出席领导：国投电力储能专家 李总
储能热管理基本情况介绍：
主持人：请李总对储能做一个简单的介绍，以国家电投为例，各大大型发电集团对储能的布局和商业模式，另外就是储能热管理目前市场规模、技术路线以及未来的发展趋势。
A：储能可以分为发电侧、电网侧和用户侧储能。发电侧包括“5大4小”，“5大”发电集团：国电投、华能、华电、国家能源集团和大唐，“4小”指地方性规模稍小的发电集团。电网侧主要就是国家电网和南方电网，可能还有地方电网。用户侧就比较宽泛了，包括的应用场景比较多。目前发电侧国电投、华能和华电在电化学储能做的比较多，发电侧国力电投储能这块布局最靠前，也是做的比较多的，在光伏风电新能源装机这部分也是几大发电集团中最大的。电网侧国网和南网都有做示范性项目，但是目前国网这边不不允许直接或者间接投资储能项目，南网相对来说没有这种限值。市场容量从去年开始增速很快，全国20个省市政策要求新上的新能源发电10-20%的储能，储能市场容量与新能源装机绑定。用户侧空间更大，市场容量大小取决于地区的发达情况和场地接入点限制，东部地区有较大的市场空间。
储能系统包括：电池、变流器和控制系统
其中电池和变流器需要热管理，变流器冷却市场空间也比较大，目前国内基本上都采用强迫风冷，风扇吹不需要空调。国外这部分已经有应用液冷散热的了，比如像做电力电子冷却系统比较好的高澜就有这方面的产品应用。电池的冷却系统，包括：pack、机架和集装箱。去年的时候国内储能系统大部分都是风冷，pack、机架风冷，集装箱装空调。但是问题就是冷却的均匀性和冷却销量都不是很好，电池密度高的时候风冷会出现问题，今年开始都研究了液冷系统，电池包放在箱子里，下面是液冷板，这种方式冷却效果和均匀性都好很多。从行业发展来看，不管是变流器还是电池，未来液冷都是发展方向。比如我们目前的产品，二代的风冷集装箱，大概能装3-4MWh的电池,而液冷的产品大概能装6MWh，有效能量密度可以提升30%-50%，装机量变大，冷却效果均匀性销量都提升了。
未来发展方向：
未来进一步提升效率，北部地区半年的时间环境温度不到25度，未来出现新技术采用自然冷却，冬天把外部冷空气交换，提升制冷效率，降低制冷功耗。冷却系统可靠性要继续提高。早期的时候要求不高，未来对这方面要求越来越高。用在储能上的空调与机房空调或者商用空调有比较明显的区别，都应该具有工业级的稳定性。
主持人：储能热管理的市场格局怎样？
A：直流侧储能热管理占比估算，电芯占60-70%，电池BMS、pack和辅料15%，热管理占比不大，大概3-5%。未来电芯成本下降，降速会比其他块快，其他部分的占比会提升。储能行业热管理的相关公司来看，目前没有一家独大，英维克（工业空调，产品种类型号多）、江苏黑盾（过去几年在储能行业卖了不少），申菱（可靠性、兼容性强、定制化，储能空调特殊要求：风量、冷量、均匀性（风压、出风口回风口设计、通讯、兼容性等）），再就是其他的一些新公司。
Q&A：
Q：是因为当下标准不统一，需求不同所以目前主流的还是工业定制化空调？
A：目前来说是的。像早年的时候，包括机场空调、家用空调，都是非标准的，后来慢慢形成标准。储能的要求和规范也将由定制化慢慢形成标准化。目前需要一个过程。
Q：1GWh储能项目大概投资多少钱？之前跟英维克合作主要买了什么产品？
A：大概10-15个亿，热管理大概5000万。跟英维克合作是变电站方面的，箱电方面合作过，储能方面没有配合我们集装箱的产品，后来这方面业务是跟申菱合作的。
Q：做储能热管理的公司需要具备什么样的特点？
A：更加了解行业，深入了解应用场景，挖掘出来具体的要求，形成一套标准化的产品和解决方案。因此具有定制能力的公司应该比较有机会抢占先机。
Q：用户需要储能的时候是直接买完整的解决方案，还是说分开买自己组装？
A：市场上有很多系统集成商，根据客户的要求来定制产品，包括购买电池、BMS和系统集成。
Q：沉浸式液冷和板式液冷哪种更适合储能领域？
A：储能上一般不会设计沉浸式液冷。电芯工作环境温度不高，20-25度左右，比芯片低很多。浸没式液冷在电芯散热方面效果并没那么好。电池和芯片不同，安全问题非常重要，沉浸式有漏液风险。
Q：目前英维克为客户提供什么产品？
A：我的理解，英维克目前只提供主机，没有其他的部分，即使跟宁德时代合作，应该也是提供主机，就是室外机。
Q：集成商的商毛利率多少？
A：取决因素比较多，看技术难度高低。技术难度高的毛利率会高，供应链把控的好的毛利率会高。集成也是做产品，根据客户需求。
Q：国内做集成的有多少？
A：很多，做的好的比较少。
Q：抽水蓄能热管理大概是什么形式的？
A：抽水蓄能发展最为成熟，受地理限制比较高。中国的抽水蓄能项目大部分都是在国网这边，不是谁想做就能做的。抽水蓄能可以理解为水电站，这种的热管理和电化学储能的热管理完全不同。主要是泵机的发热，而且热管理的量也非常小。
Q：车上的电池热管理已经比较成熟了，要求也比较高，车上的方案平移到储能上有什么难点？有什么相同点？
A：新能源车热管理和储能系统热管理的不同点：（1）家用车车上的电池容量较小，小汽车可能50度电，公交车大概200度电，而储能系统一般最小单位都是MWh的。（2）车上冷却系统冷量较小，储能系统都要0.25-0.5C。（3）车上的电压是低压的，储能是380V，系统设计上也有差异。
相同点：车上的规范和标准也可以共用，比如重卡电池量大，接近储能系统了，冷媒、热管可以借鉴，以节约设计成本。
Q：银轮股份、英维克、高澜股份？储能液冷和空冷比成本会高多少？
A：三家公司业务范围不同，银轮是更多是做电动车车电池热管理的；英维克产品传统的IDC数据中心、机房，产品形态不同。高澜技术上产品应用于工业空调较多，定位较高。空冷和液冷空调部分成本差不多，液冷需要管道，同样容量的液冷成本略高于空冷，未来液冷逐渐成熟市场渗透率变高之后，液冷成本也会下降。
Q：液冷方案，包裹的最小单元是什么？
A：目前，新能源车方面是整个电池包起来的，储能要看每家设计情况，一般一个液冷单元最小包裹一个模组，pack，就像一个抽屉一样。对于一个机组来说，可能几处电池公用一个制冷机组。
Q：之前跟英维克合作过，后来是什么原因转向申菱的？
A：我们当时需要定制化要求，英维克是比较大的上市公司，对我们这种需求响应速度慢。对方产品和技术没有问题，但是出于我们自己的要求，他们也没有针对我们需求线程的产品，所以当时没有达成合作，后来是跟申菱合作的。
Q：技术能力来看，储能热管理的技术门槛高吗？
A：未来两三年之内还是对储能有理解的公司才能做好，比较专业化，有定制化能力的公司。等标准化的产品打造出来之后，可能就是谁性价比高谁的市场份额很高。像做车液冷系统的，可能很难将产品直接移植到储能这种大规模场景。
Q：之前做IDC来做储能会有优势？
A：目前是，技术领先的公司会有优势有机会。
Q：宁德时代研制钠离子电池，储能是其应用方向，未来纳米电池对储能热管理的要求会降低吗？
A：有可能，不过钠离子电池还没有成熟的应用，可能未来的储能技术也会变得简单。
Q：风冷往液冷切，今年和明年的储能项目里，液冷风冷占比大概什么样？
A：取决于厂商，感觉速度很快，目前市场上都在推液冷，更长期来看可能看市场需求，空冷和液冷都会存在。
Q：申菱环境未来做储能方面有优势吗？
A：做定制化空调比较多，做数据中心的很多。在专业方面的设计能力很强，这也是我们跟他合作的原因，例如很多机场廊桥，特殊化定制化的空调，我认为申菱的技术能力还是比较强的。
Q：空冷和液冷未来发展趋势？液冷趋势下哪些公司会受益呢？
A：液冷不会一统天下，未来在储能上会占份额较大，有非常高的可能性超过一半。目前没有哪家液冷技术有很好的积淀或者非常大的优势，高澜的技术积淀比较好，有优势，是目前很多传统数据中心空调厂商不具备的。
Q：液冷储能系统方面国内厂商跟国外比较有优势吗？目前选择国外厂商的多吗？
A：国外很早之前就有了，像特斯拉。产品一旦定型，国内产品具有绝对优势的。就像用在数据中心的空调，目前国内产品就有很大的优势。
Q：空冷哪个厂商比较领先？
A：也没有太领先的，目前应用的项目多的可能是英维克和黑盾。
一END一
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MW级大功率风电机组变流器系统的研究本文分析研究了风电系统中常用的三种大功率变流器的拓扑结构，提出了一种基于变频器并联扩容技术的大功率风力发电变流器系统，系统以DSPIC30F6010A单片微机为控制核心，利用其内部集成的串行CAN接口，实现模块之间的同步控制。重点介绍了系统的原理及实现方案，给出了关键电路原理和实验波形。实验结果表明，系统很好地解决了MW级大功率风力发电机组的控制问题，有效的保证了系统的稳定运行。
各国的风电技术已经取得了长足的发展，但仍有亟待完善的地方，尤其是针对MW级大功率风电机组的变流器系统问题更是突出。风电现场迫切需要研制出一种稳定、可靠的MW级大功率风电机组控制方案。本系统是基于这样的实际应用背景和需求而进行立项开发的，采用先进的CAN总线技术和并联扩容技术，很好的解决了大功率风电机组控制问题，提高了系统的稳定性和可靠性。
1.1 基本型变流器拓扑结构
大功率是指功率等级在数百千瓦以上，实现大功率变换的有效途径是高电压或大电流。基本型变流器是通过提高IGBT等功率器件的耐压和容量来提高风电系统的功率等级。这种方案电路结构简单，容易实现，但缺点是对器件的技术指标和制造水平依赖较大，功率提高的水平也是有限的，而且更重要的是，由于各器件均工作在极限参数下，系统的稳定性和可靠性也大打折扣。图1为采用基本型结构的变流器主电路。随着功率器件的制造工艺和技术水平的提高，其功率等级也不断提高。
图1基本型变流器结构
1.2 器件串并联型大功率变流器拓扑结构
图2是采用IGBT直接串联方式的高压变频器[2]，由图可以看出:该系统由电网高压直接经高压断路器进入变频器，经过高压二极管全桥整流、直流平波电抗器和电容滤波，再经逆变器逆变，加上正弦波滤波器，简单易行地实现高压变频输出，可供给高压电动机或接变压器耦合入电网。
图2器件串联式变流器拓扑结构
图3是采用器件并联方式的风电机组变流器拓扑结构图，该电路实质为交直交功率变换系统，发电机输出的幅值和频率变化交流电通过整流和斩波升压，调整成DC1200V，再通过逆变单元和变压器输出电压频率和幅值及相位与电网一致的交流电源电压。为了增大系统容量，主电路功率器件均采用并联技术。
图3器件并联式变流器拓扑结构
采用器件串并联方式提高变流器的功率，具有拓扑结构简单，功率器件个数少等优点。但器件串联会带来分压不均问题， 器件并联会带来器件的均流问题，因而对驱动电路的要求也大大提高，要尽量做到串联器件同时导通和关断，否则由于各器件开断时间不一，承受电压不均或分流不均，会导致器件损坏甚至整个逆变器崩溃。
1.3 多电平大功率变流器
多电平变频器本质依赖于内部多电平逆变器的“多电平逆变”功能，相对于传统的两电平变频器，其主要优点在于：单个器件承受的电压应力小，更容易实现高压大功率；在相同开关频率下，输出波形更接近正弦波，谐波含量更低；同时还大大减轻了电磁干扰(EMI)问题。
图4为采用飞跨电容型四电平拓扑结构图。分析图 4 可知，该拓扑在功率器件串联的基础上，引入了电容进行箝位，保证了电压的安全分配。其主要特点为：
(1)通过整体单元装置的串并联拓扑结构以满足不同的电压等级(如3.3kV，4.16kV，6.6kV，10kV)的需要；(2)可使系统普遍采用直流母线方案，以实现多台高压变频器之间能量的互相交换；(3)这种结构没有传统结构中的各级功率器件上的众多分压分流装置，消除了系统中可靠性低的因素，从而使系统结构非常简单可靠，易于维护；(4)输出波形非常接近正弦波。
缺点是需要的电容器多、控制技术复杂、且需要额外的电容预充电电路。
图4四电平高压变频器拓扑结构图
2.1系统技术方案及特点
前面介绍了三种大功率变流器的拓扑结构，各有优缺点。变频器并联扩容技术很好的克服了上面三种方案的不足。设计标准功率变流器，当单个变流器功率不能满足风电机组功率要求时，通过变流器并联，提高功率。这样既能灵活的满足风电机组的各种功率等级，又能使各个分变流器工作在额定状态下，增强系统的稳定性。图5为系统结构示意图。
图5 系统结构框图
系统由一个操作器和两个并联的变流器组成。系统各个对象之间采用CAN总线方式进行通信。操作器(人机接口)控制各变流单元的启停和参数修改；变流器负责机侧整流与网侧逆变。机侧整流原理，变流器根据检测的电网电流、直流母线电压等生成驱动脉冲，驱动IGBT，实现机侧整流，同时把各参数值发送至现场总线；网侧逆变原理，变流器采样三相输入电压，得到网侧电压矢量角，实现逆变与并网控制。
本系统单个变流器设计功率为500KW，直流母线电压设计为1200VDC，主电路IGBT采用英飞凌(infineon)公司的高压模块FZ1500R33HL3，该模块由于采用了并联扩容技术，模块的功率得到了极大的增强，VCES最高可达3300V，最大工作电流可达1500A。
变频器控制系统是以高速、高性能、耐高温单片微机DSPIC30F6010A CPU为核心而构成的全数字化电路。该单片机运算速度快，运算功能强；接口资源丰富，具有多路A/D采样，多路的I/O接口，集成CAN接口，控制功能强；内置多路波形发生器，非常适合于电机传动控制，可以产生多种形式的SPWM或PWM波，应用非常方便；电磁兼容性能好，该单片微机具有较好的抗电磁干扰性能设计。
系统特点为：(1)采用高频开关技术及复杂的生产技术和高质量的电子元器件，结构紧密、重量轻、效率高；(2)多个逆变单元并联，提高了电流等级，从而提高了逆变器的功率，且易于实现多级冗余并联，提高整体运行的稳定性。并可给线性与非线性负载供电；(3)所有的监测与控制单元通过CAN总线集成在一起，实现各模块的同步协调与控制。然而，多个逆变器单元并联运行，增加了控制的难度，且还可能引起环流问题。
2.2变频器主电路设计
图6变频器主电路原理图
变频器主电路包括网侧变流器(NPR)和机侧变流器(MPR) [4]，原理图如图6所示。NPR和MPR分别由6个功率开关组成。在逆变器直流母线上用0.1uF/3300V的高频无感电容作为Snubber吸收电容，以吸收高频尖峰电压，以保护IGBT器件。MPR在控制电路的驱动脉冲作用下，实现机侧整流，输出直流1200V。NPR在控制电路的驱动脉冲作用下，实现逆变与并网控制。
2.3变频器驱动电路设计
变流器驱动电路采用2SD315AI-33为核心模块设计。2SD315AI-33模块是瑞士CONCEPT公司生产的SCALE系列驱动器之一，是驱动和保护大功率IGBT的专用集成驱动模块，该模块采用脉冲变压器隔离方式，能同时驱动两个IGBT模块，电气隔离可达到6000VAC。具有准确可靠的驱动功能与灵活可调的过流保护功能，同时可对电源电压进行欠压检测。驱动电路主要将主控电路产生的12路SPWM信号隔离、调整，以驱动IGBT管子通断，实现变流控制。
2.4变频器控制电路设计
控制电路是整个变流器系统的核心，负责电压、电流、故障等信号的检测，SPWM波产生与输出，CAN接口实现与操作器的通信及各模块之间的同步控制等。控制电路及其核心软件是变流器各项功能指标的重要保证。变流器控制电路按功能可以分为如下模块：CPU模块、信号检测模块、SPWM输出模块和CAN通讯模块。控制电路框图如图7所示。变流器控制系统是以高速、高性能、耐高温单片微机DSPIC30F6010A CPU为核心而构成的全数字化电路，实现高速、可靠的系统控制。
图7控制电路结构框图
风电系统对电磁兼容特性有较高的要求，要求系统具有极强的抗干扰能力，工作性能稳定。传统的导线式信号传输方式不能满足这种要求，信号在传输过程中极易引入电磁干扰，造成电路误动作，甚至IGBT炸管子。为了解决这一问题，系统对重要信号的传输应采用光纤方案设计，利用光纤传导信号，大大降低了传输过程中的电磁干扰，增强了系统的稳定性。光纤系统框图如图8所示。
图8光纤系统框图
针对设计的变流器系统，进行了轻负载调试试验(2A)。实验室模拟DC1200V输入，逆变器U相输出电压波形如图9所示。用钳形电流表监测逆变器输出电流分别为0.9A(变流器1)和0.85A(变流器2)。实验结果表明，信号在传输过程中没有丢失，一致性非常好，较好地实现了变流器并联输出同步和负载均分，达到了预期的效果。
图9 变流器1(上)与变流器2(下)并联输出电压
本文提出的基于变频器并联的大功率风力发电变流器系统，集微型计算机控制技术、风电转换技术、现代光纤技术于一体，实现了变流器并联时电压和电流输出同步，较好地解决了MW级风电变流器并联控制中的环流问题。系统具有结构简洁、扩容方便、可靠性高的优点。
（本文编自《电气技术》，作者为李学哲、黄成玉等。）
