储能电站总体技术方案.docx

储能电站总体技术方案2011-12-20书目1.概述32 .设计标准43 .储能电站（协作光伏并网发电）方案63.1 系统架构63.2 光伏发电子系统73.3 储能子系统7储能电池组83.3.2电池管理系统（BMS）93.4 并网限制子系统123.5 储能电站联合限制调度子系统144 .储能电站（系统）整体发展前景161.概述大容量电池储能系蜕在电力系统中的应用已有20多年的历史，早期主要用于孤立电网的调频、热备用、调压和备份等。电池储能系统在新能源并网中的应用，国外也巳开展了肯定的探讨。上世纪90年头末镌国在HemeIMW的光伏电站和Bho1.t2MW的风电场分别配置了容量为1.2MWh的电池储能系铳，供应削峰、不中断供电和改者电能质量功能。从2003年起先，日本在Hokkaido30.6MW风电场安装了6MW6MWh的全钿液流电池（VRB）储能系统，用于平抑输出功率波动。2009年英国EDF电网将600kW200kWh锂离子电池储能系统配置在东部一个I1.KV配电网STATCOM中，用于潮流和电压限制，有功和无功限制。总体来说,储能电站（系统）在电网中的应用目的主要考虑“负荷调要、协作新能源接入、弥补线损、功率补偿、提高电能质量、孤网运行、削峰境谷”等几大功能应用。比如：削峰填谷，改善电网运行曲段，通俗一点说明,储能电站就像一个储电银行，可以把用电低谷期富余的电储存起来，在用电高峰的时候再拿出来用，这样就削减了电能的奢侈；此外储能电站还能削减线损，增加鼓路和设备运用寿命；优化系统电源布局，改善电能质量。而储能电站的嫌色优势则主要体现在：科学平安，迂设周期短：绿色环保，促进环境友好：案引用地，削减资源消耗等方面。发电I输电I"E电I用电&II、I七'f-r电变电站4Tee电变电站!用户儡胃百2,设计标准GB21966-2008锂原电池和蓄电池在运拘中的平安要求GJB4477-2002锂离子的电池组通用规范QaT743-2006电动汽车用锂离子蓄电池GB/T12325-2008电镀质量供电电压偏差GB/T12326-2008电能质量电压波动和闪变GB,T14549-1993电能质量公用电网谐波GB/T15543-2008电能用,三相电压不平衡GB/T2297-1989太阳光伏铉源系统术语D1.JT527-2002静杰继电爱护装置逆变电源技术条件GB,-T13384-2008机电产品包装通用技术条件GBZT14537-1993量度继电器和爱护装置的冲击与磁撞试验D1.ZT478-2001GBZT191-2008GB/T2423.1-2008A：低温GB,-T2423.2-2008B：高温GB,-T2423.3-2006Cab：恒定湿热试验GB,-T2423.8-1995Ed：自由跣落GBH2423.10-2008脸Fc：振动（正弦）GB/T14598.27-2008量度继电器和爱护装置第27部分：产品平安要求静杰继电爱护及平安自动装置通用技术条件包装储运图示标记电工电子产品环境试验第2部分：试毅方法试脸电工电子产品环境试验第2部分：试驶方法试脸电工电子产品环境试验第2部分：试验方法试院电工电子产品环境试验第2部分：试驶方法试脸电工电子产品环境试验第2部分：试验方法试GB4208-2008外壳防护等级（IP代码）GBZT17626-2006电磁兼容试验和测量技术GB14048.1-2006低压开关设备和限制设备第1部分：总则GB7947-2006或数字标识人机界面标记标识的基本和平安规则导体的颜色GB8702-88电度辐射防护规定D1./T5429-2009电力系统设计技术规程D1./T5136-2001火力发电厂、变电所二次接线设计技术规程D1.TT620-1997沟通电气装置的过电压爱护和绝缘协作DUT621-1997沟通电气装置的接地GB50217-2007电力工程电缆设计规范GB2900.11-1988蓄电池名词术语IEC61427-2005求和试验方法光伏系统（PVES）用二次电池和蓄电池组1.般要Q/GDW564-2010储能系统接入配电网技术规定QCfT743-2006电动汽车用锂离子蓄电池GB/T18479-2001地面用光伏（PV）发电系统概述和导则GB/T19939-2005光伏系统并网技术要求GBH20046-2006光伏（PV）系统电网接口特性GB2894平安标记（neqISO3864：1984）GB16179平安标记运用导则GB/T178830.2S和0.5S级静止式沟通有功电度表DUT448能计量装置技术管理规定DUT614多功能电能表DUT645多功能电能表通信协议D1.ZT5202电能量计量系统设计技术规程SJ/T11127光伏（PV）发电系统过电压爱护导则IEC61000-4-30电磁兼容第4-30部分试聘和测量技术一电能质量IEC60364-7-712建筑物电气装JE第7712部分：特别装置或场所的要求太阳光伏（PV）发电系统3.储能电站（协作光伏并网发电）方案3.1 系统架构在本方案中，储能电站（系统）主要讲作光优并网发电应用，因此，整个系统是包括光伏组件阵列、光伏限制器、电池组、电池管理系统*BMS）,逆变器以及相应的储能电站联合限制调度系统等在内的发电系统。系统架构图如下：光伏组件储能电站（协作光伏并网发电应用）架构图1,光伏组件阵列利用太阳能电池板的光伏效应将光能转换为电能，然后对锂电池组充电，通过逆变器将直流电转换为沟通电对负载进行供电:2、智能限制器依据日照强度及负载的改变，不断对蓄电池组的二作状态进行切换和调整：一方面把调整后的电能干脆送往直流或沟通负载。另一方面把多余的电能送往蓄电池组存储。发电量不能满意负载须要时，限制器把蓄电池的电能送往负载，保证了整个系统工作的连续性和稳定性：4,并网逆变系统由几台逆变器组成,把蓄电池中的直流电变成标准的380V市电接入用户侧低压电网或经升压变压器送入高压电网。5,锂电池组在系统中同叶起到能量调整和平衡负我两大作用。它将光伏发电系统输出的电能转化为化学能储存起来，以备供电不足时运用。3.2 光伏发电子系统喀。3.3 储能子系统硝酸帙保电湎组硝酸铁保电池烟3.3.1 储能电池组(1)电池选型原则作为协作光伏发电接入，实现削峰填谷、负荷补偿，提高电能质量应用的储能电站，储能电池是特别重要的一个部件，必需满意以下要求：简洁实现多方式组合，满意较高的工作电压和校大工作电流；电池容量和性能的可检测和可诊断,使限制系统可在预知电池容量和性能的状况下实现对电站负荷的调度限制：高平安性、牢拿性：在正常运用状况下，电池正常运用寿命不低于15年：在极限状瓦下，即使发生故障也在受控范围.不应当发生爆炸、燃烧等危及电站平安运行的故障；具有良好的快速响应和大倍率充放电实力，一段要求5-10倍的充放电实力；较高的充放电转换效率；易于安装和维护；具有较好的环境适应性，较宽的工作温度范围；符合环境爱护的要求，在电池生产、运用、回收过程中不产生对环境的破坏和污亵：(2)主臭电池类型比较表1、几种电池性能比较结班电池金机液流电池铁锂电池同控枪电池现有应用规慢等线100kWQMW5kW6MWkW-MWkWMW比较适合大规模削峰填谷,大规模削峰填可选择功率型或大规慢削峰填谷.的应用场平抑可再生能源谷、平抑可再生能量型,适用范围平抑可再生能源发合发电波动能源发电波动广泛电波动平安性不行过充电；钠、谎的渗漏.存在潜在平安照忠平安须要单体监控，平安性能已有较大突破平安性可接受，但废旧铅酸蓄电池产峻污染土壤和水源能量雷度100-700Wh/kg-120-150Wh'kg30-50Wh/kg倍率特性5-IOC1.5C5-15C0.1-1C转换效率>95%>70%>95%>80%寿命>2500次>15000次>2000次300次成本23000tkWh15000kWh3000元永Wh700元JkWh资源和环保资源丰富：存在育定的环境风险资源丰富堂岸丰富：环境友好资源丰富：存在肯定的环境风险MW级系统占地150-200平米JMW800-1500平米/MW100-150平米MW（三）150-200平米MW关注点平安、一样性、成本军笊性、成熟性、成本一样性一样也、寿命(3)竟议方案从初始投资成原来看,锂离子电池有较强的竞争力，钠硫电池和全乳液流电池未形成产业化，供应渠道受限，较昂贵.从运营和维护成原来看，钠碗纸要持续供热.全钝液流电池须要泵进行流体限制，增加了运营成本,而锂电池几乎不须要维护。依据国内外储能电站应用现状和电池特点，建议储能电站电池选型主要为磷酸铁锂电池.3.3.2 电池管理系统(BMS)(1)电池管理系统的要求在储能电站中，储能电池往往由几十串甚至几百串以上的电池组构成.由于电池在生产过程和运用过程中，会造成电池内阻、电压、容量等参数的不一样。这种差异表现为电池组充溢或放完时串联电芯之间的电压不相同，或能量的不相同。这种状况会导致部分过充，而在放电过程中电压过低的电芯有可能被过放，从而使电池组的离散性明显漕加，运用时更简洁发生过充和过敏现象,整体容量急剧下降.整个电池组表现出来的容量为电池组中性能最差的电池芯的容量，最终导致电池组提前失效.因此，对于硝酸铁锂电池电池组而言，均衡爱护电路是必需的。当然，锂电池的电池管理系统不仅仅是电池的均衡爱护，还有更多的要求以保证锂电池储能系统稳定牢靠的运行。(2)电池管理系统BMS的详如功能 基本爱护功能/单体电池电压均衡功能此功能是为了修正串联电池组中由于电池单体自身工艺差异引是的电压、或能量的离散性，避开个别单体电池因过充或过敏而导致电池性能变差甚至损坏状况的发生，使得全部个体电池电压差异都在肯定的合理范围内.要求各节电池之间误差小于±30mv,/电池组爱护功能单体电池过压、欠压、过温报瞽，电池组过充、过放、过流报警爱护，切断等。 数据果集功能采集的数据主要有：单体电池电压、单体电池温度(实际为每个电池模组的温度)、组端电压、充放电电流,计算得到蓄电池内阻。通讯接口：采纳数字化逋讯协议IEC61850.在储能电站系统中，须要和调度监控系统进行通讯，上送数据和执行指令。 步断功能BMS应具有电池性能的分析诊断功能,能依据实时测量蓄电池模块电压、充放电电流、温度和单体电池端电压、计算得到的电池内阻等参数，通过分析诊断模型，得出单体电池当前容量或剩余容量(SOC)的诊断，单体电池健康状态(SoH)的诊断、电池组状态评估.以及在放电时当前状态下可持续放电时间的估算。依据电动汽车相关标准的要求锂离子蓄电池总成通用要求(目前储能电站无相关标准),对剩余容量(SOC)的诊断精度为5%,对健康状态(SC)H)的诊断精度用8%。 热管理锂电池模块在充电过程中，将产生大量的热能，使整个电池模块的盅度上升，因而，BMS应具有热管理的功能。 故障中断和春耕若遇异样，BMS应治出故障诊断告警信号,通过短控网络发送给上层限制系统.对储能电池组每串电池进行实时监控，通过电压、电流等参数的弦潮分析，计算内阻及电压的改变率,以及参考相时温升等综合方法，即时检有电池组中是否有某些已坏不能再用的或可能很快会坏的电池，推断故障电池及定位，绐出告警信号，并时这些电池实行适当处理措施。当故漳枳累到肯定程度,而可能出现或起先出现恶性事故时，给出重要告警信号输出、并切断充放电回路母钱或者支路电池堆，从而避开恶性事故发生。采纳储能电池的容错技术,如电池旁路或能量转移等技术，当某一单体电池发生故源时，以避开对整组电池运行产生影响.管理系统对系统自身软硬件具有自检功能，即使器件损坏，也不会影响电池平安。确保不会因管理系统故障导致储能系统发生故障,甚至导致电池损坏或发生恶性事故。建议方案均衡爱护技术建议能量转移法（储能均衡）。其它爱界技术对于电池的过压、欠压、过流等故障状况，实行了切断回路的方式进行爱护。时瞬间的短路的过流状杰，过流爱护的延时叶间一般至少要几百微秒至毫秒，而短路爱护的延时时间是微秒级的，几乎是通路的解问就切断了回路,可以避开短路对电池带来的巨大损伤.在母线回路中一般采纳快速熔断器,在各个电池模块中,采纳高速功率电子器件实现快速切断。，电池在线容量评估SoC在测量动态内阻和真值电压等基础上，利用充电特性与放电特性的财应关系，采纳多种模式分段处理方法，延立数学分析诊断模型，来测量剌余电量SOC.分析锂电池的放电特性,基于积分法采纳动态更新电池电量的方法,考虑电池自放电现象,对电池的在线电流、电压、放电时间进行测量；式料和计算电池在不同放电状况下的刹余电量，井依据电池的运用时同和环境温度对电量加料进行校正，治出剩余电量SOC的预料值。为了解决电池电量改变对测量的影响，可采纳动杰更新电池电量的方法，即运用上一次所放出的电量作为本次放电的基准电量，这样便着电池的运用，电池电量减小体现为基准电量的减小；同时基准电量还须要依据外界环境温度改变进行相应修正。蓄电池健康状态评估SOH对锂电池整个寿命运行曲线充放电特性的后应关系分析，进行曲线拟合和比对，得出番电池健康状态评估值SoH,同时依据运行环境对评估值送行修正。蓄电池组的热管理在电池选型和结构设计中应充分考虑热管理的设计。圆柱形电芯在排布中的透气孔设计及铝壳封装能帮助电芯更好的散热，可有效防蚊，保证稳定。BMS含有温度检测,对电池的温度进行监控，假如温度高于爱护值将开启风机强制冷却，若温度达到危急值，该电池堆能自动退出运行。3.4并网限制子系统本子系统包括储能电站内将直流电变换成沟通电的设备。用于将电能变换成适合于电网运用的一种或多柠形式的电能的电气设备。最大功率跟踪限制器、逆变器和限制器均可尽于本子系统的一部分。（1）大功率PCS拓扑设计原则 符合大容量电池组电压等级和功率等级： 结构简洁、牢靠稳定，功率损耗低： 能够敏捷进行整流逆变双向切换运行； 采纳常规功率开关器件，设计模块化、标准化： 并网谐波含量低，速波简洁；发呈现状低压等级（2kV以下）电池组的PCS系统星期一般是采纳基于多重化技术的多脉波变换器.功率管采纳晶闸管或GT0。随着新型电池技术的出现、功率器件和拓扑技术的发展，较高电压等级（5kV6kV）的电池组的PCS系统一我果多电平技术，功率管采纳IGCT或IGBT串联。另外1.种方案是采纳DCQC+DCAC两级变换结构，通过DCDC先将电池组输出升压，再通过DC/AC逆变。适合大功率电池应用的DCZDC变换器拓扑主要采纳非隔离型双向BUCk/B。St电路,多模块交织并联实现扩容；DaAC酱分主要包括多重化、多电平、交织并联等大功率变流技术，以降低并网谐波，简化并网接口。建议方案大容量电池储能系统可采纳电压源型PCS,并联接入电网，PCS设计成四象限运行.能独立的进行有功、无功限制。目前电池组电压等级一般低于2kV.大容量电池储能系统具有低压大电流特点。考虑两级变换结构损耗大，运议果纳单级DaAC变换结构，通过升压交接入电网.利用多变流器单元并联技术进行扩容，采纳移相载波调制和环流抑制实现单元问的功率均分。结构简洁、易限制.模块化、容错性好和效率高。(2) PCS限制策略限制要求 高效平安电池充放电； 满意电网相关并网导则； 进行有功、无功独立调整： 能够适应电网故障运行。探讨现状国内外对分布式发电中并网交流器限制策略已经绽开了广泛探讨，常采纳双闭环限制，外环依据限制目标的不同，提出了PQ限制、下垂限制、虚拟同步机限制等，内环一般采纳电流环，提出了自然坐标系、静止坐标系和同步坐标系下的限制策略。电池储能系统PCS限制除了满意常规的并网交流器要求,更重要的要满意电池充放电要求，尤其是电网故障状况下的限制。建议方案采纳多目标的变流器限制簸略，一方面格璃限制充放电过程中的电压、电流，确保电池组高效,平安充放电：另一方面依据调度指令，迸行有功、无功限制。 低电压穿越实力强，逆变器对电网电压应始终工作在恒流工作模式，输出端压跟够市电，可以在很低电压下运行，甚至在输出端短路时仍可输出，此时逆变器保持额定的输出电流不变。 实现电网故障状态下电池储能系统紧急限制，以及电网复原后电池储能系统的重新同步跟制。3.5储能电站联合限制调度子系统常规的储能电站限制系统运用的产品来自于不同的供应商。几乎每个产品供应诲都具有一套自己的标准,整个储能电站里运行的规约就可能达到好几种。于是当一个储能电站须要将不同厂商的产品集成到一个系统时，就不得不花很大的代价做通信协议转换装置,这样做一方面增加了系统的困难性降低了牢靠性，另1.方面增加了系统成本和维护的函,唯性。因此本方案建议采纳基于IEC61850的系铳方案.IEC61850是关于变电站自动化系统的通讯网络和系统的国际标准。制定IEC61850主要目的就是使不同制造厂商的产品具有互掾作性,使它们可以便利地集成到一个系统中去，能够在各种自动化系统内部精确、快速地交揍数据，实现无缝生成和互操作。由于联合发电智能监控系统枭纳IEC61850极议，所以在储能电站也采基于IEC61850的限制系统有利于处理并传送从储能电站限制系统到联合发电智能监控系统各种实时信息。储能电站限制系统枭纳模块化、功能亲成的设计思想，分为系统层和设备层两层结构,全站监控双网采纳100M光纤以尢网作为通信网络,采纳星型网络结构。系统层配置：系统层主要实现实时数据采集、与联合发电智能监控系统通信等功能。实时效裾采集通过子系统的智能组件从功率调整系统、电池系统、配电系统获得数据,这些数据包括电池容量、线路状态、电流、有功功率.无功功率、功率系数和平均值。与联合发电智能监控系统通信:在储能电站和变电站之间铺设光纤，符储能电站的实时数据、故障信息等上传到联合发电智能监控系统；同时接受联合发电智能监控系跣下发的限制吩咐。设备层配置设备层由电池管理系统（BMS）及其智能组件、能量管理系统（PCS）及其智能组件、配电系统爱护测控装置等。 电池管理系统BMS）及其智能组件：电池管理系统（BMS）时整个储能系统的平安运行、储能系统泯制策略的选择、充电模式的选择以及运营成本都有很大的影响。电池管理系统无论是在电池的充电过程还是放电过程，都要牢靠的完成电池状态的实时监控和故障珍断。并通过智能阻件将相关信息转化为IEC61850协议通过光以大网上送到监控系统，以便呆纳更加合理的限制策略，达到有效且高效运用电池的目的。 能量管理系统（PCS）及其智能组件：能量管理系统（PCS）实现对电池充放电的限制，满意储能系统并网要求。探讨多目标的交流器限制策略，一方面精确限制充放电过程中的电压.电流，确保电池组高效充放电：另一方面依据调度指令，进行双向平滑切换运行，实现有功、无功独立限制。另外，在电网故障条件下，探讨多储能PCS单元的协调限制，实现对局部电网的平安运行。智能组件将PCS须要上传的开关量、模拟量、非电量、运行信息等转换为IEC61850拚议通过以大网上传给监控系统,同时将监控系统下发的模式切换吩咐及定值设定转发给PCS。 配电系统爱护测控装置：采纳数字化爱护测控一体扮装置.采纳干脆对常规互感器采样的方式完成电压、电流的测量：断路器、刀闸位置等开关量信息通过硬接点干脆采集;斯路器的跳合向通过硬接点干脆限制方式完成。具备IECeI850协议的以大网通信方式与监控系统相连。4,储能电站(系统)整体发展前景全球能源紧缺，新兴能源产业的发展势在必行，但风能、太阳能等清洁能源受环境扬响较大，功率不稳定，致使传统电网无法承载.大量能量被奢侈。主要缘由之一就是：储能技术落后，现有储能电站无法实现功率补偿，无法满意功率平滑的需求。可以说，储能电站的发展已成为新能源开发的核心之一.除光伏发电系统外，储能电站也广泛适用于如下场合：(1)、负荷波动大的工厂、企业、商务中心等；(2).须要具备“黑启动”功能的发电站；(3),发电质量有波动的风能和潮汐能发电站；(4),须要夜间储存能量以供白天运用的核能、风能等发电设施：(5).因环保嫁由限制小型火力调峰发电站或其它高污染发电站发展的区域;(6)、户外临时大型负荷中心。采纳磷酸铁锂电池这一储能技术为核心的储能电站，相比于抽水蓄能、压缩空气储能等现有储能技术，具有明显的成本和运行寿命优势，经济效益突出，斋求巨大，应用前景广袤。随着全球电力帘求逐年增长，用电高接和低谷的负荷差史越来越大，磷酸铁锂电池储能电站(系统)作为一项新兴技术,将给电网储能领域带来革命性的技术更新，具有巨大的社会效应和经济效应。