一、儲能系統分類

  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儲能系統，電池多簇并聯后與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儲能系統，每一簇電池都與一個PCS單元連接，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優化、電池單簇能量控制、數字智能化管理、全模塊化設計等創新技術，實現儲能系統更高效應用。

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

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

  二、儲能技術路線迭代圍繞安全、成本和效率

  安全、成本和效率是儲能發展需要重點解決的關鍵問題，儲能技術的迭代核心也是要提高安全、降低成本、提高效率。

  （1）安全性

  儲能電站的安全性是產業最關注的問題。電化學儲能電站可能存在的安全隱患包括電氣引發的火災、電池引發的火災、氫氣遇火發生爆炸、系統異常等。追溯儲能電站的安全問題產生的原因，通常可以歸咎于電池的熱失控，導致熱失控的誘因包括機械濫用、電濫用、熱濫用。為避免發生安全問題，需要嚴格監控電池狀態，避免熱失控誘因的產生。

  （2）高效率

  電芯的一致性是影響系統效率的關鍵因素。電芯的一致性取決于電芯的質量及儲能技術方案、電芯的工作環境。隨著電芯循環次數增加，電芯的差異逐步體現，疊加運行過程中實際工作環境的差異，將導致多個電芯之間的差異加劇，一致性問題突出，對BMS管理造成挑戰，甚至面臨安全風險。在儲能電站設計和運行方案中，應當盡量提高電池的一致性以提高系統效率。

  （3）低成本

  儲能系統的成本與初始投資和循環壽命有關。電池材料的老化衰退、充放電制度、電池運行溫度、單體的一致性都會影響電池的循環壽命。當集裝箱內電池溫差大于10度，會導致電池壽命縮短15%以上。模組間溫升差異也會導致整體系統壽命縮短。儲能系統應當通過優化充放電方式、降低系統間溫差、提高電池一致性來提升系統循環壽命。

  三、儲能集成技術路線：拓撲方案逐漸迭代

  （1）集中式方案：1500V取代1000V成為趨勢

  隨著集中式風光電站和儲能向更大容量發展，直流高壓成為降本增效的主要技術方案，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系統將線纜、BMS硬件模塊、PCS等部件的耐壓從不超過1000V提高到不超過1500V。儲能系統1500V技術方案來源于光伏系統，根據CPIA統計，2021年國內光伏系統中直流電壓等級為1500V的市場占比約49.4%，預期未來會逐步提高至近80%。1500V的儲能系統將有利于提高與光伏系統的適配度。

  1500V儲能系統方案對比1000V方案在性能方面亦有提升。以陽光電源的方案為例，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，1500V儲能系統電壓升高后電池串聯數量增加，其一致性控制難度增大，直流拉弧風險預防保護以及電氣絕緣設計等要求也更高。

  （2）分布式方案：效率高，方案成熟

  分布式方案又稱作交流側多分支并聯。與集中式技術方案對比，分布式方案將電池簇的直流側并聯通過分布式組串逆變器變換為交流側并聯，避免了直流側并聯產生并聯環流、容量損失、直流拉弧風險，提升運營安全。同時控制精度從多個電池簇變為單個電池簇，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，高于目前業內平均水平7個百分點。此外，通過電池簇的分散控制，可實現電池荷電狀態（SOC）的自動校準，顯著降低運維工作量。并網測試效率最高達87.8%。從目前的項目報價來看，分散式系統并沒有比集中式系統成本更高。

  （3）智能組串式方案：一包一優化、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主要問題進行解決：（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，充電時一個電池單體充滿，充電停止，放電時一個電池單體放空，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。電池并聯容易造成容量失配，電池的實際使用容量遠低于標準容量。

  智能組串式解決方案通過組串化、智能化、模塊化的設計，解決集中式方案的上述三個問題：（1）組串化。采用能量優化器實現電池模組級管理，采用電池簇控制器實現簇間均衡，分布式空調減少簇間溫差。（2）智能化。將AI、云BMS等先進ICT技術，應用到內短路檢測場景中，應用AI進行電池狀態預測，采用多模型聯動智能溫控策略保證充放電狀態最優。（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，其它PCS可繼續工作，多臺PCS故障時，系統仍可保持運行。

  （4）高壓級聯方案：無并聯結構的高效方案

  高壓級聯的儲能方案通過電力電子設計，實現無需經過變壓器即可達到6-35kv并網電壓。以新風光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類似，由A、B、C三相組成。每相包含42個H橋功率單元配套42個電池簇。三相總共126個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個電芯串聯而成。

  高壓級聯方案的優勢體現在：（1）安全性。系統中無電芯并聯，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，而是經過AC/DC后連接，因此所有電池組之間可以通過AC/DC進行SOC均衡控制。電池組內部只是單個電池簇，不存在電池簇并聯現象，不會出現均流問題。電池簇內部通過BMS實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。由于系統無電芯/電池簇并聯運行，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濟性。系統無需升壓變壓器，現場實際系統循環效率達到90%。

  （5）集散式方案：直流隔離+集中逆變

  集散式方案又稱作直流側多分支并聯，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并聯接入一臺就地變壓器，經變壓器升壓后并網。系統中通過增加DC/DC直流隔離，避免直流并聯產生的直流拉弧、環流、容量損失，大大提高了系統的安全性，從而提升系統效率。但由于系統需要經過兩級逆變，對系統效率有反向影響。