儲能系統方案

1、序號術語定義1單體蓄電池，Cell由電極和電解質組成，構成蓄電池組的最小單元，能將所獲得的電能以化學能的形式貯存并將化學能轉為電能的一種電化學裝置。2電池模塊,Battery Module用電氣方式連接起來的用作能源的兩個或者多個單體蓄電池。3電池簇,Battery Cluster由若干個電池模塊串聯，并與電路系統相聯組成的電池系統，電路系統一般由監(jiān)測、保護電路、電氣、通訊接口及熱管理裝置等組成。4電池堆,Battery Array由連接在同一臺能量轉換系統（PCS）上的若干個電池簇并聯而成的可整體實現功率輸入、輸出的電池系統，并受后臺監(jiān)控系統控制。5電池管理系統,Battery Manage

2、ment System,BMS用于對蓄電池充、放電過程進行管理，提高蓄電池使用壽命，并為用戶提供相關信息的電路系統的總稱，由BMU、MBMS和BAMS等管理單元組成，可根據儲能系統配置選用兩層或三層架構。6電池管理單元,Battery Management Unit, BMU具有監(jiān)測電池模塊內單體電池電壓、溫度的功能，并能夠對電池模塊充、放電過程進行安全管理，為蓄電池提供通信接口的系統。BMU是電池管理系統（BMS）的最小組成管理單元，通過通信接口向電池簇管理系統（MBMS）提供電池模塊內部信息。7電池簇管理系統,Main Battery Management System,MBMS是由電子電

3、路設備構成的實時監(jiān)測與管理系統，有效地對電池簇充、放電過程進行安全管理，對可能出現的故障進行報警和應急保護處理，保證電池安全、可靠、穩(wěn)定的運行。MBMS是電池管理系統的中間層級，向下收集電池管理單元（BMU）信息，并向上層電池堆管理系統（BAMS）提供信息。8電池堆管理系統,Battery Array Management System, BAMS是由電子電路設備構成的實時監(jiān)測與管理系統，對整個儲能電池堆的電池進行集中管理，保證電池安全、可靠、穩(wěn)定的運行。BAMS是電池管理系統的最高層級，向下連接接電池簇管理系統（MBMS）。9電池荷電狀態(tài),State of Charge,SOC電池當前實際可

4、用電量與額定電量的比值。10電池健康狀態(tài),State of Health,SOH電池當前可充放電總電量與額定電量的比值。11能量轉換系統 Power Conversion System,PCS實現電池與交流電網之間雙向能量轉換的裝置，其核心部分是由電力電子器件組成的換流器。12后臺監(jiān)控系統, Supervisory Control And Data Acquisition, SCADA對儲能系統、外部電網、負載進行監(jiān)測和協調控制的系統平臺，由BAMS或MBMS（二層構架時）與其進行通信，完成儲能電池堆的信息傳輸和后臺控制。儲能系統技術方案1、方案簡介儲能系統（EnergyStorageSyst

5、em，簡稱ESS）是一個可完成存儲電能和供電的系統，具有平滑過渡、削峰填谷、調頻調壓等功能?？梢允固柲?、風能發(fā)電平滑輸出，減少其隨機性、間歇性、波動性給電網和用戶帶來的沖擊；通過谷價時段充電，峰價時段放電可以減少用戶的電費支出；在大電網斷電時，能夠孤島運行，確保對用戶不間斷供電。儲能系統是電力系統“采-發(fā)-輸-配-用-儲”的重要組成部分，是構建新能源微電網的基礎。系統中引入儲能環(huán)節(jié)后，可以有效地實現需求側管理，消除晝夜間峰谷差，平抑負荷，不僅可以更有效地利用電力設備、降低用電成本，還可以促進可再生能源的應用，也可作為提高系統運行穩(wěn)定性、參與調頻調壓、補償負荷波動的一種有效手段。2、儲能系統架

6、構儲能系統包括鋰離子電池、BMS系統、PCS系統、EMS系統等。其中，電池模組采用模塊化設計，由若干電池串并聯組成。每個電池模組配置一個電池管理單元，對單體電池的電壓、溫度等參數進行監(jiān)測；儲能系統架構圖2.1電池根據市場情況，儲能電池選擇為磷酸鐵鋰電池，磷酸鐵鋰電池具有一定的優(yōu)勢。1)長循環(huán)壽命由于風光資源的不確定性、間歇性，蓄電池經常處于部分荷電狀態(tài)（PSOC）模式下運行。電池在這種狀態(tài)下經常處于過充或欠充狀態(tài)，尤其是欠充狀態(tài)會導致電池壽命提前終止，磷酸鐵鋰電池使用年限達到15年，循環(huán)次數4500次以上。2)高能量轉換效率儲能電池經常處于充放電循環(huán)，電池的能量轉換效率高低對規(guī)模儲能電站的經濟

7、性好壞有決定性的影響。磷酸鐵鋰電池改善了電池部分荷電態(tài)（PSOC）模式下的充電接受能力，充電接受能力較普通電池提升40%以上，使電池具有了優(yōu)異的充放電效率（97%以上），整個儲能電站的能量轉換效率可達到90%以上。3)經濟性價比壽命期內性價比是評估儲能技術是否可行的一項重要指標。磷酸鐵鋰電池既保持了電池高能量密度，又具有快速充放電、循環(huán)壽命長、價格低等優(yōu)勢，收益/投資比可達2.0；相比鉛碳電池、管式膠體電池、三元鋰電池相比，具有更低的成本及更高的性價比，可有效的降低儲能電站運行成本。4)系統安全可靠性儲能電站具有較高的安全可靠性要求，磷酸鐵鋰電熱峰值可達350-500而錳酸鋰和鈷酸鋰只在200

8、左右。工作溫度范圍寬廣（-20C-+75C），有耐高溫特性磷酸鐵鋰電熱峰值可達350-500而錳酸鋰和鈷酸鋰只在200左右。Ø 電芯基本信息電 芯 基 本 信 息 電芯種類寧德時代 磷酸鐵鋰 儲能電芯標稱電壓3.2V標稱容量271Ah工作溫度充電: 0 55放電: -20 55重量約5.47公斤尺寸 (厚×寬×高)71.5mm * 173.9mm * 207.3mmØ 電池組基本信息電 池 模 組 基 本 信 息 電芯排布1并14串標稱電壓44.8V標稱容量12.14KWh (25, 0.5C / 0.5C)工作溫度充電: 0 55放電: -20 55重

9、量約143公斤尺寸 (寬×深×高)516mm * 690mm * 234mmØ 電箱基本信息 電 箱 基 本 信 息電柜排布 16 個電箱串聯 標稱電壓 716.8V標稱容量 194.25KWh (25, 0.5C / 0.5C) 工作溫度 充電: 0 55 放電: -20 55重量 約1800公斤 尺寸 (寬×深×高)1200mm * 725mm * 2300mmSBMS 1 個 控制箱 1 個 2.2電池管理系統（BMS）根據系統通信能力和系統安全性，電池管理系統采用三層架構，系統基本構架如圖：電池管理系統通訊拓撲示意圖從控采集每組單體電壓

10、、溫度。主控通過通訊獲取從控數據，以及采集電壓、電流等。BMS具有以下功能：（1）電池模擬量高精度監(jiān)測功能BMU層面，實時檢測單模組電壓。MBMS檢測電池簇充放電電流，系統總壓，系統絕緣等。（2）SOC估算通過電流積分，實現基本SOC估算。配合充滿與放空校正功能，有效提高SOC精準度。另外，在BAMS的管理下單獨完成容量標定和SOC標定。通過自身算法，得出經校正后的最新電池系統容量和SOC標定值，并以此做為后續(xù)電池充放電管理的依據，經此得出的SOC值誤差小，同時在長時間累積過程中會避免SOC誤差放大的現象。（3）電池系統報警以及保護功能電池管理系統在電池系統出現電壓、電流、溫度等模擬量出現超過

11、安全保護門限的情況時，將進行故障隔離，將問題電池簇退出運行，同時上報保護信息，并在本地進行顯示。（4）充、放電管理系統運行時，實時監(jiān)測每個單體電壓以及電池包溫度，當單體電壓達到最大充電電壓時，BMS強制切斷繼電器，對電池進行保護；當單體電壓低于最低放電電壓時，BMS強制切斷繼電器，對電池進行保護；（5）均衡功能本電池管理系統使用被動均衡策略，能夠很好得維護電池組的一致性。（6）運行參數設定功能（接入調試上位機后可進行設定）本電池管理系統提供本地對電池管理系統的各項運行參數進行修改。參數設定項目包括：單體電池充電上限電壓單體電池放電下限電壓電池運行最高溫度電池運行最低溫度電池簇過流門限電池短時溫

12、升過快門限（7）故障運行模式當系統電池組存在部分組電池故障，需要拆卸部分電池進行維護時，可關閉故障組電池組MBMS高壓盒低壓供電，對系統進行重新上電后，系統自檢進入故障運行模式，通過功率限制，限制電流?？纱_保部分需要維修時，不會因電池維修，系統長時間不能運行。當電池組組間總壓壓差過大時，可通過上位機，強制控制部分組繼電器吸合，手動控制PCS對電池組進行整組小電流充放電，達到減小壓差功能。便于現場維護。（8）系統運行狀態(tài)顯示本電池管理系統能夠在本地對電池系統的各項運行狀態(tài)進行顯示包括（接入調試上位機后可進行設定）：電池單體電壓/溫度查詢及顯示電池組電壓/溫度查詢及顯示電池簇電流/SOC/SOH查

13、詢及顯示告警信息顯示其他異常信息顯示電池系統容量標定及SOC標定BMS基本技術參數BMS基本技術參數序號項目規(guī)格備注1系統電源DC24V2單電芯電壓檢測范圍 (V)0V5V3單電芯電壓檢測精度(mV)±5mV4溫度檢測范圍(°C)-40°C85°C5溫度檢測精度(°C)± 1°C6總電壓檢測范圍 (V)0V1000V7總電壓檢測精度 (%)1%FSR8絕緣檢測支持最高電壓1200V，檢測誤差小于10%9電流檢測范圍（A）-300A-300A10電流檢測精度 (%)1.0%FSR11SOC 精度 (%)6%12均衡電流 (A)

14、100mA14通訊方式CAN或48515顯示工業(yè)顯示屏16指示燈，蜂鳴器報警具備紅綠指示燈以及蜂鳴器報警17保護包括：過充、過放、超溫、短路等保護，且保護定值可整定2.3儲能變流器（PCS）2.3.1 儲能變流器功能簡介儲能系統中，儲能變流器除了雙向逆變功能外，同時可以進行實現支撐電網，保證電網系統的穩(wěn)定運行，提供抗短時沖擊能力，平滑供電，儲能，削峰填谷。設備拓撲采用三電平設計，相比較于兩電平拓撲，三電平拓撲能夠提高開關頻率、轉換效率和系統穩(wěn)定性，降低輸出諧波、開關損耗和變流器體積。2.3.2儲能變流器選型設計電池設計輸入電壓范圍為：604.8V-806.4V儲能變流器電路主拓撲如圖：儲能變流

15、器系統拓撲500kW儲能變流器參數產品型號PWS1-500K直流側參數直流電壓范圍600900V最大直流電流873A最大直流功率550kW直流電壓精度1%直流電流精度1%（rms）交流并網參數額定輸出功率500kW交流最大功率550kVA額定電網電壓400V電網電壓范圍±15%額定電網頻率50Hz/60Hz電網頻率范圍±2.5Hz交流額定電流720A輸出THDi3%并網功率因數-1+1交流離網參數交流離網電壓400V交流電壓可調節(jié)范圍±10%交流離網頻率50Hz/60Hz離網輸出THDu2%系統參數整機最高效率97.3%隔離方式工頻隔離冷卻方式強制風冷噪聲70dB

16、溫度范圍-2050防護等級IP20海拔3000M濕度范圍095%尺寸（W*H*D）2200mm*2160 mm *800 mm重量2000kg通訊方式顯示觸摸屏上位機通信方式Modbus TCP/IP通信接口網口、RS485、CAN本儲能變流器具有以下功能：a、接入鋰電池時分為恒功率充電和恒流充電兩個階段；b、并網放電，可以通過預先設置或者集中監(jiān)控實時調度進行控制；c、四象限獨立控制有功和無功；d、與電網調度系統配合，可按照歷史曲線或者實時負荷進行調峰，實現電網的削峰填谷；e、與電網調度系統及AGC配合，可參與電網二次調頻；f、與AVC相配合，可實現電網靜態(tài)無功控制，緊急情況下可快速輸出無功，

17、避免負荷低壓脫口及電壓崩潰，實現緊急無功控制實現平抑各個間歇性電源功率，穩(wěn)定輸出；2.3.3儲能變流器保護策略對于PCS保護策略，滿足分布式發(fā)電系統接入電網的相關標準規(guī)定，具備但不限于以下保護功能：（1）、電網電壓異常保護；（2）、電網頻率異常保護；（3）、孤島保護；（4）、輸出過載保護；（5）、輸出直流分量控制；（6）、輸出短路保護；（7）、直流過壓保護；（8）、直流接反保護；（9）、低壓穿越保護；（10）、恢復并網保護；（11）、功率恢復速率控制；同時，根據不同電池的BMS要求，根據其控制策略對電池側充放電狀況進行保護，包括過充、過放、容量保護等。2.4能量管理系統（EMS）2.4.1 E

18、MS系統功能簡介能量管理系統是儲能系統的重要組成部分，它為微電網調度控制中心提供數據管理、監(jiān)視、控制和優(yōu)化，保障儲能系統的穩(wěn)定高效運行。能量管理系統為儲能系統內部每個能源控制器提供功率和電壓設定點；確保滿足系統中熱負荷、電負荷需求；確保系統滿足與主網系統間的運行協議；盡可能使能源消耗與系統損耗最小；提供系統故障情況下孤島運行與重合閘的邏輯與控制方法（加并且網切換單元）等。2.4.2 EMS組網架構儲能系統中，EMS通訊拓撲分為兩層結構，頂層為總集中監(jiān)控系統，底層設備：儲能變流器、電池管理系統（BMS）、環(huán)境監(jiān)測設備、消防系統、空調或門禁系統等均接入監(jiān)控系統。監(jiān)控主機完成現場測控系統之間的網絡連

19、接、轉換、數據采集、數據本地處理、協議轉換和命令的交換、本地用戶畫面監(jiān)視操作、控制策略、WEB服務器功能，實現大容量實時數據的高速匯集傳輸，確保主站系統能夠快速、準確地得到所有監(jiān)測及監(jiān)控信息，并及時反饋網絡檢測的系統異常與故障，確?？焖俣ㄎ慌c恢復。2.4.3 EMS功能設計（1）電站運行情況實時監(jiān)控系統能對所有被監(jiān)控的運行參數和狀態(tài)進行實時和定時數據采集，對重要歷史數據進行處理并存入數據庫。包括：BMS系統的各組電池的總電壓、電流、平均溫度、SOC、SOH、 充放電電流和功率限值、單節(jié)最值電池電壓、單節(jié)最值電池溫度、故障及報警信息、歷史充放電電量、歷史充放電電能等常用信息。PCS的相關參數，包

20、括：直流側各分支的電壓/電流/功率等、交流側的各相有功功率、無功功率、電壓、電流、功率因素、頻率和溫度、機柜溫度、運行狀態(tài)、報警及故障信息等常用信息，以及日充電量、日放電量、累計充電量、累計放電量等。負荷的各相電壓、電流、有功功率、無功功率、頻率等信息。圖7 EMS系統主頁面效果圖（僅作參考）（2）電站運營數據顯示系統可根據用戶要求，自定義其所需的相關數據到指定界面，進行實時數據、歷史數據的查看，并導出報表；（3）電站經濟運行策略相比于常規(guī)變電站的經濟運行分析主要是計算變壓器在各種運行方式下的，變壓器損耗隨負荷電流變化的曲線，微網系統的經濟運行分析將變壓器替換為PCS和逆變器進行計算分析，分析

21、當前儲能電量和負載比例，得出最佳運行策略，并執(zhí)行優(yōu)化命令。（4）電站實時調度、遠程調度根據現場監(jiān)控層和總控中心對系統需求數據的不同，微網電站現場設備層可自由配置數據分別上傳到現場監(jiān)控層和中控中心，也可由現場監(jiān)控層處理、篩選后上傳到總控中心。（5）電站能量管理系統根據當前時段、當前負荷、當前上網電價、儲能電池SOC，自動控制潮流方向，確定微網系統充放電時段。（6）故障報警系統提供各級事件的記錄和查詢功能，采用顏色對事件類型和重要程度進行區(qū)分和管理。（7）報表、實時曲線、能量流動顯示系統提供實時曲線記錄、分析和查詢功能，自由選擇所需記錄和分析的數據，以曲線和棒圖展現實時數據、歷史數據及歷史數據統計

22、值，統計數據間隔為5分鐘、15分鐘、1小時和1天。系統可以按照用戶要求自定義各類報表、分析圖表，并導出office或PDF文件。（8）數據分析常見的數據分析工具包包括能流圖、成本核算、節(jié)能分析、生產能效分析、能耗預測、對標分析；（9）電站運行效益分析、老板報表經濟效益分析，主要靠能管系統建模，針對PCS出力、儲能系統SOH，得出全系統運行效率；3、 集裝箱安裝3.1集裝箱設計集裝箱設計主要根據項目著落地的環(huán)境條件如氣候條件，海拔高度等，進行有針對性的設計。主要包括下表中涉及的方面：項目功能備注防雷設計接地設計照明系統設計集裝箱承重設計熱管理方案環(huán)境監(jiān)控系統消防安全系統集裝箱主要參數如下：項目技

23、術參數大小30尺集裝箱重量TBD承重30T材料特種鋼工作溫度-1045集裝箱內部溫度1035集裝箱系統設計需要能夠保證集裝箱具備良好的防腐、防火、防水、等相關功能，集裝箱設計有以下特色接地設計集裝箱提供接地銅排。接地銅排可與整個集裝箱的非功能性導電導體（正常情況下不帶電的集裝箱金屬外殼等）可靠聯通，同時，集裝箱以銅排的形式向用戶提供2個符合最嚴格電力標準要求的接地點，向用戶提供的接地點必須與整個集裝箱的非功能性導電導體形成可靠的等電位連接，接地點位于集裝箱的對角線位置。非功能性導電導體接地點。接地銅排局部視圖見下圖所示：接地銅排接地銅排局部視圖防雷設計在線路上安裝有防浪涌保護模塊，并帶有輔助報

24、警開關，一旦發(fā)生雷擊可通過監(jiān)控平臺發(fā)出對外報警信號。 監(jiān)控系統實時監(jiān)測防雷器信號，一旦發(fā)生報警，系統自動切換到相應的監(jiān)控界面，同時產生報警事件及有相應的處理提示。防雷系統通過接地扁鋼或接地圓鋼連接至集裝箱給用戶提供的不少于2個的接地銅排上。照明系統設計可實現對集裝箱內照明燈光的控制，照明燈具有防暴功能，為集裝箱內部的監(jiān)控提供一個安全的照明環(huán)境。管理人員可在現場用手動開關控制照明燈。另外，集裝箱內至少配置5盞應急照明燈，一旦系統斷電，集裝箱內的應急照明燈會立即投入使用，5年內，單盞應急照明燈的有效照明時間不小于30分鐘。安全及報警系統設計集裝箱具有報警系統，通過在特殊位置安裝一報警燈，能夠為外界

25、提供比較明顯的信息，從而起到預警作用。集裝箱內配置煙霧傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器、應急燈、門磁開關、滅火器、防雷器等必不可少的安全設備，煙霧傳感器和溫度傳感器和系統的控制開關形成電氣連鎖，一旦檢測到環(huán)境參數超出合理范圍、門磁開關報警、滅火器啟動、雷擊報警等，立即切斷正在運行的電池成套設備，并進行聲光報警，同時通過電池管理系統將數據上傳遠程監(jiān)控平臺，進行遠程報警監(jiān)測。集裝箱報警器圖消防系統設計消防系統由煙感探測器、溫度探測器、聲光報警器、滅火器組成，通過環(huán)境監(jiān)控系統對集裝箱系統進行實時監(jiān)控。熱管理設計方案電池是一種對溫度較為敏感的儲能介質，磷酸鐵鋰電池的適宜工作溫度一般為030。電池放置于集

26、裝箱封閉環(huán)境中，需要合理的熱管理措施以控制環(huán)境溫度，保障電池的長壽命運行。集裝箱熱管理方案分為2部分溫度檢測部分，磷酸鐵鋰集裝箱內有約1500個溫度檢測點，鉛酸電池集裝箱內有約300個溫度檢測點，可全面監(jiān)測電池的溫度，以便熱管理控制系統進行合理的溫度調整動作?？照{和加熱器是常用的溫度控制設備，其功率設計的熱管理設計的重要工作。空調和加熱器功率設計原理如下：1）制熱量計算假設室外溫度最低-30，室內需要控制溫度在20，儲能現場海拔高度 3500m；空調的加熱量P要大于環(huán)境載荷熱量P1+設備熱載荷量，這里計算假定設備（包括電池）熱載荷量為0. P：空調需要的制熱功率； c：空氣比熱，1.005KJ/kg*； m：空氣質量=密度*體積=1.2kg/m³*75m³ : 巖棉熱阻系數0.040W/m 計算公式：集裝箱箱內箱外導熱功率（W）： P1=*A(Th-Tc)/為導熱系數，A為導熱面積，Th、Tc為高溫面和低溫面溫度，為2個面之間的距離。集裝箱表面積為：A=（12.192*2.438+12.192*2.591+2.438*2.591）*2=135.26m²P1=*A(Th-Tc)/=0.040*135.26*50/0.08=3380(W)考慮門或其他縫隙導熱，修正系數為2，即P1=3380*2=6760W。2）