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摘要：当前储能系统[1]的技术路线有集中式和组串式两种，集中式储能方案是一种较为传统的技术路线，电池模块直接并联，电压被强制平衡。充电时，有一个电池单体充满，并联的全部电池簇都要停止充电。同样，放电时，有一个电池单体放空，并联的全部电池簇都要停止放电。这就是所谓的‘木桶效应’，系统的整体寿命取决于寿命最短的电池。而组串式储能方案是一种新颖的技术架构和路线。组串式储能解决方案是把全部电池分成若干个电池簇，每个电池簇再继续分成若干个电池包。每一簇都有控制器，每一包都有优化器。通过优化器，可以实现每个电池包单独充放；电池管理系统可以通过智能控制器单独调节每个电池簇的工作电压，让充放电电流保持一致，从根本上避免了偏流的产生。
关键词：组串式；储能系统；特性；应用
1 研究内容
1.1 系统架构类型
当前储能系统的技术路线有集中式和组串式两种，集中式储能方案是一种较为传统的技术路线，而组串式储能方案是一种新颖的技术架构和路线。两中技术路线的对比如下表所示。
表1.1-1 储能系统主流技术方案对比
关键性能 | 组串式 | 集中式 |
更高放电 | 采用电池包级优化，避免电池簇内模块串联失配导致容量损失，采用智能单簇电池簇控制器，避免环流导致容量损失。生命周期内放电量提升15% 以上。 | 无电池包均衡设计，簇内电池包间无优化，串联失配导致电池簇无法满充满放，电池簇实际可用容量低于本身的可用容量；电池簇直接并联，无簇级电压调节能力，簇间差异会降低可用容量和可用功率。 |
更优投资 | 采用高密工厂预置化安装方案，现场交付成本可降低1~3 分/Wh；支持新旧混用和灵活补电模式，相比传统集中式方案，初始电池配置可降低30% 以上， 实现更低初始成本。 | 初始及总投资较高，无法补电，需初期超配30%以上储能容量。 |
极简运维 | 更换电池无需人工调整SOC，免定期SOC标定。站上运维人员直接更换电池包；降低相关运维成本90% 以上。 | 需专家人工上站调整备件电池SOC 和定期进行SOC标定 |
AI 内短路 检测 | 内短路预测功能。针对突发型内短路和衍生型内短路通过AI 离群算法检测进行准确预警和保护， 储能系统安全性提升90%以上。 | 难以识别内短路故障，存在火灾风险。 |
模块化系统设计 | 温控系统、电池系统及PCS 均采用模块化设计，系统可用度99.9% 以上 | 无模块化设计，PCS 故障影响整个集装箱，系统可用度仅为97%-98% |
1.2主流PCS架构说明
目前大规模应用的储能变流器主要有集中式PCS架构，单簇管理+模块化PCS单级架构和单簇管理+模块化PCS双极架构几种类型。
（1）集中式储能PCS架构
集中式架构系统示意图
如上图所示，集中式储能PCS架构主要特征为：电池模块串联为电池簇后，每簇配置一个高压盒，然后经过多簇并联汇流后，集中接入一台功率较大的集中式PCS，然后进行交流升压35KV。
（2）单簇管理+模块化PCS双极架构
单簇管理+模块CPS双级架构系统示意图
如上图所示，单簇管理+模块化PCS双级架构主要特征为：电池模块串联为电池簇后，电池簇不汇流而直接接入一台簇控制器（DCDC变化器），直流进行汇流后，再接入模块PCS，实现单簇管理+双级架构的功能，然后进行交流升压到35KV。
2 结果分析
从储能系统需求出发，以精细化管理提升发电量、安全性、并网友好型、高效运维及系统可用度等方面针对以上不同架构进行分析对比，如下表所示。
表2-1 不同储能PCS架构性能对比
架构类型 对比内容 | 架构1：集中式储能PCS架构 | 架构2：单簇管理+模块化PCS双极架构 |
架构介绍 | 多簇电池并联汇流接入集中式大功率PCS，升压并网 | 每个电池簇由1个DC/DC单独管理，输出汇集后连接到多台模块化DC/AC变换器，升压并网 |
放电量 | 低，存在簇间并联失配，可用容量和可用功率会有损失 | 高，消除电池簇并联失配，放电量较方案1提升6%以上 |
系统配置灵活性 | 灵活性差，无法新旧电池混用；扩容时需要同时增加电池和PCS，影响交流容量 | 灵活性高，可不同簇不同配置，新旧共用。扩容不影响交流容量 |
并网性能 | 满足基本国标 | 满足国标，同时高电压穿越前后储能系统充放电功率变化小于≤10% |
可维护性 | 差，集中式大机，专家上站维护 | 好，模块化DCDC，PCS易维护。、 |
可用度 | 低，模块无法故障单独隔离，PCS集中式 | 高，模块可单独隔离，DCDC模块化，PCS模块化。可用度最高 |
安全性 | 低，模块无法单独隔离，簇间环流 | 高，消除簇间环流。 |
3 结论
从放电量、系统灵活配置、并网性能、可维护性、可用度及安全性等多方面对比，特别是系统LCOS和安全性方面作为核心比选考量。“单簇控制+模块化PCS双极架构”类型的PCS比集中型PCS更有优势。
参考文献：
[1]陈静江. 电力系统中储能技术的应用 [J]. 电子测试, 2016(24).
[2]刘刚, 梁燕, 胡四全,等. 电池储能系统双向PCS的研制. 电力电子技术, 2010(10)
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