| 上海交通大学风力发电研究中心 |
| 地址：上海市闵行区东川路800号 邮箱：liruiqd@sjtu.edu.cn 网站：https://www.sjtu.edu.cn/ |
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科研团队简介： 上海交通大学风力发电研究中心依托国家级科研平台——国家能源智能电网（上海）研发中心、国家能源海上风电技术装备研发中心,面向国家重大需求，面向实业界急需的关键技术，与多家著名企业建立了战略合作关系，实现了产学研深度融合。在风电机组控制与风光场站友好并网技术、海上风电低成本直流送出技术和高压大容量储能集成技术方面，形成了开创性技术并脚踏实地实现落地应用，推动相关技术进步。
中心负责人为上海交通大学特聘教授蔡旭，团队成员由教师、博士后、博士和硕士等80余人组成，其中正高级职称6人，国家万人专家1人，国家级青年优秀人才3人。近年来，项目团队主持多项新能源领域国家自然科学基金重点和面上项目、国家重点研发计划项目和课题等。发表学术论文500余篇，其中ESI高被引论文2篇；获授权发明专利300余项，其中120余项知识产权实现了成果转化；出版风电、储能、直流方面研究专著6部；牵头获省部级一等奖5项。 |
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项目亮点概述： 随着电池储能装机规模不断增长，近年来国内外发生储能火灾事故频发，安全问题成为制约储能规模化应用的首要问题；另外，由于电池芯在生产制造、工作环境、老化程度上的不一致性，导致储能装备的循环效率和实际寿命低于预期。因此，储能装置亟需高效率低成本的高颗粒度功率管控手段。 团队发明了具备能量信息一体化管控能力的电力电子化电池单元技术，研发了具备能量信息一体化管控能力的电池功率变换接口和电化学阻抗谱在线辨识方法，可以实现了电池阻抗辨识与微短路安全预警，有效提升了电池单元全生命周期的安全性。 团队研发了双向微逆变器拓扑及控制技术，采用单级式电路就可以将低压电池模块直接接入交流电网电压，大幅减少元件数量和通态损耗，同时允许多端口输入，同时全部元件可实现ZVS软开关，最高效率达到97.4%，大幅降低变换器的运行损耗。 团队构建了基于簇内电压动态补偿的电池簇并联扩容拓扑与控制方法，开发了电压补偿型簇控变换器，其功率不超过电池簇容量2%，功耗不超过电池簇功率0.1%，就可实现电池簇间状态失配和环流抑制，实测电池簇间SOC偏差小于1%，有效提升了簇级电力电子化电池单元并联扩容系统的能效水平和可利用容量。 详细介绍： 电能是生产生活中的核心要素，电能的生产、传输、分配、应用离不开电力系统的建设。我国目前正在积极建立以确保能源电力安全为基本前提，以满足经济社会高质量发展的电力需求为首要目标，以高比例新能源供给消纳体系建设为主线任务，以“源-网-荷-储”多项协同、灵活互动为坚强支撑的新时代电力系统。储能作为新型电力系统四大部分的关键一环，重要性不言而喻。 目前，新建电网侧和电源侧锂电池储能电站的装机容量从百兆瓦时向吉瓦时迈进，为减化大型储能电站集电系统结构并减小储能系统间振荡失稳风险，储能系统单机最大容量也持续增加，已达十兆瓦时级。 然而，储能系统单机容量增加面临诸多难题。首先是安全性问题，由于目前电池状态辨识和安全预警能力弱，电池劣化后处理不及时，2011年至今，全球已发生百余起储能事故，其中半数事故发生在2022年后；其次是经济性问题，大容量电池系统包含海量电池芯，系统运行过程中电芯离散性加大，形成短板效应，引发电压失配，导致电池储能系统“效率低、用不满、用不久”；此外，新能源高渗透下电网变弱，储能装备与电网能量宽频耦合显著，引发震荡失稳，同样将引发安全经济性问题。因此，状态精准辨识、电压失配补偿和快速稳定控制是大容量储能装备安全经济性提升亟需攻克的核心难题。 储能系统精细化管控团队十余年攻关，发明了电力电子化电池技术、电池并联扩容技术、大容量储能稳定控制技术，开发相关装备、平台和系统，大幅提升储能系统安全经济性，在10余家头部企业推广应用，助力储能产业发展。 一、锂电池内部参数与外部信息存在巨大的信息壁垒，由于储能电池自身特性，在电池常用的电量状态区间内，电池电压变化极不明显，仅靠电压电流等有限信息难以准确映射电池内部参数及状态变化，增加了电池状态辨识误差；此外，由于现有电池储能系统大多采用“气体、声、光”等故障后报警方式来处理系统安全问题，大幅压缩了电池失效预警的时间窗口，降低系统安全性。 针对上述难题，储能系统精细化管控团队经研究发现电池电化学阻抗可作为沟通电池内部参数和外部信息的桥梁，直接映射电池状态与劣化信息。依此，设计了电池电化学阻抗在线测量与应用技术，通过功率变换单元对电池主动施加功率激励，可在线扫描电化学阻抗谱，并构建电化学阻抗与电池状态精准映射模型，实现电池状态精准辨识和劣化预警，以每天充放电一次计，可提前20天定位劣化电池，大幅扩展电池安全预警的时间窗口，达到国际领先水平。 二、双向接口变换器是电力电子化电池单元的关键部件，与集中式电池系统相比，接口变换器额外增加了体积、成本与损耗，因此，必须提高直流变换器的运行效率和功率密度，同时通过分割管控方法抑制单元间的环流损耗和SOC短板效应，结合电池状态辨识调节单元间SOC、SOH、温度等尽量一致，从而提高电池系统安全性和全生命周期收益。 针对功率变换器接口应满足高效、高功率密度、高可靠性和低成本要求，课题组发明了DAB型双向逆变器拓扑。该拓扑采用单级式电路就可以将低压电池模块接入交流电网电压，大幅减少元件数量和通态损耗。根据原副边桥臂电压切换时序，提出满足了导通损耗和开关损耗最优的调制策略和控制方法。该电路允许多端口输入，同时全部元件可实现ZVS软开关，最高效率达到97.5%，大幅降低模块级电力电子化电池单元接口变换器的运行损耗。 三、大容量储能装备中，由于储能电池芯出厂时参数不完全抑制，存在细微差异，当成百上千只电池芯直接串联形成电池簇，多个电池簇再并联形成电池系统时，容易导致各电池簇内部状态不一致，最终造成并联电池簇间电压差异，引发并联环流，造成经济性降低。现有技术路线多采用功耗约占装备额定输出功率1.5%的全功率变换器抑制电池间电压差异，大幅增加了系统损耗、成本和体积。 针对上述难题，储能系统精细化管控团队提出了基于电压补偿变换器的电池并联扩容技术，串联电压补偿变换器仅补偿并联电池簇间差额电压，由于流经变换器的电流与传统全功率变换器一致，因此大幅降低了变换器处理功率需求，仅为全功率变换器的2%，功耗占装备额定功率0.1%；提出与架构对应的状态自适应精细化管控方法，有效抑制电池间环流和状态偏差，整体技术达到国际领先水平。 瞄准未来，研究团队将在精细化管控技术的基础上继续深挖，使成果应用于各类新型电化学储能介质，为所提方法的通用性打下坚实的技术基础。 |
项目资料：       |
论文初稿提交截止时间
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2024年6月30日 2024年7月22日
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工业报告征集截止时间
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2024年7月15日 2024年7月30日
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专题讲座征集截止时间
(
2024年7月15日 2024年7月30日
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论文录用通知时间
( 2024年8月15日 )
论文终稿提交时间
( 2024年9月15日 )
报名系统开放时间
( 2024年8月16日 )
大会时间
( 2024年11月8-11日 )
