储能电站技术方案设计培训讲学

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1、储能电站技术方案设计储能电站总体技术方案2023-12-20仅供学习与沟通，如有侵权请联系网站删除感谢3名目1. 概述32. 设计标准43. 储能电站协作光伏并网发电方案73.1 系统架构73.2 光伏发电子系统83.3 储能子系统83.3.1 储能电池组93.3.2 电池治理系统(BMS)113.4 并网掌握子系统153.5 储能电站联合掌握调度子系统174. 储能电站系统整体进展前景191. 概述大容量电池储能系统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。电池储能系统在能源并网中的应用，国外也已开展了肯定的争论。上世纪 90 年月末德国在

2、Herne 1MW 的光伏电站和 Bocholt 2MW 的风电场分别配置了容量为 1.2MWh 的电池储能系统，供给削峰、不中断供电和改善电能质量功能。从 2023 年开头， 日本在Hokkaido 30.6MW 风电场安装了 6MW /6MWh 的全钒液流电池VRB储能系统，用于平抑输出功率波动。2023 年英国EDF 电网将 600kW/200kWh 锂离子电池储能系统配置在东部一个 11KV 配电网STATCOM 中，用于潮流和电压掌握，有功和无功掌握。总体来说，储能电站系统在电网中的应用目的主要考虑“负荷调整、协作能源接入、弥补线损、功率补偿、提高电能质量、孤网运行、削峰填谷”等几大

3、功能应用。比方：削峰填谷，改善电网运行曲线，通俗一点解释，储能电站就像一个储电银行，可以把用电低谷期充裕的电储存起来，在用电顶峰的时候再拿出来用，这样就削减了电能的铺张；此外储能电站还能削减线损，增加线路和设备使用寿命；优化系统电源布局，改善电能质量。而储能电站的绿色优势则主要表达在：科学安全，建设周期短；绿色环保，促进环境友好；集约用地，削减资源消耗等方面。2. 设计标准GB 21966-2023锂原电池和蓄电池在运输中的安全要求GJB 4477-2023 锂离子蓄电池组通用标准QC/T 743-2023电动汽车用锂离子蓄电池4仅供学习与沟通，如有侵权请联系网站删除感谢GB/T 12325-

4、2023 电能质量供电电压偏差GB/T 12326-2023 电能质量电压波动和闪变GB/T 14549-1993 电能质量公用电网谐波GB/T 15543-2023 电能质量三相电压不平衡GB/T 2297-1989 太阳光伏能源系统术语仅供学习与沟通，如有侵权请联系网站删除感谢5DL/T 527-2023GB/T 13384-2023GB/T 14537-1993静态继电保护装置逆变电源技术条件机电产品包装通用技术条件量度继电器和保护装置的冲击与碰撞试验GB/T 14598.27-2023量度继电器和保护装置 第 27 局部：产品安全要求DL/T 478-2023GB/T 191-2023

5、GB/T 2423.1-2023试验 A：低温GB/T 2423.2-2023试验 B：高温静态继电保护及安全自动装置通用技术条件包装储运图示标志电工电子产品环境试验 第 2 局部：试验方法电工电子产品环境试验 第 2 局部：试验方法GB/T 2423.3-2023电工电子产品环境试验 第 2 局部：试验方法 试验Cab：恒定湿热试验GB/T 2423.8-1995Ed：自由跌落电工电子产品环境试验 第 2 局部：试验方法 试验GB/T 2423.10-2023电工电子产品环境试验 第 2 局部：试验方法 试验Fc：振动正弦GB 4208-2023GB/T 17626 -2023外壳防护等级I

6、P 代码 电磁兼容 试验和测量技术GB 14048.1-2023低压开关设备和掌握设备 第 1 局部：总则GB 7947-2023颜色或数字标识人机界面标志标识的根本和安全规章 导体的GB 8702-88电磁辐射防护规定DL/T 5429-2023DL/T 5136-2023DL/T 620-1997DL/T 621-1997GB 50217-2023GB 2900.11-1988IEC 61427-2023要求和试验方法电力系统设计技术规程火力发电厂、变电所二次接线设计技术规程沟通电气装置的过电压保护和绝缘协作沟通电气装置的接地电力工程电缆设计标准蓄电池名词术语光伏系统PVES用二次电池和蓄

7、电池组 一般Q/GDW 564-2023储能系统接入配电网技术规定QC/T 743-2023电动汽车用锂离子蓄电池GB/T 18479-2023 地面用光伏PV发电系统概述和导则GB/T 19939-2023 光伏系统并网技术要求GB/T 20236-2023 光伏PV系统电网接口特性GB 2894 安全标志neq ISO 3864：1984 GB 16179 安全标志使用导则GB/T 17883 0.2S 和 0.5S 级静止式沟通有功电度表DL/T 448 能计量装置技术治理规定DL/T 614 多功能电能表DL/T 645 多功能电能表通信协议DL/T 5202 电能量计量系统设计技术规

8、程SJ/T 11127 光伏PV发电系统过电压保护导则IEC 61000-4-30 电磁兼容第 4-30 局部试验和测量技术电能质量IEC 60364-7-712 建筑物电气装置第 7-712 局部：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，储能电站系统主要协作光伏并网发电应用，因此，整个系统是包括光伏组件阵列、光伏掌握器、电池组、电池治理系统BMS、逆变器以及相应的储能电站联合掌握调度系统等在内的发电系统。系统架构图如下：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

9、电，通过逆变器将直流电转换为沟通电对负载进展供电；2、智能掌握器依据日照强度及负载的变化，不断对蓄电池组的工作状态进展切换和调整：一方面把调整后的电能直接送往直流或沟通负载。另一方面把8仅供学习与沟通，如有侵权请联系网站删除感谢多余的电能送往蓄电池组存储。发电量不能满足负载需要时，掌握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时起到能量调整和平衡负载两大作用。它将光伏发电系统输出的电能转化为化学能储存起来，以备供电缺乏时使用。3.2

10、 光伏发电子系统略。3.3 储能子系统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，储能电池是格外重要的一个部件，必需满足以下要求： 简洁实现多方式组合，满足较高的工作电压和较大工作电流； 电池容量和性能的可检测和可诊断，使掌握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掌握； 高安全性、牢靠性：在正常使用状况下，电池正常使用寿命不低于 15 年；在极限状况下，即使发生故障也在受控范围，不应当发生爆炸、燃烧等危及电站安全运行的故障； 具有良好的快速响应和大倍率充放电力量，一般要求 5-10 倍的充放电力量； 较高的

11、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； 符合环境保护的要求，在电池生产、使用、回收过程中不产生对环境的破坏和污染；(2) 主要电池类型比较表 1、几种电池性能比较钠硫电池全钒液流电池磷酸铁锂电池阀控铅酸电池仅供学习与沟通，如有侵权请联系网站删除感谢10现有应用规模等级100kW34MW5kW6MWkWMWkWMW比较适合大规模削峰填大规模削峰填可选择功率型或大规模削峰填谷、的应用场谷、平抑可再生谷、平抑可再生能量型，适用范平抑可再生能源发合能源发电波动能源发电波动围广泛电波动安全性不行过充电；安全需要单体监控，安全性可承受，但钠、硫的渗漏，安全性能已有较

12、废旧铅酸蓄电池严存在潜在安全隐大突破重污染土壤和水源能量密度患100-700 Wh/kg-120-150Wh/kg30-50 Wh/kg倍率特性5-10C1.5C5-15C0.1-1C转换效率寿命95%2500 次70%15000 次95%2023 次80%300 次本钱23000 元/kWh15000 元/kWh3000 元/kWh700 元/kWh资源和环保资源丰富；存在肯定的环境风险资源丰富资源丰富；环境友好资源丰富；存在一定的环境风险MW 级系统占地150-200 平米/MW800-1500 平米/MW100-150 平米/MW(h)150-200 平米MW关注点安全、全都性、本钱牢靠

13、性、成熟性、本钱全都性全都性、寿命(3) 建议方案从初始投资成原来看，锂离子电池有较强的竞争力，钠硫电池和全钒液流电池未形成产业化，供给渠道受限，较昂贵。从运营和维护成原来看，钠硫需要持续供热，全钒液流电池需要泵进展流体掌握，增加了运营本钱，而锂电池几乎不需要维护。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 电池治理系统(BMS)（1） 电池治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使用过程中，会造成电池内阻、电压、容量等参数的不全都。这种差异表现为电池组布满或放完时串联电芯之间的电压不一样，或

14、能量的不一样。这种状况会导致局部过充，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增加，使用时更简洁发生过充和过放现 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，对于磷酸铁锂电池电池组而言，均衡保护电路是必需的。固然，锂电池的电池治理系统不仅仅是电池的均衡保护，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） 电池治理系统 BMS 的具体功能n 根本保护功能 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起的电压、或能量的离散性，避开个别单体电池因过充或过放而导致电池性能

15、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。 电池组保护功能单体电池过压、欠压、过温报警，电池组过充、过放、过流报警保护，切断等。n 数据采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：承受数字化通讯协议 IEC61850。在储能电站系统中，需要和调度监控系统进展通讯，上送数据和执行指令。n 诊断功能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

16、池当前容量或剩余容量SOC的诊断，单体电池安康状态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%，对安康状态SOH的诊断精度为 8%。n 热治理锂电池模块在充电过程中，将产生大量的热能，使整个电池模块的温度上升，因而，BMS 应具有热治理的功能。n 故障诊断和容错假设遇特别，BMS 应给出故障诊断告警信号，通过监控网络发送给上层掌握系统。对储能电池组每串电池进展实时监控，通过电压、电流等参数的监测分 析，计算内阻及电压的变化率，以及参考相对温升等综合方法，即时

17、检查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，给出告警信号，并对这些电池实行适当处理措施。当故障积存到肯定程 度，而可能消灭或开头消灭恶性事故时，给出重要告警信号输出、并切断充放电回路母线或者支路电池堆，从而避开恶性事故发生。承受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障时，以避开对整组电池运行产生影响。治理系统对系统自身软硬件具有自检功能，即使器件损坏，也不会影响电池安全。确保不会因治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n 均衡保护技术建议能量转移法储能均衡。n 其它保护技术对于电池的过压、欠

18、压、过流等故障状况，实行了切断回路的方式进展保护。对瞬间的短路的过流状态，过流保护的延时时间一般至少要几百微秒至毫秒，而短路保护的延时时间是微秒级的，几乎是短路的瞬间就切断了回路，可以避开短路对电池带来的巨大损伤。在母线回路中一般承受快速熔断器，在各个电池模块中，承受高速功率电子器件实现快速切断。n 蓄电池在线容量评估 SOC在测量动态内阻和真值电压等根底上，利用充电特性与放电特性的对应关系，承受多种模式分段处理方法，建立数学分析诊断模型，来测量剩余电量SOC。分析锂电池的放电特性,基于积分法承受动态更电池电量的方法,考虑电池自放电现象,对电池的在线电流、电压、放电时间进展测量；推测和计算电池

19、在不同放电状况下的剩余电量，并依据电池的使用时间和环境温度对电量推测进展校正，给出剩余电量 SOC 的推测值。为了解决电池电量变化对测量的影响，可承受动态更电池电量的方法， 即使用上一次所放出的电量作为本次放电的基准电量，这样随着电池的使用， 电池电量减小表达为基准电量的减小；同时基准电量还需要依据外界环境温度变化进展相应修正。n 蓄电池安康状态评估 SOH对锂电池整个寿命运行曲线充放电特性的对应关系分析，进展曲线拟合和比对，得出蓄电池安康状态评估值 SOH，同时依据运行环境对评估值进展修正。n 蓄电池组的热治理在电池选型和构造设计中应充分考虑热治理的设计。圆柱形电芯在排布中的透气孔设计及铝壳

20、封装能帮助电芯更好的散热，可有效防鼓，保证稳定。BMS 含有温度检测，对电池的温度进展监控，假设温度高于保护值将开启风机强制冷却，假设温度到达危急值，该电池堆能自动退出运行。3.4 并网掌握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使用的一种或多种形式的电能的电气设备。最大功率跟踪掌握 器、逆变器和掌握器均可属于本子系统的一局部。(1) 大功率 PCS 拓扑 设计原则n 符合大容量电池组电压等级和功率等级；n 构造简洁、牢靠稳定，功率损耗低；n 能够敏捷进展整流逆变双向切换运行；n 承受常规功率开关器件，设计模块化、标准化；n 并网谐波含量低，滤波简洁；

21、 进呈现状低压等级2kV 以下电池组的PCS 系统早期一般是承受基于多重化技术的多脉波变换器，功率管承受晶闸管或 GTO。随着型电池技术的消灭、功率器件和拓扑技术的进展，较高电压等级5kV6kV的电池组的 PCS 系统一般承受多电平技术，功率管承受 IGCT 或 IGBT 串联。另外一种方案是承受 DC/DC+DC/AC 两级变换构造，通过 DC/DC 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 DC/DC 变换器拓扑主要承受非隔离型双向 Buck/Boost 电路，多模块穿插并联实现扩容； DC/AC 局部主要包括多重化、多电平、穿插并联等大功率变流技术，以降低并网谐

22、波，简化并网接口。 建议方案大容量电池储能系统可承受电压源型 PCS，并联接入电网，PCS 设计成四象限运行，能独立的进展有功、无功掌握。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。考虑两级变换构造损耗大， 建议承受单级 DC/AC 变换构造，通过升压变接入电网。利用多变流器单元并联技术进展扩容，承受移相载波调制和环流抑制实现单元间的功率均分。构造简洁、易掌握、模块化、容错性好和效率高。(2) PCS 掌握策略 掌握要求n 高效安全电池充放电；n 满足电网相关并网导则；n 进展有功、无功独立调整；n 能够适应电网故障运行。 争论现状国内外对分布式发电中并网变流器掌握

23、策略已经开放了广泛争论，常承受双闭环掌握，外环依据掌握目标的不同，提出了 PQ 掌握、下垂掌握、虚拟同步机掌握等，内环一般承受电流环，提出了自然坐标系、静止坐标系和同步坐标系下的掌握策略。电池储能系统 PCS 掌握除了满足常规的并网变流器要求， 更重要的要满足电池充放电要求，尤其是电网故障状况下的掌握。 建议方案n 承受多目标的变流器掌握策略，一方面准确掌握充放电过程中的电压、电流，确保电池组高效、安全充放电；另一方面依据调度指令，进展有功、无功掌握。n 低电压穿越力量强，逆变器对电网电压应始终工作在恒流工作模式，输出端压跟随市电，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

24、保持额定的输出电流不变。n 实现电网故障状态下电池储能系统紧急掌握，以及电网恢复后电池储能系统的重同步掌握。3.5 储能电站联合掌握调度子系统常规的储能电站掌握系统使用的产品来自于不同的供给商。几乎每个产品供给商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到达好几种。于是当一个储能电站需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简单性降低了牢靠性，另一方面增加了系统本钱和维护的简单性。因此本方案建议承受基于IEC61850 的系统方案。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

25、目的就是使不同制造厂商的产品具有互操作性,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准确、快速地交换数据， 实现无缝集成和互操作。由于联合发电智能监控系统承受 IEC61850 协议，所以在储能电站也承受基于 IEC61850 的掌握系统有利于处理并传送从储能电站掌握系统到联合发电智能监控系统各种实时信息。储能电站掌握系统承受模块化、功能集成的设计思想，分为系统层和设备层两层构造，全站监控双网承受 100M 光纤以太网作为通信网络，承受星型网络构造。 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。n 实时数据采集通过子系统的智能组件从功率调整系统、

26、电池系统、配电系统猎取数 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。n 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，将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；同时承受联合发电智能监控系统下发的掌握命令。 设备层配置设备层由电池治理系统BMS及其智能组件、能量治理系统PCS及其智能组件、配电系统保护测控装置等。n 电池治理系统BMS及其智能组件：电池治理系统BMS对整个储能系统的安全运行、储能系统掌握策略的选择、充电模式的选择以及运营本钱都有很大的影响。电池治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

27、实时监控和故障诊断。并通过智能组件将相关信息转化为 IEC61850 协议通过光以太网上送到监控系统，以便承受更加合理的掌握策略，到达有效且高效使用电池的目的。n 能量治理系统PCS及其智能组件：能量治理系统PCS实现对电池充放电的掌握，满足储能系统并网要求。争论多目标的变流器掌握策略，一方面准确掌握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，进展双向平滑切换运行，实现有功、无功独立掌握。另外，在电网故障条件下，争论多储能 PCS 单元的协调掌握，实现对局部电网的安全运行。智能组件将PCS 需要上传的开关量、模拟量、非电量、运行信息等转换为 IEC61850 协议通过

28、以太网上传给监控系统，同时将监控系统下发的模式切换命令及定值设定转发给 PCS。n 配电系统保护测控装置：承受数字化保护测控一体扮装置，承受直接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直接采集；断路器的跳合闸通过硬接点直接掌握方式完成。具备 IEC61850 协议的以太网通信方式与监控系统相连。4. 储能电站系统整体进展前景全球能源紧缺，兴能源产业的进展势在必行，但风能、太阳能等清洁能源受环境影响较大，功率不稳定，致使传统电网无法承载，大量能量被铺张。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，无法满足功率平滑的需求。可以说，储能电站

29、的进展已成为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)、需要具备“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) 、需要夜间储存能量以供白天使用的核能、风能等发电设施；(5) 、因环保缘由限制小型火力调峰发电站或其它高污染发电站进展的区域；(6) 、户外临时大型负荷中心。承受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，具有明显的本钱和运行寿命优势，经济效益突 出，需求巨大，应用前景宽阔。随着全球电力需求逐年增长，用电顶峰和低谷的负荷差距越来越大，磷酸铁锂电池储能电站系统作为一项兴技术，将给电网储能领域带来革命性的技术更，具有巨大的社会效应和经济效应。