“交流侧的变压器和PCS故障引起的储能安全事故，远远大于电芯、直流侧。”
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文 / 王璟 编辑 / 杨倩
来源 / 储能严究院
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12月26日，中国能源研究会2024年会暨储能专题研讨会上，中车株洲所综合能源事业部技术总监罗文广进行了题为《规模化储能电站健康管理平台及应用》的演讲。
近年来，新型储能在国家政策支持下迅速发展，截至今年9月，累计装机容量已超过125GWh。罗文广透露，中车株洲所今年并网项目73个，装机容量12.67GWh。与去年全年超过4GWh的并网容量相比，疯狂增长超过200%。
据寻熵研究院统计，2023年，无论是新增储能项目并网容量，还是储能采招中标规模，中车株洲所都居于行业首位。今年或将继续蝉联冠军。
平安证券预计，2024年中国大储新增装机容量为28GW，储能容量为61GWh。这意味着，中车株洲所今年新增装机容量占比高达20%，成为行业领军者。
罗文广指出，随着储能电站规模化应用的推进，面临安全、经济和运维等挑战，尤其在安全性方面，电池热失控和火灾频发，而热失控也是中车株洲所最为关注的方面；经济性方面则受到设备功耗和故障影响。运维方面，缺乏标准化流程和高成本的问题仍显著。
为解决这些问题，中车株洲所推出了智慧运营和健康管理平台，通过数字化技术，提供设备健康管理、热失控预警、故障定位、能效优化等服务，提升储能电站的安全性、经济性和便捷性。据悉，该平台已在多个储能项目中应用，显著提高了电站的运行效率和故障处理能力。
以下为演讲全文：
最近几年，在国家政策的支持下，储能电站装机数量和容量呈现爆发式增长。
据统计，截止到今年9月份，全国储能累计装机容量已经超过了125GWh。2022年国家能源局、发改委印发《“十四五”新型储能发展实施方案》，也提出到2025年新型储能由商业化初期步入规模化应用阶段，实际上现在的储能电站已经具备了大规模商业化应用的条件。
现在大规模储能电站已经常态化。中车株洲所今年并网项目达到将近100个，装机容量超过了12GWh。这其中也不乏规模化的储能电站，包括单个电站容量在GWh以上的电站。
随着规模化储能电站数量或者单站容量的增加，在电站在健康管理方面也面临一些挑战，主要是在安全性、经济性和便捷性方面。
在安全性方面，主要是电池的热失控蔓延、火灾频发，储能电池的热失控也是我们最为关注的，包括现场调试不规范、安全事故频发，也是储能企业、装备制造商在现场的时候非常谨慎、非常关注的一个问题，比如细小的阈值保护门槛调整不规范导致的事故，另外就是PCS、变压器等核心设备故障导致的储能安全事故。
今年上半年在海南的事故（请点击链接查看详情），主要就是由交流侧PCS的原因引起的。实际上，据现场运行统计数据，交流侧故障引起的储能安全事故，包括热失控、起火等等，变压器和PCS引起的（储能安全事故）概率，远远大于电芯、直流侧。
在经济现状，辅助设备功耗大、导致整站综合效率比较低；电池的一次致差，包括单体、簇、PACK等一致性方面的差异，导致整站可用容量降低，直接影响了经济性；一些故障导致非计划停机次数多，也降低了整个储能电站的经济收益。
运维方面的几个特点如下：
第一，无标准化运维规程导致故障多。
第二，运维的门槛专业性比较强，成本比较高。电站在调试阶段，一般运营需要6-7个人，甚至更多的人数，人力成本比较高。核心部件，像电池管理系统、能量管理系统、PCS故障后等待解决的时间也比较长，时间成本高。另外就是整个系统故障的有时候告警非常多，多达百条，分层分级不清晰，很难定位故障的原因。
第三，运维手段传统比较低效，耗时也比较长。
这些原因都导致运维成本比较高，效率比较低。
针对前面的一些现状，现在整个行业普遍认识到，建立储能电站的智慧运营，或者说健康管理能力是解决问题的必由之路。
这其中核心的健康管理能力，包括安全监控和维护等功能，涉及故障风险预警，甚至安装调试、设备资产管理等功能，都是我们非常关注的。
接下来介绍我们的解决方案和技术特点。中车在传统轨道交通领域，实际上多年前就已经推出了相对比较成熟的智慧运营或者健康管理方案，主要是围绕着相关系统，包括车辆供电信号等，打造了一体化的健康管理系统，已经成熟应用于超过千辆列车。
这其中要求也是比较严的，例如准点性小于5分钟，不允许停运故障，与储能对智慧运营、健康管理的要求比较类似。在健康管理方面，对车辆健康管理，对供电、对信号等都有一些相关要求。
基于我们轨道交通10余年运维经验的积累，通过全过程数字化、AI引擎算法加持，借鉴这一平台，我们构建了储能电站全生命周期的运维和健康管理平台。基于Forsee的平台，应用层包括设备健康管理，PHM甚至包括一些故障辅助维修等各种功能，主要是提供更安全、更经济和更便捷的服务能力，助力规模化储能电站的运营。
Forsee的平台框架，正是基于我们在轨道交通领域的自研平台，立足于这一中台，支撑了中车储能的健康管理应用，可具备10GWh以上的大量数据采集、处理、挖掘、分析的能力，应用层也是具备了在健康管理、智慧运营等方面的功能。
主要提供的功能包括几大块，主要是基于Forsee底座，具备健康电站健康体检、电站普查、核心设备健康管理，包括热失控预警，专家级辅助运维，数字孪生等一些功能。
在安全方面，我们围绕电芯全流程应用，从电芯到电池包、电池簇到设备，到电池舱，设计开发了35种以上安全保护策略和健康算法库，从电芯到装置，实现“母婴级的安全呵护和预警”，做最懂电芯的保姆和管家。功能包括状态识别、寿命预测、失效预警等等，现在都是在应用在健康管理平台上面。
第二个方面，在热失控预警安全运行方面，基于机理分析和数据驱动的电池热失控的融合算法，通过数千次加速循环试验测试，验证了融合算法，现在预测准确率相对比较高，都是在90%以上，可以提前七天甚至更长的时间实现热失控的预警，及时减少事故。
另外在PHM（故障预测与健康管理）方面，这里列了几个关键部件的，主要是针对交流侧的变流器、变压器，直流舱冷机等一些部件的PHM管理。
变流器引入了类似高铁牵引变流器的PHM技术，可以开展储能IGBT器件服役性能退化规律，通过提取以饱和压降等特征点进行计算，从而得出变流器PCS的PHM管理模型。
变压器方面，这几年可能是因为降本导致故障率比较高，我们也研究和开发基于功率损耗变化，包括变压器阻抗等一些特性的PHM故障模型。
冷机方面，主要是基于系统水温，包括出水温度、回水温度等指标数据及冷机运行异常状态的分析算法。
通过这些方面的研究，我们涵盖一些核心部件，延长设备的使用寿命，可以提高电站的在线率20%以上。
全生命周期安全体检也是安全的一个重要部分。今年我们对在全国运行的80多个电站进行了安全运行状态普查，对电站的运行数据进行收集，从电芯到整个舱，包括一些关键部件，像冷机消防、PCS变压器等一些关键核心部件和整个系统的数据进行了收集和分析，一方面可以得出整个储能电站运行状态，另外把数据导入健康管理平台，进行安全管理设计和预测。
在规范调试和安全并网运行方面，我们通过管理平台，通过规范性的流程和统一的运营平台，可以优化工程质量，推进并网调试阶段的进度。
在经济性方面，传统电站运行的时候，储能单元通常都是采用平均功率分配的方法，基于IFA改进萤火虫群体智能优化算法，最优化功率调度分配，按电量分配功率，以各个单元的Soc电量等一些特征参数，主动平衡储能单元的电量偏差，提高整个装置的可用性，使SOC的偏差可以缩小到3%以内，提高了整站的可用率，延长了设备的寿命。
此外，通过降低辅助功耗实现节能降本，通过结合环境温度和负荷情况，提前调整平台与冷机的工作状态，以最小的辅助功耗保证电芯维持在合理的温度区间，通过算法来降低冷机工作时的负荷，从而降低功耗。
据推测，使用这种方法之后，典型的200兆瓦时电站，全年可以降低电耗350多万度电。
在工程中，经常需要对一些均衡性不一致的电池舱进行补电，甚至要进行换电，以往更多是发生故障后，或者人工发现缺陷后才能进行。通过健康管理平台，可以对不一致性电芯进行不同的策略分析，实现电芯自主均衡，严重的时候可以自动提醒补电或者换电，实现电池不一致性的精准诊断，减少人工分析成本和故障停机的成本。
在便捷性方面，秒级采集技术可以生成智能体检报告，实现多维度健康分析，自主健康体检，从电芯级到站级的评分体系，多维度的健康指标等等，实现多维度的诊断，及时维修和替换设备，提高电站的运营效率。
集控管理方面，健康管理平台在多个储能电站应用之后，在宏观层面可以从不同的维度对比各个电站的运行数据，比如说，某个电站运行数据有异，那可以看是不是因为电芯型号、品牌不一致导致的差异，从全局进行对比和管控，也可以发现一些问题，反过来对设计对选型也有很大的帮助。
在联动管理，零负担运维检修方面，通过一些智能告警，专家的诊断，提出检修方法，实现工单的联动。
故障定位检修功能，可以缩短检修周期。储能电站系统在现场运行的时候，由于规模比较大，组成复杂，有时候故障信息往往会出现连锁式的告警，现场非专业人员难以快速排查根本原因，或者故障的源头，我们的管理平台通过故障根因分析，可以准确定位故障源头，准确率在95%以上。
此外，3D数字孪生模型，使检修具有更好的直观性。
最后介绍一下我们平台应用的一些案例。第一个，在工商业方面，在一个半导体工业园的应用，光储充的场景，规模不是很大，大概投资是在千万级，通过健康管理平台对故障进行预警，可以实现在APP上的故障自动推送，实现更直观，核心设备故障率可以降低20%以上。通过植入一些算法，这个项目已经运行超过了一年，在经济性方面也有所提升，已经超过了预期收益。
第二个是在大储方面，青海的一个400兆瓦级的大规模储能电站，现在已经投运也有半年以上，通过补换电的提醒，可以提升电站有效容量在8%以上，绝大部分的故障处理时间都可以小于半个小时，另外通过一些智能化的告警，自动化工单巡检检修实现零遗漏。
第三个，光储离网制氢系统的一个应用案例，通过平台的使用，不仅是在健康管理方面有一些帮助，另外也集成了系统规划、投资成本管理等功能，可以提升整个管理效率30%以上。
最后对中车株洲所进行一个简单介绍，中车株洲所是中国中车的一级子公司，目前也是最大的子公司，现在有将近万名的科研技术队伍，有一名中国工程院院士，每年研发投入超过35亿，国家级科研平台有11个。
公司以技术和市场为核心，深耕交通与能源赛道，构建了从器件到部件，到整机的完整技术链和产业链，形成了轨道交通、新能源装备、汽车与工业三大产业集群。
在新能源装备领域，风光储氢都具备全产业链产品和技术。
风电包括陆上的1.5兆瓦到10兆瓦，海上的8兆瓦到18兆瓦等整机产品，全风速段定制化的机型解决方案；
光伏领域，从IGBT器件到装置，到逆变器，包括EPC总包的全产业链的系统集成；
储能主要产品也是覆盖表前表后、高海拔、构网型，包括工商业等主流场景，集中式产品功率覆盖2兆瓦以上，分布式2兆瓦以下；
综合能源，主要是针对光储充，包括氢等一些领域，面对能源大基地和工业园区等场景，提供一些低碳安全经济的解决方案；
最后是在制氢产业，面向并网包括离网或者弱并网等多种场景，提供绿电制氢的柔性安全高效解决方案。
原文标题 : 中车株洲所“狂飙”：今年新增并网超12GWh，暴涨200%，蝉联冠军无悬念？
