储能系统方案

1、方案简介

储能系统（EnergyStorageSystem，简称ESS）是一个可完成存储电能和供电的系统，具有平滑过渡、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、波动性给电网和用户带来的冲击；通过谷价时段充电，峰价时段放电可以减少用户的电费支出；在大电网断电时，能够孤岛运行，确保对用户不间断供电。

储能系统是电力系统“采-发-输-配-用-储”的重要组成部分，是构建新能源微电网的基础。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，不仅可以更有效地利用电力设备、降低用电成本，还可以促进可再生能源的应用，也可作为提高系统运行稳定性、参与调频调压、补偿负荷波动的一种有效手段。

储能系统包括锂离子电池、BMS系统、PCS系统、EMS系统等。其中，电池模组采用模块化设计，由若干电池串并联组成。每个电池模组配置一个电池管理单元，对单体电池的电压、温度等参数进行监测；

储能系统架构图

2.1电池

根据市场情况，储能电池选择为磷酸铁锂电池，磷酸铁锂电池具有一定的优势。

1)长循环寿命

由于风光资源的不确定性、间歇性，蓄电池经常处于部分荷电状态（PSOC）模式下运行。电池在这种状态下经常处于过充或欠充状态，

尤其是欠充状态会导致电池寿命提前终止，磷酸铁锂电池使用年限达到15年，循环次数4500次以上。

2)高能量转换效率

储能电池经常处于充放电循环，电池的能量转换效率高低对规模储能电站的经济性好坏有决定性的影响。磷酸铁锂电池改善了电池部分荷电态（PSOC）模式下的充电接受能力，充电接受能力较普通电池提升40%以上，使电池具有了优异的充放电效率（97%以上），整个储能电站的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是否可行的一项重要指标。磷酸铁锂电池既保持了电池高能量密度，又具有快速充放电、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，具有更低的成本及更高的性价比，可有效的降低储能电站运行成本。

4)系统安全可靠性

储能电站具有较高的安全可靠性要求，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。工作温度范围宽广（-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。

➢电池组基本信息

2.2电池管理系统（BMS）

根据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具有以下功能：

（1）电池模拟量高精度监测功能

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。配合充满与放空校正功能，

有效提高SOC精准度。另外，在BAMS的管理下单独完成容量标定和SOC标定。通过自身算法，得出经校正后的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的依据，经此得出的SOC值误差小，同时在长时间累积过程中会避免SOC误差放大的现象。

（3）电池系统报警以及保护功能

电池管理系统在电池系统出现电压、电流、温度等模拟量出现超过安全保护门限的情况时，将进行故障隔离，将问题电池簇退出运行，同时上报保护信息，并在本地进行显示。

（4）充、放电管理

系统运行时，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策略，能够很好得维护电池组的一致性。

（6）运行参数设定功能（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的各项运行参数进行修改。参数设定项目包括：

单体电池充电上限电压

单体电池放电下限电压

电池运行最高温度

电池运行最低温度

电池簇过流门限

电池短时温升过快门限

（7）故障运行模式

当系统电池组存在部分组电池故障，需要拆卸部分电池进行维护时，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行模式，通过功率限制，限制电流。可确保部分需要维修时，不会因电池维修，系统长时间不能运行。

当电池组组间总压压差过大时，可通过上位机，强制控制部分组继电器吸合，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）系统运行状态显示

本电池管理系统能够在本地对电池系统的各项运行状态进行显示包括（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

其他异常信息显示

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

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，同时可以进行实现支撑电网，保证电网系统的稳定运行，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，三电平拓扑能够提高开关频率、转换效率和系统稳定性，降低输出谐波、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围为：604.8V-806.4V