儲能系統(tǒng)初步設計方案及配置

1、中山鈴鎂能源科技有限公司儲能系統(tǒng)項目初步設計方案2017年06月項目概述分布式能源具有間歇性、波動性、孤島保護等特點，分布式能源電能質(zhì)量差，分布式能源設備利用率沒有被充分發(fā)掘。微電網(wǎng)是為整合分布式發(fā)電的優(yōu)勢、削弱分布式發(fā)電對電網(wǎng)的沖擊和負面影響而提出的一種新的分布式能源組織方式和結構，能有效改善分布式能源電能質(zhì)量差、分布式能源設備利用率不能被充分發(fā)掘等分布式能源的不足。微電網(wǎng)通過整合分布式發(fā)電單元與配電網(wǎng)之間關系，在一個局部區(qū)域內(nèi)直接將分布式發(fā)電單元、電力網(wǎng)絡和終端用戶聯(lián)系在一起，可以方便地進行結構和配置以及電力調(diào)度的優(yōu)化，優(yōu)化和提高能源利用效率，減輕能源動力系統(tǒng)對環(huán)境的影響，推動分布式電源上

2、網(wǎng)，降低大電網(wǎng)的負擔，改善可靠安全性，并促進社會向綠色、環(huán)保、節(jié)能方向發(fā)展。微電網(wǎng)是當前國際國內(nèi)能源和電力專家普遍認可的解決方案。本項目擬建設一套鋰電池儲能系統(tǒng)，通過低壓配電柜給部分辦公樓宇負荷供電，可實現(xiàn)對各個設備接口采集相關信息，并通過智能配電柜對各個環(huán)節(jié)進行投切，在并網(wǎng)及孤島情況下實現(xiàn)發(fā)電、儲能及負荷的控制，保持微電網(wǎng)系統(tǒng)的平衡運行。二、項目方案2.1 智能光伏儲能并網(wǎng)電站本電站系統(tǒng)目的在于擬建設中山銓鎂能源科技有限公司儲能并離網(wǎng)系統(tǒng)示范工程，通過接入辦公樓宇的日常照明等真實負載，可演示離網(wǎng)狀態(tài)下正常供電系統(tǒng)示范；分布式光伏多余電量進行儲能示范；以及后臺監(jiān)控及能量調(diào)度等示范。本項目擬建設

3、的儲能系統(tǒng)，系統(tǒng)由鋰電池儲能系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)以及能量管理系統(tǒng)構成。其中控制系統(tǒng)可實現(xiàn)對分布式電源、負載裝置和儲能裝置的遠程控制，監(jiān)控系統(tǒng)對分布式電源實時運行信息、報警信息進行全面的監(jiān)視并進行多方面的統(tǒng)計和分析實現(xiàn)對分布式電源的全方面掌控，能量管理系統(tǒng)可控制分布式電源平滑出力與能量經(jīng)濟調(diào)度。系統(tǒng)一次拓撲結構如下圖所示：能量管理及系統(tǒng)監(jiān)控網(wǎng)絡結構圖如下圖所示：能量管理系統(tǒng)可以根據(jù)儲能情況及負載情況實現(xiàn)并離網(wǎng)切換控制，以及微電網(wǎng)系統(tǒng)幾種不同運行模式的切換，可以實現(xiàn)分布式電源離網(wǎng)運行控制，并網(wǎng)點電氣參數(shù)監(jiān)控，實現(xiàn)系統(tǒng)負載遠程投切控制。配置一套電池管理系統(tǒng)實現(xiàn)對儲能電池的充放電狀態(tài)及電池電量估計

4、，實現(xiàn)分布式電源能量均衡控制及系統(tǒng)的經(jīng)濟運行。根據(jù)微電網(wǎng)交流母線電壓頻率情況，實現(xiàn)負荷分類切除，保證重要負荷的優(yōu)先供電保障。2.2 儲能系統(tǒng)2.2.1 磷酸鐵鋰電池配置容量300kWh2.2.2 電池管理系統(tǒng)（BMSBMS是用于監(jiān)測、評估及保護電池運行狀態(tài)的電子設備集合。主要功能：1）監(jiān)測并傳遞鋰離子電池、電池組及電池系統(tǒng)單元的運行狀態(tài)信息，如電池電壓、電流、溫度以及保護量等；2）評估計算電池的荷電狀態(tài)SOG壽命健康狀態(tài)SOH及電池累計處理能量等；3）保護電池安全等。電池智能管理系統(tǒng)可對單體及整組電池進行實時監(jiān)控、充放電、均衡、巡檢、溫度監(jiān)測等，采用諸如電壓均衡控制、超溫保護等智能化技術，可以

5、管理多組電池，檢測每組中所有單體電池電壓、電池組總電流、多路環(huán)境溫度等，是一套功能強大、技術指標完善的電池管理系統(tǒng)。電池管理系統(tǒng)（BMS）組成：電池模組監(jiān)測裝置（BMU）、電池簇管理單元（BGMS、直流監(jiān)控單元（DMU）、電池堆管理單元BAMS及顯示、監(jiān)控上位機等組成。表電池管理系統(tǒng)主要參數(shù)表1丁P項目名稱技術參數(shù)及指標1工作電源1832V2單體電壓米集范圍05V3單體電壓采集誤差<±3mV4電流米集范圍<300A5電流采集誤差<±1%6溫度采集誤差<±1C7電壓采集周期<5ms8電流采集周期<1ms9溫度采集周期<5ms

6、10均衡電流11SOC估算值<5%12保護過充、過放、超溫、等保護，且保護定值可整定13與PCS通信方式CAN14與后臺監(jiān)控通信方式Ethernet15事件記錄存儲>10000條16歷史數(shù)據(jù)存儲>10天2.2.3 儲能變流器（PCS本系統(tǒng)配置1臺100KW儲能變流器。2.2.4 性?先進的無通訊線電壓源并聯(lián)技術，支持多機無限制并聯(lián)（數(shù)量、機型）；?支持多源并機，可與油機直接組網(wǎng)；?先進的下垂控制方法，電壓源并聯(lián)功率均分度可達99%;?支持低溫、無蓄電自主黑啟動；?支持三相100%不平衡帶載運行；?支持并、離網(wǎng)運行模式在線無縫切換；?具有短路支撐和自恢復功能；?采用雙電源冗余供

7、電方式，提升系統(tǒng)可靠性；?支持多類型負載單獨或混合接入（阻性負載、感性負載、容性負載）；?具備完善的故障以及操作日志記錄功能，可記錄故障時高分辨率的電壓、電流波形；?優(yōu)化的硬件及軟件設計，轉換效率可高達。直流側可接入光伏組件，同樣支持多機電壓源并聯(lián)，可作為離網(wǎng)光伏電站低溫、無蓄電情況下的黑啟動電源。2）技術參數(shù)表表儲能變流器主要技術參數(shù)表型號100KW交流側參數(shù)交流接入方式三相三線（無變壓器）額定功率100kW最大容量110kVA額定電網(wǎng)電壓400V電壓運行范圍400+10%何設定）最大運行電流158A輸出過載能力額定電網(wǎng)頻率50HZ頻率范圍47（可設定）總電流波形畸變率（THD）<3%

8、（額定功率）功率因數(shù)（超前）（滯后）直流側（電池）參數(shù)額定功率100kW最大穩(wěn)定運行功率110kW直流電壓范圍580V850V最大長時運行電流185A穩(wěn)壓精度±1%穩(wěn)流精度±2%保護低電壓穿越有防孤島保護有（支持計劃性孤島）交流過流保護有交流過壓保護有交流欠壓保護有交流過頻保護有交流欠頻保護有相序錯誤保護有過載保護有直流過流保護有直流過壓保護有直流欠壓壓保護有直流極性反接保護有內(nèi)部短路保護有過溫保護有絕緣保護有開關狀態(tài)異常保護有降額保護有功率模塊（IGBT）保護有系統(tǒng)最大轉換效率尺寸（寬*高*深）1000mm*2200mm*800mm重量1260kg允許最高海拔5000米（

9、3000米需降額使用）防護等級IP20噪聲<65dB工作環(huán)境溫度35C+45C存儲環(huán)境溫度40C+70C冷卻方式風冷允許相對濕度095%,無凝露通訊接口以太網(wǎng)、RS4852.2.4隔離變壓器產(chǎn)品型號額定容量110kVA輸入電壓400V+10%(3P)輸出電壓400V+10%(3P+N)額定頻率50Hz±連接組別Dyn11（可定制）絕緣耐熱等級H級溫升<1103使用海拔<4200m效率>%工作溫度-35C45C防護等級IP20冷卻方式風冷結構尺寸（寬*深*高）1200mm*650mm*1976mm總重量1300kg2.3能量管理監(jiān)控系統(tǒng)2.3.1 微電網(wǎng)能量管理

10、微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)用于保障微電網(wǎng)的穩(wěn)定和經(jīng)濟優(yōu)化運行。具是一種計算機系統(tǒng)，包括提供基本支持服務的軟件平臺，以及提供使微電網(wǎng)內(nèi)發(fā)電、配電、用電設備有效運行所需功能的一套應用軟件，是微電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)核心，擔負著系統(tǒng)電源管理、負荷管理以及統(tǒng)計分析、評估等功能。微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)基本功能包括數(shù)據(jù)信息采集和處理、數(shù)據(jù)庫管理、人機界面、設備控制等。系統(tǒng)控制功能包括微網(wǎng)運行基礎控制、計劃無縫切換控制、外部故障下的無縫切換控制、離網(wǎng)功率平衡優(yōu)化控制、功率波動平滑控制等。系統(tǒng)應用功能包括分布式電源的運行分析與展示、微網(wǎng)運行效益分析、有功功率整體優(yōu)化控制、無功電壓整體優(yōu)化控制、電能質(zhì)量優(yōu)化控制等。2.3.2 系統(tǒng)硬

11、件結構微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)的典型實施方案如下圖所示，由就地設備層、協(xié)調(diào)控制層和能量管理層組成。就地設備層為光伏發(fā)電儲能電池、可中斷負荷、可控負荷等設備；協(xié)調(diào)控制層由通信控制器、用口服務器、光纖交換機、協(xié)調(diào)控制器等設備構成；能量管理層由前置服務器、工作站、GPS防火墻、打印機、顯示大屏等構成。協(xié)調(diào)控制負責微網(wǎng)運行基礎控制、計劃無縫切換控制、外部故障下的無縫切換控制、離網(wǎng)功率平衡優(yōu)化控制、功率波動平滑控制等功能；能量管理負責全局能量管理目標制定、全局優(yōu)化策略運行和具體執(zhí)行目標下發(fā)。數(shù)據(jù)采集通信網(wǎng)絡采用串口和以太網(wǎng)接口，通信控制器支持多種標準通信協(xié)議及定制協(xié)議，并提供RS-232RS-485串口及10

12、0/1000M以太網(wǎng)接口，通信控制器可將特殊或非標準的通信規(guī)約轉換為標準的IEC60870-5-104或Modbus規(guī)約，以便于前置服務器處理。協(xié)調(diào)管理層通信主要采用以太網(wǎng)接口，距離較遠的系統(tǒng)使用光纖以太網(wǎng)進行信息傳輸。通過防火墻隔離，協(xié)調(diào)管理系統(tǒng)可以接入因特網(wǎng)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠程轉發(fā)和共享。微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)結構2.3.3 系統(tǒng)軟件結構能量管理系統(tǒng)軟件體系結構由操作系統(tǒng)、支撐平臺、應用功能共三個層次組成，應用功能又分為基本應用功能和高級管理功能兩個部分，如下圖所示。操作系統(tǒng)支持跨平臺，支撐平臺包含數(shù)據(jù)采集管理、數(shù)據(jù)庫管理、網(wǎng)絡通信管理、圖形管理、報表管理、權限管理、報警管理、計算統(tǒng)計等模塊。基本

13、應用功能包括SCADA處理、監(jiān)控功能、統(tǒng)計分析功能、安全WEB數(shù)據(jù)發(fā)布等。高級管理功能包括全局能量管理目標制定等。能量管理系統(tǒng)軟件層次結構圖協(xié)調(diào)控制器采用B/S結構，包括硬件控制器、功能控制軟件和瀏覽器用戶工作界面。協(xié)調(diào)控制器的軟件體系結構如下圖所示。協(xié)調(diào)控制器的服務器端包括支撐軟件和功能軟件兩部分。功能軟件包括微電網(wǎng)協(xié)調(diào)控制和設備協(xié)調(diào)控制。微電網(wǎng)協(xié)調(diào)控制功能包括微網(wǎng)運行基礎控制、無縫切換控制、功率平衡優(yōu)化控制、功率波動平滑控制、有功功率整體優(yōu)化控制、無功電壓整體優(yōu)化控制、電能質(zhì)量優(yōu)化控制等。設備協(xié)調(diào)控制功能包括光伏發(fā)電出力控制、可控負荷調(diào)節(jié)、可中斷負荷調(diào)節(jié)、有功無功優(yōu)化控制。協(xié)調(diào)控制器的瀏覽

14、器端是用戶工作界面，可觀察協(xié)調(diào)控制功能軟件工作狀態(tài)、配置參數(shù)、控制工作模式等。協(xié)調(diào)控制軟件層次結構圖2.3.4 系統(tǒng)應用功能（1）設備監(jiān)控實時監(jiān)測微電網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)各設備運行狀態(tài)，并能對設備進行控制與運行情況分析。系統(tǒng)采集和處理各類實時數(shù)據(jù)，并將實時數(shù)據(jù)處理后送至實時數(shù)據(jù)庫與歷史數(shù)據(jù)庫。例如：對儲能電池的實時運行信息、報警信息進行全面的監(jiān)視，并進行多方面的統(tǒng)計和分析，實現(xiàn)對儲能的全面掌控；（2）微電網(wǎng)運行控制1）微電網(wǎng)的基本控制功能：實現(xiàn)微電網(wǎng)離網(wǎng)啟動與停止2）計劃無縫切換功能：按照計劃要求實現(xiàn)微電網(wǎng)從并網(wǎng)狀態(tài)無縫轉化成離網(wǎng)狀態(tài)以及從離網(wǎng)狀態(tài)無縫轉化成并網(wǎng)狀態(tài)。無縫切換過程中微電網(wǎng)內(nèi)的負荷不會失電。

15、3）離網(wǎng)功率平衡控制功能：微網(wǎng)離網(wǎng)運行時，首要目標是保證重要負荷的供電，在此基礎上，可有選擇地保證非重要負荷的供電。離網(wǎng)功率平衡控制策略的核心是根據(jù)微電網(wǎng)內(nèi)儲能單元的剩余儲能容量決定微電網(wǎng)內(nèi)發(fā)電單元和負荷單元的調(diào)節(jié)方法。4） 設備計劃控制：對特定需要計劃運行的設備，可以編制計劃值或計劃運行曲線，使得該設備按照計劃值或計劃曲線運行。（3）運行效益分析1）電能統(tǒng)計：實時監(jiān)測分布式電源的發(fā)電數(shù)據(jù)、各類負荷的用電數(shù)據(jù)以及微電網(wǎng)與主網(wǎng)的交換功率數(shù)據(jù)，為其它分析提供數(shù)據(jù)支撐。2）數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析：統(tǒng)計光伏年發(fā)電量、系統(tǒng)年上網(wǎng)電量、光伏歷史總發(fā)電量、系統(tǒng)累計上網(wǎng)電量、停電累計時間、離網(wǎng)運行累計時間等數(shù)據(jù)；分析節(jié)

16、能減排指標，如節(jié)省燃煤、節(jié)省燃油、減排氮氧化合物、減排二氧化碳等；分析對比各分布式電源的發(fā)電量、運行狀況以及建設投資，計算項目投資回報率，對項目的技術經(jīng)濟指標進行評價。3）經(jīng)濟運行：制定微網(wǎng)經(jīng)濟運行目標，如儲能壽命最長、可再生能源最大化利用，電價效益最優(yōu)等，按照目標能量管理系統(tǒng)形成決策并指導協(xié)調(diào)控制器控制具體設備。（4）目標控制管理1）目標控制：例如可以制定微網(wǎng)并網(wǎng)點功率一定范圍變化目標，減少微電網(wǎng)和電網(wǎng)的功率交換波動，提高用電安全可靠性。2）電能質(zhì)量監(jiān)測分析與治理：通過微電網(wǎng)內(nèi)布設的電能質(zhì)量相關設備，如有源濾波器，能量管理系統(tǒng)可以監(jiān)視微電網(wǎng)內(nèi)的電能質(zhì)量指標，并根據(jù)各項技術數(shù)據(jù)形成控制命令，指導電能質(zhì)量治理設備的實際運行。a）可設定低谷電價時段，能量管理柜控制交流電通過儲能逆變器、向蓄電池充電。當蓄電池電量充滿后，儲能逆變