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一、大型儲能系統分類(lèi)

按電氣結構劃分，大型儲能系統可以劃分為：

（1） 集中式：低壓大功率升壓式集中并網(wǎng)儲能系統，電池多簇并聯(lián)后與 PCS 相連，PCS 追求大功率、高效率，目前在推廣 1500V 的方案。

（2） 分布式：低壓小功率分布式升壓并網(wǎng)儲能系統，每一簇電池都與一個(gè) PCS 單元鏈接，PCS采用小功率、分布式布置。

（3） 智能組串式：基于分布式儲能系統架構，采用電池模組級能量?jì)?yōu)化、電池單簇能量控制、數字智能化管理、全模塊化設計等創(chuàng )新技術(shù)，實(shí)現儲能系統更高效應用。

（4） 高壓級聯(lián)式大功率儲能系統：電池單簇逆變，不經(jīng)變壓器，直接接入 6/10/35kv 以上電壓等級電網(wǎng)。單臺容量可達到 5MW/10MWh。

（5） 集散式：直流側多分支并聯(lián)，在電池簇出口增加 DC/DC 變換器將電池簇進(jìn)行隔離，DC/DC變換器匯集后接入集中式 PCS 直流側。

二、儲能集成技術(shù)路線(xiàn)對比

集中式方案：1500V取代1000V成為趨勢

隨著(zhù)集中式風(fēng)光電站和儲能向更大容量發(fā)展，直流高壓成為降本增效的主要技術(shù)方案，直流側電壓提升到 1500V 的儲能系統逐漸成為趨勢。相比于傳統 1000V 系統，1500V 系統將線(xiàn)纜、BMS硬件模塊、PCS 等部件的耐壓從不超過(guò) 1000V 提高到不超過(guò) 1500V。儲能系統 1500V 技術(shù)方案來(lái)源于光伏系統，根據 CPIA 統計，2021 年國內光伏系統中直流電壓等級為 1500V 的市場(chǎng)占比約49.4%，預期未來(lái)會(huì )逐步提高至近 80%。1500V 的儲能系統將有利于提高與光伏系統的適配度。

回顧光伏系統發(fā)展，將直流側電壓做到 1500V，通過(guò)更高的輸入、輸出電壓等級，可以降低交直流側線(xiàn)損及變壓器低壓側繞組的損耗，提高電站系統效率，設備（逆變器、變壓器）的功率密度提高，體積減小，運輸、維護等方面工作量也減少，有利于降低系統成本。以特變電工2016年發(fā)

布的 1500V 光伏系統解決方案為例，與傳統 1000V 系統相比，1500V 系統效率提升至少 1.7%，初始投資降低 0.1438 元/W，設備數量減少 30-50%，巡檢時(shí)間縮短 30%。

1500V儲能系統方案對比 1000V方案在性能方面亦有提升。以陽(yáng)光電源的方案為例，與 1000V系統相比，電池系統能量密度與功率密度均提升了 35%以上，相同容量電站，設備更少，電池系統、PCS、BMS 及線(xiàn)纜等設備成本大幅降低，基建和土地投資成本也同步減少。據測算，相較傳統方案，1500V 儲能系統僅初始投資成本就降低了 10%以上。但同時(shí)，1500V 儲能系統電壓升高后 電池串聯(lián)數量增加，其一致性控制難度增大，直流拉弧風(fēng)險預防保護以及電氣絕緣設計等要求也更高。

分布式方案：效率高，方案成熟

分布式方案又稱(chēng)作交流側多分支并聯(lián)。與集中式技術(shù)方案對比，分布式方案將電池簇的直流側并聯(lián)通過(guò)分布式組串逆變器變換為交流側并聯(lián)，避免了直流側并聯(lián)產(chǎn)生并聯(lián)環(huán)流、容量損失、直流拉弧風(fēng)險，提升運營(yíng)安全。同時(shí)控制精度從多個(gè)電池簇變?yōu)閱蝹€(gè)電池簇，控制效率更高。

山東華能黃臺儲能電站是全球首座百兆瓦級分散控制的儲能電站。黃臺儲能電站使用寧德時(shí)代的電池+上能電氣的 PCS 系統。根據測算，儲能電站投運后，整站電池容量使用率可達 92%左右，高于目前業(yè)內平均水平 7 個(gè)百分點(diǎn)。此外，通過(guò)電池簇的分散控制，可實(shí)現電池荷電狀態(tài)（SOC）的自動(dòng)校準，顯著(zhù)降低運維工作量。并網(wǎng)測試效率最高達 87.8%。從目前的項目報價(jià)來(lái)看，分散式系統并沒(méi)有比集中式系統成本更高。

分布式方案效率最高、成本增加有限，我們判斷未來(lái)的市場(chǎng)份額會(huì )逐漸增加。目前百兆瓦級在運行的電站選擇寧德時(shí)代、上能電氣的設備。與集中式方案相比，需要把 630kw 或 1.725MW 的集中式逆變器換成小功率組串式逆變器，對于逆變器制造廠(chǎng)商而言，如果其有組串式逆變器產(chǎn)品，疊加較強的研發(fā)能力，可以快速切入分布式方案。

智能組串式方案：一包一優(yōu)化、一簇一管理

華為提出的智能組串式方案，針對集中式方案中三個(gè)主要問(wèn)題進(jìn)行解決：

（1）容量衰減。傳統方案中，電池使用具有明顯的“短板效應”，電池模塊之間并聯(lián)，充電時(shí)一個(gè)電池單體充滿(mǎn)，充電停止，放電時(shí)一個(gè)電池單體放空，放電停止，系統的整體壽命取決于壽命最短的電池。

（2）一致性。在儲能系統的運行應用中，由于具體環(huán)境不同，電池一致性存在偏差，導致系統容量的指數級衰減。

（3）容量失配。電池并聯(lián)容易造成容量失配，電池的實(shí)際使用容量遠低于標準容量 。

智能組串式解決方案通過(guò)組串化、智能化、模塊化的設計，解決集中式方案的上述三個(gè)問(wèn)題：

（1）組串化。采用能量?jì)?yōu)化器實(shí)現電池模組級管理，采用電池簇控制器實(shí)現簇間均衡，分布式空調減少簇間溫差。

（2）智能化。將 AI、云 BMS 等先進(jìn) ICT 技術(shù)，應用到內短路檢測場(chǎng)景中，應用 AI 進(jìn)行電池狀態(tài)預測，采用多模型聯(lián)動(dòng)智能溫控策略保證充放電狀態(tài)最優(yōu)。

（3）模塊化。電池系統模塊化設計，可單獨切離故障模組，不影響簇內其它模組正常工作。將 PCS 模塊化設計，單臺 PCS 故障時(shí)，其它 PCS 可繼續工作，多臺 PCS 故障時(shí)，系統仍可保持運行。

高壓級聯(lián)方案：無(wú)并聯(lián)結構的高效方案

高壓級聯(lián)的儲能方案通過(guò)電力電子設計，實(shí)現無(wú)需經(jīng)過(guò)變壓器即可達到6-35kv并網(wǎng)電壓。

以新風(fēng)光35kv解決方案為例，單臺儲能系統為12.5MW/25MWh系統，系統電氣結構與高壓SVG類(lèi)似，由 A、B、C 三相組成。每相包含 42 個(gè) H 橋功率單元配套 42 個(gè)電池簇。三相總共 126 個(gè) H 橋功率單元共 126 簇電池簇，共存儲 25.288MWh 電量。每簇電池包含 224 個(gè)電芯串聯(lián)而成。

高壓級聯(lián)方案的優(yōu)勢體現在：

（1）安全性。系統中無(wú)電芯并聯(lián)，部分電池損壞，更換范圍窄，影響范圍小，維護成本低。

（2）一致性。電池組之間不直接連接，而是經(jīng)過(guò) AC/DC 后連接，因此所有電池組之間可以通過(guò) AC/DC 進(jìn)行 SOC 均衡控制。電池組內部只是單個(gè)電池簇，不存在電池簇并聯(lián)現象，不會(huì )出現均流問(wèn)題。電池簇內部通過(guò) BMS實(shí)現電芯之間的均衡控制。因此，該方案可以最大程度利用電芯容量，在交流側同等并網(wǎng)電量情況下，可以安裝較少的電芯，降低初始投資。

（3）高效率。由于系統無(wú)電芯/電池簇并聯(lián)運行，不存在短板效應，系統壽命約等同于單電芯壽命，能最大限度提升儲能裝置的運行經(jīng)濟性。系統無(wú)需升壓變壓器，現場(chǎng)實(shí)際系統循環(huán)效率達到 90%。

高壓級聯(lián)方案作為一種新的技術(shù)路線(xiàn)，有待運行驗證:

（1）技術(shù)方面，一方面，高壓級聯(lián)方案每一相都是 35kv，電磁環(huán)境惡劣，對 BMS 控制提出更高要求。另一方面，高壓級聯(lián)方案為交流側并聯(lián)，選擇多個(gè) H 橋連接，ABC 三相交流電，每一相都有多個(gè) H 橋串聯(lián)，可靠性降低，為了提升可靠性，必須進(jìn)行冗余設計，如果某個(gè) H 橋故障，可以切換到旁路電路。

（2）運營(yíng)方面，35kv 儲能系統中直流側和交流側放在同一位置，運行維護的難度加大，存在一定的安全風(fēng)險。當前高壓級聯(lián)方案滲透率依然較低，需要經(jīng)過(guò)多個(gè)項目驗證可靠性和穩定性。

從項目?jì)r(jià)格來(lái)看，高壓級聯(lián)方案的儲能項目報價(jià)與傳統項目?jì)r(jià)格相近。2022 年 4 月，金盤(pán)科技和天津瑞源電氣聯(lián)合體中標的中廣核海南白沙邦溪 25MW/50MWh 儲能項目投標價(jià)格 6499.9166 萬(wàn)元，單價(jià) 1.30 元/wh。

集散式方案：直流隔離+集中逆變

集散式方案又稱(chēng)作直流側多分支并聯(lián)，在傳統集中式方案的基礎上，在電池簇出口增加 DC/DC變換器將電池簇進(jìn)行隔離，DC/DC 變換器匯集后接入集中式 PCS 直流側，2~4 臺 PCS 并聯(lián)接入一臺就地變壓器，經(jīng)變壓器升壓后并網(wǎng)。系統中通過(guò)增加 DC/DC直流隔離，避免直流并聯(lián)產(chǎn)生的直流拉弧、環(huán)流、容量損失，大大提高了系統的安全性，從而提升系統效率。但由于系統需要經(jīng)過(guò)兩級逆變，對系統效率有反向影響。

三、總結

儲能電站五大集成技術(shù)路線(xiàn)匯總對比

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