吳俊勇, 梅東升，張巨瑞，郝亮亮，熊飛，艾洪克，苗青

(1. 北京交通大學(xué)電氣工程學(xué)院，北京市100044；2. 北京能源投資(集團(tuán))有限公司，北京市100022；3.北京京能清潔能源電力股份有限公司，北京市100028)

一種MW級大功率電池儲能變流器關(guān)鍵技術(shù)及其工程應(yīng)用

吳俊勇1, 梅東升2，張巨瑞3，郝亮亮1，熊飛1，艾洪克1，苗青1

(1. 北京交通大學(xué)電氣工程學(xué)院，北京市100044；2. 北京能源投資(集團(tuán))有限公司，北京市100022；
3.北京京能清潔能源電力股份有限公司，北京市100028)

大功率大容量電池儲能是建設(shè)智能電網(wǎng)和未來儲能電站的關(guān)鍵技術(shù)，在可再生能源并網(wǎng)、電力系統(tǒng)調(diào)頻調(diào)峰和需求側(cè)響應(yīng)等方面有著廣泛應(yīng)用。提出一種MW級大功率大容量儲能變流器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及其控制策略，在北京市科學(xué)技術(shù)委員會和京能集團(tuán)的大力支持下，從基礎(chǔ)理論、仿真分析、實(shí)驗(yàn)室低壓物理模型驗(yàn)證和MW級示范工程等全流程，驗(yàn)證本文所提出的技術(shù)路線的可行性和正確性。實(shí)踐證明，所提出的大功率儲能變流器的技術(shù)路線為未來建設(shè)MW級乃至數(shù)十MW級儲能電站奠定了技術(shù)基礎(chǔ)，達(dá)到了工程實(shí)用化應(yīng)用水平。

儲能電站；電池儲能；儲能變流器；隔離型DC/DC；H橋級聯(lián)

0 引 言

在化石能源枯竭和環(huán)境保護(hù)的雙重壓力下，我國能源產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)亟待轉(zhuǎn)型，可再生能源發(fā)電所占比例不斷提高[1]。由于光伏發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電所固有的間歇性和波動性，使儲能成為有效利用可再生清潔能源必不可少的關(guān)鍵技術(shù)之一。從技術(shù)上講，儲能可分為抽水蓄能、電池儲能、儲熱、蓄冷、壓縮空氣儲能、飛輪儲能等多種類型。抽水蓄能(電站)受地理環(huán)境條件的限制，建設(shè)成本較大，在我國應(yīng)用不多，成為電力系統(tǒng)調(diào)度中調(diào)頻調(diào)峰的稀缺資源。儲熱、蓄冷、壓縮空氣儲能和飛輪儲能等，或者技術(shù)上不夠成熟，或者成本太高，相比較而言，電池儲能是最傳統(tǒng)、最成熟，也是市場上應(yīng)用最多的儲能技術(shù)。近年來，隨著各種新材料的出現(xiàn)和應(yīng)用，各種新型電池技術(shù)和產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)，如磷酸鐵鋰電池、全釩液流電池、超級電容器等，在電動汽車、光伏發(fā)電、需求側(cè)響應(yīng)等領(lǐng)域，扮演著越來越重要的角色[2]。

據(jù)中關(guān)村儲能產(chǎn)業(yè)技術(shù)聯(lián)盟(China Energy Storage Alliance，簡稱CNESA)統(tǒng)計(jì)，截止2014年底，全國應(yīng)用于電力系統(tǒng)的儲能(不含抽蓄、壓縮空氣和儲熱)累計(jì)84.4 MW，2015年新增31 MW，年增長58%，較上一年度提升14%，增幅明顯。從技術(shù)上講，鋰離子電池、鉛酸電池和液流電池分別占74%、14%和10%，幾乎占據(jù)整個儲能市場。從應(yīng)用上講，用戶側(cè)領(lǐng)域占50%，集中于海島、偏遠(yuǎn)地區(qū)、工業(yè)園區(qū)和低碳城鎮(zhèn)等，可再生能源發(fā)電并網(wǎng)(主要是風(fēng)電場)和電動汽車(光儲式電動汽車充換電站、V2G、需求響應(yīng)等)各占27%和13%。2015年3月，國務(wù)院陸續(xù)頒布了《關(guān)于進(jìn)一步深化電力體制改革的若干意見》和《關(guān)于推進(jìn)售電側(cè)改革的實(shí)施意見》等6個配套文件，強(qiáng)有力地啟動了第2輪中國電力體制改革，在“監(jiān)管中間，放開兩頭”的總框架下，積極有序地推進(jìn)售電側(cè)開放，并在北京和廣州成立了2個區(qū)域性的電力交易中心。

2016年3月，發(fā)改委能源局頒布了《關(guān)于推進(jìn)“互聯(lián)網(wǎng)+”智慧能源發(fā)展的指導(dǎo)意見》，積極推進(jìn)能源互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)，文中22處提到了儲能，提出“推動集中式與分布式儲能協(xié)同發(fā)展，開發(fā)儲電、儲熱、儲冷、清潔燃料存儲等多類型、大容量、低成本、高效率、長壽命儲能產(chǎn)品及系統(tǒng)”，使儲能成為智能電網(wǎng)和能源互聯(lián)網(wǎng)必不可少的關(guān)鍵技術(shù)之一，確立儲能在我國能源產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型中的戰(zhàn)略地位。同月，國家能源局發(fā)布了《推動電儲能參與“三北”地區(qū)調(diào)峰輔助服務(wù)的通知(草案)》征求意見稿，提出發(fā)電側(cè)10 MW/4 h以上的集中式大功率大容量儲能設(shè)施，和用戶側(cè)的分布式儲能設(shè)備均可參與電力系統(tǒng)調(diào)峰輔助服務(wù)，并獲得相應(yīng)回報(bào)。據(jù)測算，此舉可使儲能設(shè)施的投資回收率縮短40%，開啟了大功率大容量儲能的商業(yè)化發(fā)展之路。

綜上所述，國內(nèi)的儲能市場正在啟動和不斷成長，在相關(guān)政策的激勵下，可以預(yù)見在未來2到3年，儲能市場將面臨一個爆發(fā)性增長，特別在光伏+儲能、電力系統(tǒng)調(diào)頻調(diào)峰、需求側(cè)管理與微電網(wǎng)、電動汽車相關(guān)應(yīng)用上值得期待。據(jù)CNESA預(yù)測，2020年中國儲能市場容量將達(dá)67 GW(含35 GW抽蓄)，迎來“儲能元年”。

1 大功率電池儲能技術(shù)的問題分析

電池儲能系統(tǒng)按照功率和應(yīng)用場景來分，可分為分布式儲能和集中式儲能兩大類。目前由于大功率電力電子開關(guān)器件如IGBT(insulated gate bipolar transistor)、碳化硅器件等的最大耐壓和最大電流參數(shù)的限制，單臺儲能變流器(power conversion system, PCS)的功率一般不大于0.5 MW。這個功率級別的變流器應(yīng)用于用戶側(cè)分布式儲能的場合一般是夠用的，但若需要建設(shè)類似電力系統(tǒng)儲能電站的大功率大容量儲能系統(tǒng)，目前在工程實(shí)際中一般是多臺變流器在低壓交流側(cè)并聯(lián)運(yùn)行，再通過多臺升壓變壓器接入10, 35或110 kV的高壓電力系統(tǒng)中。多臺變流器并聯(lián)運(yùn)行時，由于每臺變流器都是獨(dú)立控制的，甚至是不同廠家不同電池的產(chǎn)品，輸出電壓的不同會帶來“環(huán)流”和附加損耗。為將這種負(fù)面效應(yīng)降到最低，并聯(lián)運(yùn)行的變流器不宜太多，一般不超過4～6臺，這就需要更多的低壓匯流母線和更多的升壓變壓器。變壓器正常運(yùn)行時會有較大的無功功率損耗，一般接近通過其有功功率的12%，整個儲能電站的眾多變壓器將帶來較大的無功損耗，必須配置無功補(bǔ)償?shù)雀郊釉O(shè)備。

以我國兩大電網(wǎng)公司為例，國家電網(wǎng)公司在張北建設(shè)了全國最大的風(fēng)光儲輸示范工程，其中的儲能系統(tǒng)是20 MW/95 MW·h，包括了能量型鋰電池、功率型鋰電池、液流電池和鈉硫電池4種不同類型電池和多個廠家的儲能產(chǎn)品，整個儲能系統(tǒng)共使用70臺PCS和13臺升壓變壓器。南方電網(wǎng)公司在深圳寶清建設(shè)了4 MW/16 MW·h的儲能示范工程，整個儲能系統(tǒng)包含8個功能模塊，每個模塊500 kW/2 M·h，由16個DC/AC變器換、96個DC/DC變器換和96個電池陣列組成，有直流匯流和交流匯流的兩級匯流。

從以上2個最具代表性的大功率大容量電池儲能系統(tǒng)(電站)的工程實(shí)例可見，目前我國大功率電池儲能項(xiàng)目都是沿用了分布式儲能的技術(shù)路線，有眾多小功率的PCS在交流側(cè)匯流，逐級升壓接入電力系統(tǒng)。這種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不但占地面積大，電纜線路和通信線路長，輔助設(shè)備多，而且控制系統(tǒng)復(fù)雜、協(xié)調(diào)困難，環(huán)流帶來的有功損耗和變壓器帶來的無功損耗都較大，降低了整個系統(tǒng)的運(yùn)行效率，不能適應(yīng)未來建設(shè)更大功率更大容量儲能電站的需求，亟需技術(shù)上的突破和創(chuàng)新。

2 組合級聯(lián)式大功率儲能變流器

本文提出一種適用于未來儲能電站的組合級聯(lián)式大功率儲能變流器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如圖1所示。整個系統(tǒng)由拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)完全相同的ABC三相組成，中性點(diǎn)接成星型，每相都由鏈?zhǔn)紻C/AC變換器、直流電容器、高頻隔離型DC/DC變換器和電池陣列構(gòu)成，交流側(cè)可直接接入高壓電力系統(tǒng)。DC/DC變換器可選擇半橋和全橋2種類型，工作頻率為10 KHz，中間含高頻隔離變壓器，實(shí)現(xiàn)高壓側(cè)和低壓側(cè)的電氣隔離，確保電池陣列和人員安全。這有助于提高系統(tǒng)的功率密度，減小裝置體積。一般來說，根據(jù)裝置額定功率的大小，可選擇雙半橋/雙全橋隔離型DC/DC變換器。這類變換器基于移相控制原理，通過調(diào)節(jié)高頻變壓器原副邊方波電壓之間的相位差來控制有功功率傳輸?shù)拇笮『头较??？刂撇呗院唵畏奖?，易于?shí)現(xiàn)[3-4]。

圖1 組合級聯(lián)式大功率儲能變流器Fig.1 Cascade large-scale ESS converter

這種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢是：(1)真正實(shí)現(xiàn)集中式大功率儲能，采用10～12個H橋級聯(lián)接入10 kV電網(wǎng)，功率可達(dá)1～10 MW；采用38～42個H橋級聯(lián)接入35 kV電網(wǎng)，功率可達(dá)30～50 MW，徹底突破了現(xiàn)有開關(guān)器件的限制，成為未來儲能電站的首選技術(shù)；(2)不需變壓器，可直接接入10 kV和35 kV高壓電網(wǎng)，沒有附加的無功損耗；(3)相當(dāng)于多臺變流器并列運(yùn)行，裝置內(nèi)部采用集中控制，整個系統(tǒng)功率調(diào)節(jié)范圍大，響應(yīng)速度快，可達(dá)ms級，遠(yuǎn)優(yōu)于現(xiàn)有的系統(tǒng)調(diào)峰調(diào)頻資源；(4)整個系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)四象限運(yùn)行，既可調(diào)節(jié)有功功率，也可調(diào)節(jié)無功功率，既可作為儲能系統(tǒng)運(yùn)行，也可作為SVG(static var generator)無功補(bǔ)償裝置使用，即“一機(jī)兩用”；(5)多級級聯(lián)，可帶電維護(hù)，系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性高；(6)實(shí)現(xiàn)了高/低壓電氣隔離，系統(tǒng)的安全性好；(7)半橋/全橋的DC/DC變換器設(shè)計(jì)靈活，電壓匹配能力強(qiáng)，當(dāng)電池陣列直流電壓在較大范圍內(nèi)波動時,可維持DC/AC直流電壓恒定，保證系統(tǒng)正常運(yùn)行；(8)可適用于多種不同類型電池，包括鋰離子電池、鉛酸電池、液流電池，甚至淘汰下來的電動汽車動力電池，可實(shí)現(xiàn)動力電池的梯次化利用，變廢為寶；(9)可在DC/DC變換器的低壓側(cè)采用多端口技術(shù)，混合接入能量型電池(如磷酸鐵鋰電池、鉛酸電池或全釩液流電池)和功率型電池(如超級電容器)，構(gòu)成混合儲能系統(tǒng)，并采用自適應(yīng)優(yōu)化控制策略，讓功率型電池承擔(dān)高頻功率波動，讓能量型電池承擔(dān)低頻功率波動，既可以有效延長鋰電池壽命，又可以提高整個系統(tǒng)的響應(yīng)速度[5-7]。

3 仿真驗(yàn)證

為了驗(yàn)證本文提出的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的有效性和正確性，在matlab/simulink中搭建了一個基于該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的儲能變流器仿真模型。仿真模型中的DC/DC變換器采用的是雙全橋隔離型DC/DC變換器，其具體參數(shù)如表1所示。

表1 仿真模型的主要參數(shù)
Table 1 Main parameters of simulation model

在該拓?fù)渲校珼C/DC變換器負(fù)責(zé)各個H橋直流側(cè)電壓，即DC/DC變換器高壓側(cè)直流電壓Udca1,Udcan的恒定，DC/DC變換器可采用恒壓閉環(huán)控制策略。交流側(cè)級聯(lián)H橋變換器負(fù)責(zé)有功和無功功率的傳輸以及控制，因此可以采用常見的PQ解耦的控制策略[3,8]。除此以外，由于該拓?fù)涓鱾€端口低壓側(cè)相互獨(dú)立，這就允許每個端口所接電池的類型和容量可以不同，因此需要對各個電池端口的電池組的荷電狀態(tài)(state of charge, SOC)進(jìn)行均衡控制，以確保整個裝置的正常運(yùn)行[5-10]。

圖2給出了本文提出的組合級聯(lián)式大功率儲能變流器在當(dāng)功率指令從反向額定值階躍至正向額定值時相關(guān)工作波形。從圖可見，交流側(cè)三相電壓保持不變，而三相并網(wǎng)電流在2個周波內(nèi)就達(dá)到了新的穩(wěn)定工作狀態(tài)，響應(yīng)速度較快。H橋直流側(cè)電壓在功率指令階躍變化瞬間會出現(xiàn)一定程度的跌落，但是隨即在DC/DC變換器電壓閉環(huán)的控制作用下重新回到600 V的額定值附近。

4 實(shí)驗(yàn)室驗(yàn)證

為了進(jìn)一步驗(yàn)證本文提出的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的正確性和可行性，搭建了一臺小功率低壓原型機(jī)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，如圖3所示。原型機(jī)中的DC/DC變換器采用的是雙半橋隔離型DC/DC變換器，交流側(cè)H橋采用日本三菱公司的智能功率模塊PM75B4LA060，DC/DC變換器采用艾賽斯公司的Mosfet IXFX160N30T，其具體參數(shù)如表2所示。

圖2 組合級聯(lián)式大功率儲能變流器相關(guān)工作波形Fig.2 Work waveform of cascade large-scale ESS converter

圖3 實(shí)驗(yàn)原型機(jī)實(shí)物圖Fig.3 Picture of the test bed

圖4給出了實(shí)驗(yàn)原型機(jī)交流側(cè)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行的相關(guān)工作波形。圖4(a)為單位功率因數(shù)，6 kW額定功率運(yùn)行下變換器A相輸出電壓Uca以及三相并網(wǎng)電流的波形。圖4(b)、4(c)分別為只吸收無功功率，正、負(fù)3 kvar時變換器A相輸出電壓Uca以及三相并網(wǎng)電流的波形。從圖可見，變換器既可調(diào)節(jié)有功功率，也可調(diào)節(jié)無功功率，既可作為儲能系統(tǒng)運(yùn)行，也可作為無功補(bǔ)償裝置使用，實(shí)現(xiàn)了“一機(jī)兩用”功能。

圖4 實(shí)驗(yàn)原型機(jī)相關(guān)工作波形Fig.4 Work waveform of the test bed

5 示范工程

為了實(shí)現(xiàn)該項(xiàng)大功率電池儲能技術(shù)的工程化應(yīng)用，從2013年起由北京能源投資集團(tuán)公司(簡稱京能)、北京交通大學(xué)、北京科銳博潤電力電子公司等組成攻關(guān)團(tuán)隊(duì)，研發(fā)1 MW/1 MW·h的大功率儲能系統(tǒng)，用于京能集團(tuán)延慶八達(dá)嶺30 MW光伏電站的功率調(diào)節(jié)和并網(wǎng)控制。該項(xiàng)目得到了北京市科學(xué)技術(shù)委員會(簡稱北京市科委)的大力支持，列為北京市科技計(jì)劃項(xiàng)目“光伏并網(wǎng)用統(tǒng)一功率控制裝備及直流微網(wǎng)技術(shù)研究與示范應(yīng)用”，并得到了京能集團(tuán)企業(yè)配套資金的支持。

該儲能工程項(xiàng)目總體方案如圖5所示。30 MW光伏陣列通過0.27 kV/35 kV升壓變壓器匯入35 kV母線。儲能裝置通過5 kV/35 kV升壓變壓器匯入35 kV母線。儲能裝置與光伏場在35 kV母線上并聯(lián)后再通過主變壓器匯入110 kV母線。光伏場出力具有間歇性和隨機(jī)性，通過調(diào)整儲能裝置的出力可以平抑光伏場對110 kV母線輸出功率的波動。該儲能裝置的控制策略可以分為3級：系統(tǒng)級、DC/AC級和DC/DC級。

圖5 京能30 MW光伏電站和儲能系統(tǒng)示意圖Fig.5 Jingneng 30 MW PV Station and ESS System

(1) 系統(tǒng)級。這部分包括“光伏電站實(shí)時功率監(jiān)測”、“光伏電站功率預(yù)報(bào)”和“并網(wǎng)限制要求”等系統(tǒng)級功能。根據(jù)光伏電站功率預(yù)報(bào)值和監(jiān)測到的實(shí)時功率，得到功率預(yù)報(bào)的誤差，再根據(jù)并網(wǎng)限制要求(如最大輸出功率限制、最大有功功率上升率限制等)，得到儲能裝置功率給定值Pref[1]。

(2) DC/AC級。這部分包括級聯(lián)H橋變換器電網(wǎng)電壓定向功率解耦控制和各級聯(lián)H橋單元驅(qū)動脈沖生成及其分配[6-7]。

(3) DC/DC級。這部分包括DC/DC輸出直流電壓恒定控制和各DC/DC變換器移相脈沖的生成及其分配[6]。

在整個項(xiàng)目的研發(fā)過程中，由北京交通大學(xué)電氣工程學(xué)院吳俊勇教授領(lǐng)導(dǎo)的科研團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)新型大功率電池儲能變流器的基礎(chǔ)理論、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和控制策略、建模仿真驗(yàn)證、實(shí)驗(yàn)室低壓物理模型驗(yàn)證等工作，并指導(dǎo)和協(xié)助北京科銳博潤公司生產(chǎn)1 MW·h儲能變流器。項(xiàng)目組還申請了多項(xiàng)知識產(chǎn)權(quán)，其中發(fā)明專利2項(xiàng)(申請?zhí)枺?01310088405.0，201610245058.1)。示范工程裝置主要參數(shù)如表3所示。DC/DC變換器采用隔離型雙全橋移相拓?fù)?。DC/DC與DC/AC變換器都采用英飛凌公司的FF200R12KS4型號IGBT。

表3 1 MW/1 MW·h示范工程主要參數(shù)
Table 3 Main parameters of 1 MW/1 MW·h demanstration project

由于廠區(qū)實(shí)驗(yàn)條件限制，將實(shí)際1 MW/1 MW·h工程裝置(9級聯(lián))拆成3臺3級聯(lián)H橋變換器，分別并入電網(wǎng)進(jìn)行滿功率出廠測試以及驗(yàn)證。目的是驗(yàn)證裝置控制策略的正確性和檢驗(yàn)功率變換器等硬件設(shè)施的完好。圖6為實(shí)際裝置進(jìn)行廠區(qū)測試的測試平臺。其中，每個變流柜中包含3臺雙全橋DC/DC變換器以及3臺H橋變換器，完整工程裝置應(yīng)包含總共9個變流柜以實(shí)現(xiàn)1 MW的雙向功率傳輸。

出廠測試相關(guān)實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖7所示。其中，UaH為10 kV側(cè)電網(wǎng)采集的A相電壓；Uca為儲能裝置實(shí)際輸出端電壓；IaL為1.3 kV側(cè)裝置并網(wǎng)電流；IaH為10 kV側(cè)相電流。

從圖7(a)可見，Uca為七電平脈沖寬度調(diào)制波形，說明變換器采用的是3級聯(lián)載波移相調(diào)制方式。10 kV/1.33 kV變壓器為DY11聯(lián)結(jié)組別的變壓器，因此高低壓側(cè)相電壓之間相差30°。IaH和UaH幾乎重合，說明儲能裝置控制并入高壓側(cè)電網(wǎng)的功率因數(shù)接近1。電流IaL幅值約185 A左右，因此可計(jì)算此時儲能裝置以單位功率因數(shù)向10 kV側(cè)輸出330 kW的有功功率，三相9級級聯(lián)實(shí)現(xiàn)了1 MW有功功率的雙向流動。

圖6 示范工程實(shí)物照片F(xiàn)ig.6 Pictures of demonstration project

從圖7(b)、7(c)可見，當(dāng)有功指令在0與滿功率之間階躍變化時，儲能裝置能夠迅速做出響應(yīng)，其低壓側(cè)并網(wǎng)電流能夠在1個工頻周期內(nèi)達(dá)到穩(wěn)態(tài)，響應(yīng)速度快，動態(tài)性能良好，完全能夠滿足工程實(shí)際需求。

6 結(jié) 論

MW級大功率大容量儲能變流器是建設(shè)智能電網(wǎng)和未來儲能電站的關(guān)鍵技術(shù)，在可再生能源并網(wǎng)、減少棄風(fēng)棄光、系統(tǒng)調(diào)頻調(diào)峰和需求側(cè)響應(yīng)等方面有廣泛應(yīng)用，具有戰(zhàn)略意義。本文提出了一種MW級大功率大容量儲能變流器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及其控制方法，通過理論研究、仿真分析、實(shí)驗(yàn)室低壓物理模型驗(yàn)證和示范工程等，全面驗(yàn)證了該技術(shù)路線的可行性和先進(jìn)性，達(dá)到了工程實(shí)用化應(yīng)用水平，為未來建設(shè)MW級乃至數(shù)十MW級儲能電站奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。

圖7 示范工程實(shí)物裝置的工作波形Fig.7 Work waveform of demonstration project device

感謝北京市科委和京能集團(tuán)對本項(xiàng)目的大力支持和資助。

致 謝

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苗青(1989) 女，碩士，主要從事儲能變流器方面的研究工作。

(編輯 劉文瑩)

Key Technology and Its Application of MW-Scale Converter in Battery Energy Storage System

WU Junyong1, MEI Dongsheng2, ZHANG Jurui3, HAO Liangliang1, XIONG Fei1, AI Hongke1, MIAO Qing1

(1.School of Electrical Engineering, Beijing Jiaotong University, Beijing 100044, China; 2.Beijing Energy Investment Group Company, Beijing 100022, China; 3. Beijing Jingneng Clean Energy Electrical Co., Ltd., Beijing 100028, China)

Large-scale battery energy storage system (ESS) is the key technology of smart grid and future ESS station, which will be widely applied in renewable energy integration, power system frequency and peak load adjustment, and demand response, etc. This paper presents the topological structure and control strategy of a MW-scale ESS converter. Based on the strong support of Beijing Science & Technology Administration and Jingneng Group, this paper verifies the feasibility and correctness of the proposed technical route, from the whole processes of basic theory, simulation analysis, low voltage physical model in laboratory and MW-scale demonstration project. The practice shows that the proposed technical route for the large-scale ESS converter has laid the technological foundation for the future MW or ten MW ESS station, which has achieved the level of engineering practical application.

ESS station; battery ESS; ESS converter; isolated DC/DC; H bridge cascade

北京市科技計(jì)劃項(xiàng)目資助項(xiàng)目(D131104002013003)

TM 46

A

1000-7229(2016)08-0045-07

10.3969/j.issn.1000-7229.2016.08.007

2016-05-05

吳俊勇(1966)，男，通信作者，博士，教授，博士生導(dǎo)師，主要研究方向?yàn)橹悄茈娋W(wǎng)、能源互聯(lián)網(wǎng)、儲能技術(shù)；

梅東升(1968)，男，高級工程師，主要從事能源投資行業(yè)的技術(shù)及管理工作；

張巨瑞(1967)，男，高級工程師，從事燃?xì)獍l(fā)電、風(fēng)電、水電、光伏發(fā)電等清潔能源方面的技術(shù)管理工作；

郝亮亮(1985)，男，副教授，主要從事電力系統(tǒng)保護(hù)與新能源技術(shù)相關(guān)研究工作；

熊飛(1990)，男，博士生，主要從事儲能變流器方面的研究工作；

艾洪克(1989)，女，碩士，主要從事儲能變流器方面的研究工作；