500kW-1000kWh储能系统方案

500kW/1000kWh储能系统

技术方案

2016-10-09

V0

目录

1系统介绍 (2)

1.1方案背景 (2)

1.2 储能系统配置 (3)

2系统设计 (5)

2.1设计原则 (5)

2.2系统配置 (5)

2.2.1储能电池集装箱配置布局 (5)

3系统部件特性 (6)

3.1 LFP电芯 (6)

3.1.1 LFP电池特性曲线 (6)

3.1.2技术指标 (6)

3.2储能电池系统 (7)

3.2.1系统组成 (7)

3.2.2储能电池系统连接示意图 (8)

3.2.3储能电池系统技术参数 (8)

3.3电池管理系统（BMS） (9)

3.3.1主要特点 (10)

3.3.2 BMS通讯拓扑结构 (10)

3.4储能变流器 (10)

3.4.1主要特点 (11)

3.4.2电路示意图 (11)

3.4.3技术指标 (11)

3.5监控系统（EMS） (13)

3.5.1主要特点 (14)

3.5.2技术指标 (14)

3.6辅助系统 (14)

3.6.1消防系统 (14)

3.6.2温控系统 (15)

1系统介绍1.1方案背景

储能技术是现代能源体系“发-输-配-用-储”中的压轴一环，将储能电站用于用户侧，可以提高电网的电能质量，增强电网的供电可靠性。储能技术对于工业用户的主要应用如下：

参与电力需求侧响应

用户通过配置一定规模的储能，可主动参与电网的需求侧响应。一方面可以获得参与需求侧响应的奖励机制，另一方面也可以改变自己的用电习惯，消减自身高峰负荷，节约用电成本。

●削峰填谷

具有明显峰谷差价的工商业用户，通过安装储能系统，在电价低谷的时候充电，在电价高峰的时候放电，赚取峰谷差价，节约用电成本。

●需量管理

工商业用户安装储能系统，可减少变压器增容的投资成本；储能系统在用电高峰时放电，可消减用户用电峰值，减少容量费，节约用电成本。

●电压支撑等电能质量改善

对用电要求稳定和电能质量要求高的工商业用户，通过配置储能系统作为支撑电源，能够改善因电压跌落、频率波动、临时性断电等电能质量问题，挽回因断电、电能质量不稳而使生产线停产造成的损失。

●应急电源

储能系统能够支撑大功率稳定运行达几个小时甚至十几个小时。对于生产连续性要求高、信息、安全领域的用户，通过配置一定规模的储能系统，可以提供高质量、不间断的电源，保证生产的稳定。

1.2 储能系统配置

500kW/1000kWh，采用集装箱式储能系统，每个集装箱储能系统容量大小为500kW/1000kWh。

表2-1 500kW/1000kWh系统主要设备清单

本方案以秉持科学安全，绿色环保，集约用地的原则进行设计，缩减客户建设周期，促进环境友好发展。系统采用可移动集装箱式模块化设计，易安装、运输、维护和系统扩容。电池集装箱系统由比能量高、成本低廉、安全无污染的磷酸铁锂式储能电池单元以一定的串并联方式进行连接，配比先进的电池管理系统组成，灵活、可靠，易扩展升级。

此外，电池集装箱还有如下特点：

●全方位、多层次的电池保护策略、故障隔离措施，高安全性；

●集装箱内配置自动火灾报警及自动灭火系统，并具有声光报警和上传功能，可有效保障极端情况下的

防火要求；

●集装箱内配置智能温湿度调节系统，内部设备工作环境受外部环境影响小，系统应用地域广泛；

●集装箱内安装网络摄像头和红外距离感应器，用于实时监控和安全防护；

●开放式以太网接口设计，可提供便捷的通讯接口；

2系统设计2.1设计原则

1、按系统每天循环1次，规定电池充放电大于50% 为一次循环，目前可为客户提供运行时间为10年的

储能系统；

2、储能系统保证10年的定义为，客户按第1 条正常使用10年时，储能系统可释放额定容量80%的电

量；

3、本设计默认客户提出的输出功率要求是并网点的功率；

4、本方案采用500kW变流器，变流器直流额电压范围500Vdc—800Vdc，交流侧最大效率98.2%，可110%

过载运行；

5、储能变流器交流输出通过变压器连接电网；

6、储能集装箱内部设备（温控、照明、监控等）用电方式可根据需求选择自取电或单独取电模式; 2.2系统配置

2.2.1储能电池集装箱配置布局

储能系统集装箱配置储能变流器、电池系统、一套消防系统、空调系统、BMS监控柜，以保证储能电池系统的正常运行。

图2-1 电池集装箱配置布局图

3系统部件特性3.1 LFP电芯

本方案选用的LFP锂电池（120Ah/3.2V）具有比能量高、循环寿命大于4500次、成本低、安全无污染等特点，已广泛应用于储能系统。

3.1.1 LFP电池特性曲线

图3-1容量特性曲线

3.1.2技术指标

表3-1 LEP电芯技术指标

6 额定放电电流（A）63

7 最大放电电流（A）150

8 电压范围（V） 2.5～3.65

9 循环次数（次）≥4000

1C/4.15V @25℃ SOC

at End of Life 80%

10 自放电（%/年） 3 @ SOC 25%

11 自放电（%/2年） 5 @ SOC 25%

12 尺寸（W*D*H mm）173.9*48.0*170

13 重量（Kg） 2.820

14 形变量（mm）0.1～0.2

15 存储温度范围（℃）-40～60

16 工作温度范围（℃）-30～60

17 湿度（%）≤95%

18 认证UN38.3/UL1642/IEC62133

3.2储能电池系统

3.2.1系统组成

●2并8串组成一个电池模组

●28个电池箱构成一个电池组串（电池架储能单元）

●7个电池组串构成一个电池堆，构成直流侧电量为1204.7kWh电池系统。

表3-2 电池系统成组技术指标

序号项目描述

单元拓

扑额定电压

（V）

额定容量

（Ah）

存储电量

（kWh）

重量估算

（Kg）

备注

1 电芯 3.

2 120 0.384 2.820 LFP电芯

2

电池箱

(含BMU) 25.6 240 6.144 50

16个电芯

2P 8S

3

电池组串

(含BCMS）

716.8 240 172.1 1500

28个电池箱

串联组成1

个电池组串4

电池系统

(含BAMS)

716.8 1680 1204.7 10500

7个电池组并

联到PCS

3.2.2储能电池系统连接示意图

图3-2 储能电池系统连接示意图

3.2.3储能电池系统技术参数

本方案采用集装箱式储能系统，该项目配置的集装箱式磷酸铁锂储能系统规模为500kW/1000kWh。系统参数如下表所示：

表3-3 储能系统技术指标

序号项目参数备注

1 额定放电功率500kW 长时间运行

2 额定储能容量1000kWh

3 交流相数三相四线

4 并网额定电压380V 有效值

3.3电池管理系统（BMS）

电池管理系统由电池组管理单元BMU、电池组串管理系统MBMS、电池堆管理系统BAMS和高压控制箱HVC 组成。BMS系统具有模拟信号高精度检测及上报，故障告警、上传和存储，电池保护，参数设置，主动均衡，电池组SOC定标和与其它设备信息交互等功能。

3.3.1主要特点

● 三层架构管理系统

● 对电池运行状态实施全面检测，包括电压、电流、温度等。 ● 单体电池电压检测精度高：±2mV,保证系统数据分析可信度 ● 多点温度监控，避免电池热失控，保障系统安全 ● 多种均衡方式，有效延迟电池寿命 ● 模块化设计，可扩展性强 ● 完备可靠的电池保护功能 ● 支持GPRS 数据采集及无线传输 ● 排障导引、事件及操作日志记录

● 增强电池运行数据分析能力，提高报表功能

● 专业的负荷联动控制优化，紧密配合PCS 、储能调度系统，提高系统效率

3.3.2 BMS 通讯拓扑结构

图3-4

BMS 通讯拓扑图

3.4储能变流器

储能变流器是连接电网与储能电池组的电力电子接口设备，通过控制可实现电压、

电流的交直流双向变换

功能。由主功率部分、信号检测部分、控制部分、驱动部分、监控显示部分和辅助电源等部分构成。

3.4.1主要特点

●技术领先，全面满足电网或负荷的接入与控制要求

●高效节能，更集成，更好的客户体验

●具有并网和离网并联功能，良好的扩容性

●具有低电压、零电压穿越功能，从容应对复杂电网情况

●具有自主调频调压和受控调频调压功能

●离网带三相不平衡能力强

●最高转换效率可达98.2%

●正面维护，可靠墙安装，节省设备占地空间

●高效PWM调制算法，降低开关损耗

●双电源冗余供电方案提升系统可靠性

●完善的保护及故障告警系统，更加安全可靠

3.4.2电路示意图

图3-5 电路拓扑示意图

3.4.3技术指标

表3-4 PCS技术指标

3.5监控系统（EMS）

EMS系统是针对BMS监控系统是以软件为平台通过计算机为基础的生产过程控制自动化系统平台，按照监控对象以及系统需要进行数据组态、图形组态、分布式控制组态、通信组态以及报表组态等，快速完成对整个监控系统的组建，以对现场的运行设备进行监视利控制，实现数据采集、显示、报警、设备控制以及参数调节等各项功能。

本套监控系统集成了客户Battery Energy Management System (BEMS)所要求的Power Conditioning System, Power Management System and associated Monitoring & Control System功能。

3.5.1主要特点

●实时接收并监控电池电压、电流、温度、均衡等信息

●分层、分级、分类报警管理，实时监控

●实时诊断PCS系统、BMS系统、辅助系统以及内部监控系统状态，自动分析报告●采用实时多任务操作系统，数据处理能力强大

●用户权限分级管理，限制操作

●Web在线显示、给客户全方位的监控体验

●支持交换机、网关、GPRS等通讯设备，构成强大的通讯平台

3.5.2技术指标

表3-5 EMS系统技术指标

3.6辅助系统

包括配电系统、温控系统及消防系统等等。

3.6.1消防系统

消防系统主要特点：

●系统能自动检测火灾，自动报警，自动启动灭火系统

●有自动控制、手动控制和机械应急操作三种启动方式

●独立的应急手动操作机构

●配备火灾和灭火剂释放的警铃及声光报警器

●自检系统，定期自动巡查，监视故障及故障报警

表3-6 消防系统技术指标

3.6.2温控系统

集装箱温度控制系统是由压缩式机械制冷系统、加热系统、风系统以及控制系统四大基本部分组成，该控制系统根据室内外温度、湿度自动控制和协调两个制冷系统和加热系统的工作，通过风系统来实现自然通风冷却、压缩式机械冷却、加热、除湿等功能。

温控系统主要特点：

●由压缩式机械制冷系统、加热系统、风系统以及控制系统组成

●掉电记忆和自动重启；远程故障识别与报警；远程通讯控制；模糊智能控制；

●寿命≥15年；连续运行无故障时间≥25000H；

恶劣环境工作能力强

表3-7 温控系统技术指标