到面”全面提高儲能電站技術(shù)競爭力以及投資收益，有效的促進儲能電站的技術(shù)進步和發(fā)展。
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