点击返回成果展示页面

完成单位：上海交通大学、阳光电源股份有限公司、广州智光储能科技有限公司、上海正泰电源系统有限公司、易事特集团股份有限公司

主要完成人：李睿、蔡旭、于玮、姜新宇、徐君、黄蕾、许明夏、杨佳涛、彭程、刘畅

项目亮点

通过功率变换、状态辨识和安全管控技术的集成创新，应对电池储能规模化应用的挑战。

项目介绍

电池储能是解决高比例可再生能源电网消纳和维持电力系统安全稳定的重要手段。风、光电源电网渗透率的不断提升，推动了电池储能系统的设备容量与发展规模持续增加。随着电池储能系统的容量增加，电池系统内部的电池模块串并联规模持续扩大。由于电池模块参数一致性随其充放电循环次数增加而逐渐降低，导致串联模块间存在荷电状态短板效应、并联模块间存在电池环流，容易引发电池系统局部的模块过充、过热、循环损耗增加以及故障扩散，降低电池系统的循环效率、容量利用率、寿命和安全性，无法满足规模化电池储能系统的发展需求，亟需功率变换、状态辨识和安全管控技术集成创新，应对储能规模化应用的挑战！

该项目聚焦储能系统经济性和安全性提升难题，主要技术发明如下：

1. 发明了电力电子化电池单元技术，将电池单元与双向变换器和状态辨识单元深度融合成“电力电子化电池单元”，使其具备自主管控输出电压、充放电电流和辨识电池状态的能力。通过变换器给电池单元主动注入功率扰动，实现了0.1Hz-1kHz电化学阻抗谱在线测量，协同BMS辨识电池状态，辨识误差降低到3%；辨识单元定位电池微短路潜在故障后，结合变换器实现对故障电池单元的隔离与保护，避免电池故障导致的热失控，提升电池单元全生命周期的经济性与安全性。

2. 发明了无变压器高压直挂电池储能技术，通过簇级电力电子化电池单元串联升压扩容，解决了单机大容量储能与海量电池单元参数失配矛盾，使电池系统无需工频变压器直接接入6kV-35kV高压电网，大幅提升系统容量、效率和安全性。最大单机容量可达132MW，实测高压储能系统充放电全循环效率大于90%，电池容量利用率大于87%，分别比常规储能系统提升约5%和12%。

3. 发明了多源混合储能发电系统拓扑与控制技术，通过电力电子化电池单元间并联协同控制，彻底实现了簇间并联型多MW级储能系统电池SOC/SOH状态均衡和环流抑制；将簇级电力电子化电池单元直接并入光伏阵列出口，通过光伏侧储能功率协同，大幅提升光储发电系统的能量利用率；通过多组电力电子化电池单元与柴油发电机组的协同控制，大幅提升3000马力混合动力调车机车的能效水平。

项目获授权发明专利55件，七件核心专利授权四个行业头部企业，发表SCI/EI期刊论文38篇，出版《储能功率变换与并网技术》专著，主持完成了由中国负责的首个并网型电池储能系统国际标准。项目团队依托上述成果形成了系列化储能系统、光储系统和混合动力调车机车牵引控制系统，近三年完成储能设备产业化超过4GWh，实现销售24.1亿元，产生利润4.9亿元。

项目图片

1.3000马力混合动力_重混_机车

2.智光

3.电力电子化电池单元

项目完成单位

上海交通大学主要贡献：

① 发明了电力电子化电池单元技术，通过变换器拓扑设计与控制，提升电池单元能量转换效率；通过变换器给电池单元主动注入功率扰动，实现阻抗在线测量，协同BMS提高状态辨识精度；通过组配开关逻辑，实现对故障电池单元的隔离与保护，提升电池单元全生命周期的经济性与安全性；

② 发明了高压直挂储能拓扑与控制技术，通过电力电子化电池单元串联升压扩容，解决了储能大容量化与电池单元间失配的矛盾，使电池储能系统无需工频变压器直接并入35kV高压电网，实测储能系统充放电循环效率90%，比常规系统提升5%；

③ 发明了多源混合发电系统拓扑与控制技术，通过系统的拓扑设计与电压/电流源双模控制，实现短路比1.1以下的弱电网稳定运行；通过电力电子化电池单元与发电机组的协同控制，实现半载以下零碳运行；通过电力电子化电池单元间并联协同控制，彻底解决了电池单元间状态均衡和环流抑制问题。

广州智光储能科技有限公司主要贡献：

① 开发了高压直挂储能拓扑与电池堆安全分割管控技术，通过电力电子化电池单元的串联升压扩容，使电池系统无需工频变压器直接并入35kV高压电网，使得储能系统单机功率从630kW提升到25MW，并大幅提高系统的转换效率和响应速度。 

② 开发了全工况下相内、相间电池簇主动均衡技术，提升储能系统对电池SOC、SOH离散的适应能力。将电压源电流源双模控制策略首次应用到级联式高压大容量储能系统中，实现储能系统离并网模式的无缝切换。 

③ 首创储能系统高压在线维护技术，实现故障单元可在线维护，故障部件更换后，即可重新融入原系统继续运行，系统整体可利用率大幅提高。

广州智光储能科技有限公司完成了35kV/25MW级高压直挂储能的产业化应用和工程应用。

阳光电源股份有限公司主要贡献：

① 开发了电池簇经双向直流变换器接口后并联的MW级电池储能系统拓扑与电池簇分割管控技术，通过电力电子化电池单元的并联组合扩容，使电池簇间环流抑制为零，电池储能系统循环效率比常规电池簇直接并联系统提升3%，电池簇可利用容量提升5%，并大幅提高系统的转换效率和响应速度。 

② 大幅提升了储能系统对电池簇SOC、SOH的平衡能力。将电压源电流源双模控制策略首次应用到大容量储能系统中，实现储能系统离并网模式的无缝切换。 

③ 开发了电力电子化电池单元与光伏系统组合的模块化光储发电系统，广泛应用于用户侧和工商业场合，提升光伏系统发电效益并平滑光伏波动。

上海正泰电源系统有限公司主要贡献：

对本项目的发明点①和③的产品实现和优化有较大贡献，针对模块化储能和光储变换器产品化的具体工程问题开展大量研究工作，基于电力电子化电池单元拓扑、控制和组合扩容方法；高升压比、高效率储能功率变换技术；应对储能电池电压宽幅变化的变换器效率提升技术；交错并联多电平光储变换器的桥臂环流抑制技术；光储变换器接入弱电网的功率-电压控制技术；电池储能与新能源协调控制技术的突破，研发了商用CPS ES 25KW到CPS ES 1MW模块化储能和光储变换系列产品，大幅提升了储能和光储变换器的市场竞争力，产品远销北美和欧洲市场，产生了显著的社会和经济效益。

易事特集团股份有限公司主要贡献：

参加了本项目的发明点①和③的研究工作，将低压电池模块分别与非隔离型和隔离型双向直流变换器组合成非隔离型和隔离型电力电子化电池模块。EATPE型号非隔离型电力电子化电池模块直接应用于5G基站和数据中心，大幅提升模块功率密度和安全管控水平；EAESS型号储能系统将隔离型电力电子化电池模块并联扩容，达到MW级以上功率等级，系统运行效率较常规储能系统提升3%，可利用容量提升5%；针对光储互补系统，基于高电压增益、高效率电池储能耦合变换、光储互补家庭能源系统拓扑调制与控制技术、串入饱和电感的双向电路拓扑设计、多电平变换拓扑调制与控制技术，研发了EAPCS 50KW-1000KW系列储能和EAKHD1KW-10KW光储一体化变流装备与系统，有效提升了光储变换器的效率和弱电网运行能力，产品销往国内外，产生了显著的社会和经济效益。

第一完成人简介

李睿

教授 上海交通大学

李睿，工学博士，上海交通大学电气工程系教授、博士生导师、电力电子教研室主任，兼任中国电源学会青年工作委员会副主任委员。主要研究面向电池储能和可再生能源发电的高效电力电子变换与电网接入技术。先后主持国家自然科学基金四项、863和国家重点研发计划课题3项，作为主要技术负责人开发的2MW/10kV高压直挂电池储能功率变换器，在南方电网深圳宝清储能站完成世界首例高压储能工程示范。获得中国电源学会科技进步特等奖1项、技术发明一等奖1项、上海市技术发明一等奖1项、福建省科技进步一等奖1项，是中国大陆首位IEEE电力电子协会会刊（IEEE Trans on Power Electronics）年度最佳论文奖获奖人。近5年发表IEEE期刊论文和中国电机工程学报论文40余篇，授权发明专利30余项，出版中英文著作三部，参与编制IEEE国际标准一部。