储能系统专项方案.doc

序号
术语
定义
1
单体蓄电池，Cell
由电极和电解质构成，构成蓄电池组最小单元，能将所获得电能以化学能形式贮存并将化学能转为电能一种电化学装置。
2
电池模块,Battery Module
用电气方式连接起来用作能源两个或者各种单体蓄电池。
3
电池簇,Battery Cluster
由若干个电池模块串联，并与电路系统相联构成电池系统，电路系统普通由监测、保护电路、电气、通讯接口及热管理装置等构成。
4
电池堆,Battery Array
由连接在同一台能量转换系统（PCS）上若干个电池簇并联而成可整体实现功率输入、输出电池系统，并受后台监控系统控制。
5
电池管理系统,Battery Management System,BMS
用于对蓄电池充、放电过程进行管理，提高蓄电池使用寿命，并为顾客提供有关信息电路系统总称，由BMU、MBMS和BAMS等管理单元构成，可依照储能系统配备选用两层或三层架构。
6
电池管理单元,Battery Management Unit，BMU
具备监测电池模块内单体电池电压、温度功能，并可以对电池模块充、放电过程进行安全管理，为蓄电池提供通信接口系统。BMU是电池管理系统（BMS）最小构成管理单元，通过通信接口向电池簇管理系统（MBMS）提供电池模块内部信息。
7
电池簇管理系统,Main Battery Management System,MBMS
是由电子电路设备构成实时监测与管理系统，有效地对电池簇充、放电过程进行安全管理，对也许浮现故障进行报警和应急保护解决，保证电池安全、可靠、稳定运营。MBMS是电池管理系统中间层级，向下收集电池管理单元（BMU）信息，并向上层电池堆管理系统（BAMS）提供信息。
8
电池堆管理系统,Battery Array Management System，BAMS
是由电子电路设备构成实时监测与管理系统，对整个储能电池堆电池进行集中管理，保证电池安全、可靠、稳定运营。BAMS是电池管理系统最高层级，向下连接接电池簇管理系统（MBMS）。
9
电池荷电状态,State of Charge,SOC
电池当前实际可用电量与额定电量比值。
10
电池健康状态,State of Health,SOH
电池当前可充放电总电量与额定电量比值。
11
能量转换系统 Power Conversion System,PCS
实现电池与交流电网之间双向能量转换装置，其核心某些是由电力电子器件构成换流器。
12
后台监控系统，Supervisory Control And Data Acquisition，SCADA
对储能系统、外部电网、负载进行监测和协调控制系统平台，由BAMS或MBMS（二层构架时）与其进行通信，完毕储能电池堆信息传播和后台控制。

储能系统技术方案
1、方案简介
储能系统（EnergyStorageSystem，简称ESS）是一种可完毕存储电能和供电系统，具备平滑过渡、削峰填谷、调频调压等功能。可以使太阳能、风能发电平滑输出，减少其随机性、间歇性、波动性给电网和顾客带来冲击；通过谷价时段充电，峰价时段放电可以减少顾客电费支出；在大电网断电时，可以孤岛运营，保证对顾客不间断供电。
储能系统是电力系统“采-发-输-配-用-储”重要构成某些，是构建新能源微电网基本。系统中引入储能环节后，可以有效地实现需求侧管理，消除昼夜间峰谷差，平抑负荷，不但可以更有效地运用电力设备、减少用电成本，还可以增进可再生能源应用，也可作为提高系统运营稳定性、参加调频调压、补偿负荷波动一种有效手段。

2、储能系统架构
储能系统涉及锂离子电池、BMS系统、PCS系统、EMS系统等。其中，电池模组采用模块化设计，由若干电池串并联构成。每个电池模组配备一种电池管理单元，对单体电池电压、温度等参数进行监测；

储能系统架构图
2.1电池
依照市场状况，储能电池选取为磷酸铁锂电池，磷酸铁锂电池具备一定优势。
1)长循环寿命
由于风光资源不拟定性、间歇性，蓄电池经常处在某些荷电状态（PSOC）模式下运营。电池在这种状态下经常处在过充或欠充状态，特别是欠充状态会导致电池寿命提前终结，磷酸铁锂电池使用年限达到，循环次数4500次以上。
2)高能量转换效率
储能电池经常处在充放电循环，电池能量转换效率高低对规模储能电站经济性好坏有决定性影响。磷酸铁锂电池改进了电池某些荷电态（PSOC）模式下充电接受能力，充电接受能力较普通电池提高40%以上，使电池具备了优秀充放电效率（97%以上），整个储能电站能量转换效率可达到90%以上。
3)经济性价比
寿命期内性价比是评估储能技术与否可行一项重要指标。磷酸铁锂电池既保持了电池高能量密度，又具备迅速充放电、循环寿命长、价格低等优势，收益/投资比可达2.0；相比铅碳电池、管式胶体电池、三元锂电池相比，具备更低成本及更高性价比，可有效减少储能电站运营成本。
4)系统安全可靠性
储能电站具备较高安全可靠性规定，磷酸铁锂电热峰值可达350℃-500℃而锰酸锂和钴酸锂只在200℃左右。工作温度范畴辽阔（-20C--+75C），有耐高温特性磷酸铁锂电热峰值可达350℃-500℃而锰酸锂和钴酸锂只在200℃左右。

Ø 电芯基本信息
电 芯 基 本 信 息
电芯种类
宁德时代 磷酸铁锂 储能电芯
标称电压
3.2V
标称容量
271Ah
工作温度
充电：0℃ ~ 55℃
放电：-20℃ ~ 55℃
重量
约5.47公斤
尺寸 (厚×宽×高)
71.5mm * 173.9mm * 207.3mm

Ø 电池组基本信息
电 池 模 组 基 本 信 息
电芯排布
1并14串
标称电压
44.8V
标称容量
12.14KWh (@25℃，0.5C / 0.5C)
工作温度
充电：0℃ ~ 55℃
放电：-20℃ ~ 55℃
重量
约143公斤
尺寸 (宽×深×高)
516mm * 690mm * 234mm

Ø 电箱基本信息
电 箱 基 本 信 息
电柜排布
16 个电箱串联
标称电压
716.8V
标称容量
194.25KWh (@25℃，0.5C / 0.5C)
工作温度
充电：0℃ ~ 55℃
放电：-20℃ ~ 55℃
重量
约1800公斤
尺寸 (宽×深×高)
1200mm * 725mm * 2300mm
SBMS
1 个
控制箱
1 个

2.2电池管理系统（BMS）
依照系统通信能力和系统安全性，电池管理系统采用三层架构，系统基本构架如图：
电池管理系统通讯拓扑示意图
从控采集每组单体电压、温度。
主控通过通讯获取从控数据，以及采集电压、电流等。
BMS具备如下功能：
（1）电池模仿量高精度监测功能
BMU层面，实时检测单模组电压。MBMS检测电池簇充放电电流，系统总压，系统绝缘等。
（2）SOC估算
通过电流积分，实现基本SOC估算。配合布满与放空校正功能，有效提高SOC精准度。此外，在BAMS管理下单独完毕容量标定和SOC标定。通过自身算法，得出经校正后最新电池系统容量和SOC标定值，并以此做为后续电池充放电管理根据，经此得出SOC值误差小，同步在长时间累积过程中会避免SOC误差放大现象。
（3）电池系统报警以及保护功能
电池管理系统在电池系统浮现电压、电流、温度等模仿量浮现超过安全保护门限状况时，将进行故障隔离，将问题电池簇退出运营，同步上报保护信息，并在本地进行显示。
（4）充、放电管理
系统运营时，实时监测每个单体电压以及电池包温度，当单体电压达到最大充电电压时，BMS强制切断继电器，对电池进行保护；当单体电压低于最低放电电压时，BMS强制切断继电器，对电池进行保护；
（5）均衡功能
本电池管理系统使用被动均衡方略，可以较好得维护电池组一致性。
（6）运营参数设定功能（接入调试上位机后可进行设定）
本电池管理系统提供本地对电池管理系统各项运营参数进行修改。参数设定项目涉及：
单体电池充电上限电压
单体电池放电下限电压
电池运营最高温度
电池运营最低温度
电池簇过流门限
电池短时温升过快门限
（7）故障运营模式
当系统电池组存在某些组电池故障，需要拆卸某些电池进行维护时，可关闭故障组电池组MBMS高压盒低压供电，对系统进行重新上电后，系统自检进入故障运营模式，通过功率限制，限制电流。可保证某些需要维修时，不会因电池维修，系统长时间不能运营。
当电池组组间总压压差过大时，可通过上位机，强制控制某些组继电器吸合，手动控制PCS对电池组进行整组小电流充放电，达到减小压差功能。便于现场维护。
（8）系统运营状态显示
本电池管理系统可以在本地对电池系统各项运营状态进行显示涉及（接入调试上位机后可进行设定）：
电池单体电压/温度查询及显示
电池组电压/温度查询及显示
电池簇电流/SOC/SOH查询及显示
告警信息显示
其她异常信息显示
电池系统容量标定及SOC标定

BMS基本技术参数
BMS基本技术参数
序号
项目
规格
备注
1
系统电源
DC24V

2
单电芯电压检测范畴 (V)
0V～5V

3
单电芯电压检测精度(mV)
±5mV

4
温度检测范畴(°C)
-40°C～85°C

5
温度检测精度(°C)
± 1°C

6
总电压检测范畴 (V)
0V～1000V

7
总电压检测精度 (%)
1%FSR

8
绝缘检测
支持最高电压1200V，检测误差不大于10%

9
电流检测范畴（A）
-300A-300A

10
电流检测精度 (%)
1.0%FSR

11
SOC 精度 (%)
6%

12
均衡电流 (A)
100mA

14
通讯方式
CAN或485

15
显示
工业显示屏

16
批示灯，蜂鸣器报警
具备红绿批示灯以及蜂鸣器报警

17
保护
涉及：过充、过放、超温、短路等保护，且保护定值可整定

2.3储能变流器（PCS）
2.3.1 储能变流器功能简介
储能系统中，储能变流器除了双向逆变功能外，同步可以进行实现支撑电网，保证电网系统稳定运营，提供抗短时冲击能力，平滑供电，储能，削峰填谷。
设备拓扑采用三电平设计，相比较于两电平拓扑，三电平拓扑可以提高开关频率、转换效率和系统稳定性，减少输出谐波、开关损耗和变流器体积。
2.3.2储能变流器选型设计
电池设计输入电压范畴为：604.8V-806.4V
储能变流器电路主拓扑如图：

储能变流器系统拓扑
500kW储能变流器参数
产品型号
PWS1-500K
直流侧参数
直流电压范畴
600～900V
最大直流电流
873A
最大直流功率
550kW
直流电压精度
≤1%
直流电流精度
≤1%（rms）
交流并网参数
额定输出功率
500kW
交流最大功率
550kVA
额定电网电压
400V
电网电压范畴
±15%
额定电网频率
50Hz/60Hz
电网频率范畴
±2.5Hz
交流额定电流
720A
输出THDi
≤3%
并网功率因数
-1~+1
交流离网参数
交流离网电压
400V
交流电压可调节范畴
±10%
交流离网频率
50Hz/60Hz
离网输出THDu
≤2%
系统参数
整机最高效率
97.3%
隔离方式
工频隔离
冷却方式
强制风冷
噪声
70dB
温度范畴
-20℃~50℃
防护级别
IP20
海拔
3000M
湿度范畴
0~95%
尺寸（W*H*D）
2200mm*2160 mm *800 mm
重量
kg
通讯方式
显示
触摸屏
上位机通信方式
Modbus TCP/IP
通信接口
网口、RS485、CAN
本储能变流器具备如下功能：
a、接入锂电池时分为恒功率充电和恒流充电两个阶段；
b、并网放电，可以通过预先设立或者集中监控实时调度进行控制；
c、四象限独立控制有功和无功；
d、与电网调度系统配合，可按照历史曲线或者实时负荷进行调峰，实现电网削峰填谷；
e、与电网调度系统及AGC配合，可参加电网二次调频；
f、与AVC相配合，可实现电网静态无功控制，紧急状况下可迅速输出无功，避免负荷低压脱口及电压崩溃，实现紧急无功控制实现平抑各个间歇性电源功率，稳定输出；
2.3.3储能变流器保护方略
对于PCS保护方略，满足分布式发电系统接入电网有关原则规定，具备但不限于如下保护功能：
（1）、电网电压异常保护；
（2）、电网频率异常保护；
（3）、孤岛保护；
（4）、输出过载保护；
（5）、输出直流分量控制；
（6）、输出短路保护；
（7）、直流过压保护；
（8）、直流接反保护；
（9）、低压穿越保护；
（10）、恢复并网保护；
（11）、功率恢复速率控制；
同步，依照不同电池BMS规定，依照其控制方略对电池侧充放电状况进行保护，涉及过充、过放、容量保护等。
2.4能量管理系统（EMS）
2.4.1 EMS系统功能简介
能量管理系统是储能系统重要构成某些，它为微电网调度控制中心提供数据管理、监视、控制和优化，保障储能系统稳定高效运营。能量管理系统为储能系统内部每个能源控制器提供功率和电压设定点；保证满足系统中热负荷、电负荷需求；保证系统满足与主网系统间运营合同；尽量使能源消耗与系统损耗最小；提供系统故障状况下孤岛运营与重叠闸逻辑与控制办法（加并且网切换单元）等。
2.4.2 EMS组网架构
储能系统中，EMS通讯拓扑分为两层构造，顶层为总集中监控系统，底层设备：储能变流器、电池管理系统（BMS）、环境监测设备、消防系统、空调或门禁系统等均接入监控系统。
监控主机完毕现场测控系统之间网络连接、转换、数据采集、数据本地解决、合同转换和命令互换、本地顾客画面监视操作、控制方略、WEB服务器功能，实现大容量实时数据高速汇集传播，保证主站系统可以迅速、精确地得到所有监测及监控信息，并及时反馈网络检测系统异常与故障，保证迅速定位与恢复。
2.4.3 EMS功能设计
（1）电站运营状况实时监控
系统能对所有被监控运营参数和状态进行实时和定期数据采集，对重要历史数据进行解决并存入数据库。涉及：
BMS系统各组电池总电压、电流、平均温度、SOC、SOH、充放电电流和功率限值、单节最值电池电压、单节最值电池温度、故障及报警信息、历史充放电电量、历史充放电电能等惯用信息。
PCS有关参数，涉及：直流侧各分支电压/电流/功率等、交流侧各相有功功率、无功功率、电压、电流、功率因素、频率和温度、机柜温度、运营状态、报警及故障信息等惯用信息，以及日充电量、日放电量、合计充电量、合计放电量等。
负荷各相电压、电流、有功功率、无功功率、频率等信息。

图7 EMS系统主页面效果图（仅作参照）
（2）电站运营数据显示
系统可依照顾客规定，自定义其所需有关数据到指定界面，进行实时数据、历史数据查看，并导出报表；
（3）电站经济运营方略
相比于常规变电站经济运营分析重要是计算变压器在各种运营方式下，变压器损耗随负荷电流变化曲线，微网系统经济运营分析将变压器替代为PCS和逆变器进行计算分析，分析当前储能电量和负载比例，得出最佳运营方略，并执行优化命令。
（4）电站实时调度、远程调度
依照现场监控层和总控中心对系统需求数据不同，微网电站现场设备层可自由配备数据分别上传到现场监控层和中控中心，也可由现场监控层解决、筛选后上传到总控中心。
（5）电站能量管理
系统依照当前时段、当前负荷、当前上网电价、储能电池SOC，自动控制潮流方向，拟定微网系统充放电时段。
（6）故障报警
系统提供各级事件记录和查询功能，采用颜色对事件类型和重要限度进行区别和管理。
（7）报表、实时曲线、能量流动显示
系统提供实时曲线记录、分析和查询功能，自由选取所需记录和分析数据，以曲线和棒图呈现实时数据、历史数据及历史数据记录值，记录数据间隔为5分钟、15分钟、1小时和1天。
系统可以按照顾客规定自定义各类报表、分析图表，并导出office或PDF文献。
（8）数据分析
常用数据分析工具包涉及能流图、成本核算、节能分析、生产能效分析、能耗预测、对标分析；
（9）电站运营效益分析、老板报表
经济效益分析，重要靠能管系统建模，针对PCS出力、储能系统SOH，得出全系统运营效率；

3、 集装箱安装
3.1集装箱设计
集装箱设计重要依照项目着落地环境条件如气候条件，海拔高度等，进行有针对性设计。
重要涉及下表中涉及方面：

项目
功能
备注

防雷设计

接地设计

照明系统设计

集装箱承重设计

热管理方案

环境监控系统

消防安全系统

集装箱重要参数如下：
项目
技术参数
大小
30尺集装箱
重量
TBD
承重
30T
材料
特种钢
工作温度
-10℃~45℃
集装箱内部温度
10℃~35℃
集装箱系统设计需要可以保证集装箱具备良好防腐、防火、防水、等有关功能，集装箱设计有如下特色
接地设计
集装箱提供接地铜排。接地铜排可与整个集装箱非功能性导电导体（正常状况下不带电集装箱金属外壳等）可靠联通，同步，集装箱以铜排形式向顾客提供2个符合最严格电力原则规定接地点，向顾客提供接地点必要与整个集装箱非功能性导电导体形成可靠等电位连接，接地点位于集装箱对角线位置。非功能性导电导体接地点。接地铜排局部视图见下图所示：
接地铜排

接地铜排局部视图
防雷设计
在线路上安装有防浪涌保护模块，并带有辅助报警开关，一旦发生雷击可通过监控平台发出对外报警信号。 监控系统实时监测防雷器信号，一旦发生报警，系统自动切换到相应监控界面，同步产生报警事件及有相应解决提示。
防雷系统通过接地扁钢或接地圆钢连接至集装箱给顾客提供不少于2个接地铜排上。
照明系统设计
可实现对集装箱内照明灯光控制，照明灯具备防暴功能，为集装箱内部监控提供一种安全照明环境。管理人员可在现场用手动开关控制照明灯。此外，集装箱内至少配备5盏应急照明灯，一旦系统断电，集装箱内应急照明灯会及时投入使用，5年内，单盏应急照明灯有效照明时间不不大于30分钟。
安全及报警系统设计
集装箱具备报警系统，通过在特殊位置安装一报警灯，可觉得外界提供比较明显信息，从而起到预警作用。集装箱内配备烟雾传感器、温度传感器、湿度传感器、应急灯、门磁开关、灭火器、防雷器等必不可少安全设备，烟雾传感器和温度传感器和系统控制开关形成电气连锁，一旦检测到环境参数超过合理范畴、门磁开关报警、灭火器启动、雷击报警等，及时切断正在运营电池成套设备，并进行声光报警，同步通过电池管理系统将数据上传远程监控平台，进行远程报警监测。

集装箱报警器图
消防系统设计
消防系统由烟感探测器、温度探测器、声光报警器、灭火器构成，通过环境监控系统对集装箱系统进行实时监控。
热管理设计方案
电池是一种对温度较为敏感储能介质，磷酸铁锂电池适当工作温度普通为0~30℃。电池放置于集装箱封闭环境中，需要合理热管理办法以控制环境温度，保障电池长寿命运营。集装箱热管理方案分为2某些——温度检测某些，磷酸铁锂集装箱内有约1500个温度检测点，铅酸电池集装箱内有约300个温度检测点，可全面监测电池温度，以便热管理控制系统进行合理温度调节动作。空调和加热器是惯用温度控制设备，其功率设计热管理设计重要工作。空调和加热器功率设计原理如下：
1）制热量计算
假设室外温度最低-30℃，室内需要控制温度在20℃，储能现场海拔高度 3500m；
空调加热量P要不不大于环境载荷热量P1+设备热载荷量，这里计算假定设备（涉及电池）热载荷量为0.
P：空调需要制热功率；
c：空气比热，1.005KJ/kg*℃；
m：空气质量=密度*体积=1.2kg/m³*75m³
：岩棉热阻系数0.040W/m℃
计算公式：
集装箱箱内箱外导热功率（W）：
P1=
为导热系数，A为导热面积，Th、Tc为高温面和低温面温度，为2个面之间距离。
集装箱表面积为：A=（12.192*2.438+12.192*2.591+2.438*2.591）*2=135.26m²
P1==0.040*135.26*50/0.08=3380(W)
考虑门或其她缝隙导热，修正系数为2，即P1=3380*2=6760W。
2）制冷量计算
假设室外温度25℃，室内温度45℃，储能现场海拔高度3500m；
P1==0.040*135.26*20/0.08=1352W，（集箱外温度25℃，箱内温度45℃）
考虑门或其她缝隙导热，修正系数为2，即P1=1352*2=2704W
3）空调和加热器功率计算
本方案因地制宜设计，可选取采用2台工业用5.2kW空调+9KW加热器方略组合。
集装箱内2台空调制热量为18KW，有效制热量为：
P=18KW*0.9*0.65=10.53KW>P1。因此空调制热量符合规定。
注：0.9为制热效率，0.65为高海拔制热折损系数。
空调制冷量为5.2*2=10.4KW，有效制冷量为：
P=10.4KW*0.9*0.65=6.084KW>P1,因此空调制冷量符合规定。
详细温度控制方略如下：
1）由待机状态起机模式：当集装箱内温度低于0℃时，空调启动加热，持续加热到10℃，然后容许电池进入正常工作状态，即充放电状态。
2）正常运营状态模式：当集装箱内温度低于5℃时，启动加热；当集装箱内温度高于30℃时，启动制冷。温控系统保持集装箱内温度维持在5~30℃。
环境监控系统
集装箱动环监控系统采用PWEM90一体化监控模块监控环境因素与安全状况，涉及温度、湿度、消防、防盗等。当检测到该状态量超过设定安全阈值，系统将通过RS485方式上报给BMS，然后BMS在上报给EMS。
PWEM90同步具备完善设备检测功能，可以通过预留告警自定义接口检测开关电源系统、空调系统等运营状态。
一体化监控模块采用1U/19英寸原则机架安装，深度180mm.全正面接线，节约空间。监控模块示意图如下：

功能描述
一体化监控模块PWEM90实时采集温度、湿度、烟感传感器，达到预定阈值将启动集装箱警报系统，同步把告警状态上报给BMS；
一体监控模块PWEM90实时监控空调状态，可以远程监控空调加热和制冷状态
3.2集装箱安装施工图
安装施工图
集装箱基座施工要保证水泥支座平整，承重足够，严格按照建筑施工原则执行。地脚螺栓连接可靠。详细见下图：

集装箱储能系统安装、施工图1

集装箱储能系统安装、施工图2
3.3集装箱布局

俯视图

侧视图