10MWh储能系统设计方案

10MWh储能系统设计方案
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5MW×2h储能系统
方案设计报告
中航锂电(洛阳)有限公司
2011 年 7 月
5MW×2h储能系统
方案设计报告
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目次
1 主要技术参数与指标 ................................................
1 2 系统功能简介 ......................................................
1 2.1储能电池堆 ......................................................
1 2.2电池管理系统 ....................................................
1 2.3能量转换系统 ....................................................
1 2.4储能电池柜 ......................................................
1 3 储能电池堆系统配置 ................................................
1 3.1 储能电池 ........................................................
1 3.
2 电池管理系统 ....................................................
4 3.3 储能电池柜 ......................................................
6 4 占地面积 ..........................................................
8 5 产品安全、防护措施 ...............................................
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中航锂电 (洛阳) 有限公司
CHINA AVIATION LITHIUM BATTERY CO., LTD.
1 主要技术参数与指标
5MW×2h储能系统。

系统功能简介 2
储能电池系统由储能电池堆、电池管理系统(BMS)、能量转换装置和后台监控系统、储能电池柜及必备的电气元件和功率电缆组成。

2.1储能电池堆
根据用户系统可配置满足需求的锂电池型号、数量、成组方式等。

使用时需遵守浅充浅放的原则，以有效延长电池的使用寿命，设计时配置一定的能量冗余度。

2.2电池管理系统
电池管理系统能够完成以下功能，有助于提高电池组的使用寿命:
电池电压、电流和温度监控，避免过充、过放、过压、欠压等问题的发生;
能量均衡管理，克服电池间的一致性差异，确保电池组的能量利用率。

2.3能量转换系统
能量转换系统用于锂电池储能系统中,内部采用PLC控制，具有多种控制方式和功能:
可根据电网负载情况，自动调节并网功率;
可自动实现锂电池充放电;
可在电网断电时，充当独立逆变电源。

2.4储能电池柜
储能电池柜用于存放电池和电池管理系统、规范电线电缆排布、保护设备等。

采用模块化分组分层设计，使储能电池系统美观可靠。

3 储能电池堆系统配置
3.1 储能电池
根据系统负荷要求5MW使用2小时计算，共需能量10MWh。

系统配置选用我公司SE180AHA电池，电池外观尺寸如图1所示:
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中航锂电 (洛阳) 有限公司
CHINA AVIATION LITHIUM BATTERY CO., LTD.
图1 SE180AHA外观及尺寸
整体5MW×2H储能系统由10个500KW×2h电池簇组成。

每个电池簇有一台额定功率500kW的PCS，下辖电池簇的容量为500kW×2h，电池簇由5个100kW×2h的电池组组成。

每个电池组由180Ah两并216串组成。

电池组额定电压691V，电压范围604.8V~777.6V;额定电流为145A(0.4C)，恒功率充放电时，电流范围121A~198A。

配置的冗余度为80%。

一个电池组由1个BCMS和18个BMU组成，5个电池组用1个BAMS。

一个电池组用5个电池柜安装，每个电池柜分4层，每层装4个电池插箱，每个电池插箱放2并3串共6支180Ah电池。

电池簇通过PCS侧独立的AC/DC单元实现并联，各单元相互隔离独立工作，即满足500kW功率要求，又解决了环流问题，不存在均流均压问题。

10MWh系统，共用电池21600支，电池柜250台，BAMS 10台，BCMS 50台，BMU 900台。

断路器1000VDC 250A共50台，直流接触器EV200共50台，直流熔断器DC1000V 500A共300支。

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中航锂电 (洛阳) 有限公司
CHINA AVIATION LITHIUM BATTERY CO., LTD. 成组参数如表1所示:
表1 单体电池和电池组参数
名称序号项目技术参数备注
1 型号 SE180AHA
2 规格(?) 283×71×182
3 重量(?) 5.6?0.1
4 额定电压(V) 3.2
5 浮充电压(V) 3.4
根据电池老化程度及工况单 6 充电截止电压(V) 3.4,3.8 等参数调整充电截
止电压体
电根据电池老化程度及工况
7 放电截止电压(V) 3.0,2.5 池等参数调整放电截止电压
8 最大充电电流(A) 3C
9 最大放电持续电流(A) 4C (30S)
10 标准充放电电流(A) 0.3C
11 额定能量(Wh) 576
1 数量(支)
2 蓄 2 连接方式并联电
3 额定容量(Ah) 360 池
模 4 额定电压、充放电截止电压同单体电池参数块 5 储备能量(kWh) 1.15
1 电池组能量要求100kW×2h
2 数量(支) 432
3 连接方式 2并216串储
4 额定电压(V) 691(2 能
电5 充电截止电压(V) 735,820
池 6 放电截止电压(V) 648,540 组 7 放电电流(A) 145(0.4C) 按照100kW满负荷计算
8 储备能量(kWh) 248.8
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中航锂电 (洛阳) 有限公司
CHINA AVIATION LITHIUM BATTERY CO., LTD.
1 电池堆能量要求500kW×2h
2 数量(支) 2160 储
3 连接方式 5个电池组并联能
电 4 额定电压、充放电截止电压同电池组参数
池 5 放电电流(A) 725(0.4C) 按照500kW满负荷计算簇
6 储备能量(MWh) 1.244
储 1 电池堆能量要求5MW×2h
能 2 数量(支) 21600 电 3 连接方式 10个电池簇并联池
堆4 额定电压、充放电截止电压同电池簇参数
5 储备能量(MWh) 12.44
注:电池放电电流的大小依据于用户负荷需求，以上是基于满负荷条件下的计算数据，实际电流根据工况而定，工况不同储能电池堆工作时间不同。

电池组的充电电流大小由用户可用的充电时间确定。

一般设计充电电流小于或等于放电电流。

3.2 电池管理系统
电池管理系统主要由以下模块组成:
BMU(Battery Management Unit):电池组管理单元，管理12节串联电池模块单元，进行电压和温度的采集，对本单元电池模块进行均衡管理。

BCMS(Battery Cluster Management Unit):电池组管理单元，管理一个串联回路
，同时检测本组电池的电流，在必要时采取保护措施。

中的全部BMU
BAMS(Battery Array Management Unit):电池阵列管理系统，管理PCS下辖全部BCMS，同时与PCS和后台监控系统通信，根据电池组状态请求PCS调整充放电功率。

电池管理系统与储能电池堆拓扑结构如图2所示:
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保护测控、打印等数据备份主机操作员站
Ethernet
RS485/CAN
熔断隔离熔断隔离断路器断路器预充电阻预充电阻电流检测电流检测
电池组电池组
电池堆1电池堆5
图2 储能系统拓扑结构
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3.3 储能电池柜
储能电池机柜选用型材设计，该柜型的整体设计结构能最大程度地满足可靠性，安全性、设备的散热要求及操作维修的方便性，柜体结构采用先进的免维护技术。

机柜结构采用模数化组合的装配式结构，保证柜体结构具有良好的机械强度。

每个电池组使用5个机柜，每个机柜尺寸为1100×800×2260，分四层结构，每层可放置4个电池插箱，每个插箱可摆放2并3串共六支180ah电池。

这种模块化分组分层设计，大大增加了安装和操作的灵活性。

单个柜体重约300KG，装入电池整个柜体重量约为900Kg。

电池柜外观如图3所示。

图3 电池柜外观图4 柜内电池排布示意图6
图5柜内电池排布图
图6 五连柜柜体排布图
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4 占地面积
储能系统占地面积需根据储能室场地结构进行排布。

根据以往项目的建造经验，需储能室面积约为68×26m。

附上国家电网9MWh储能系统及南方电网4MWh储能系统平面布置图，以供参考。

如下图所示:
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图7 国网9MWh储能系统平面布置图
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图8 南方电网4MWH储能系统平面布置图
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5 产品安全、防护措施
5.1 电池柜防护处理
电池柜的外壳防护等级要根据安装环境及使用条件，按《GB4208-2008 外壳防护等级(IP代码)》选择。

电池柜在三级污染的条件下运行，即电池柜的防护等级达到IP30以上。

电池柜侧封板与柜体，柜门与柜体之间全部装有发泡成型的密封条。

电缆引入孔均装有过线橡胶套，并且涂有防护密封胶。

风扇进出口处装有高效的过滤装置，可有效防止灰尘进入，提高设备的防护等级。

电池柜散热选用的是低噪声的轴流风机，可以将电池柜的噪声控制在要求的范围内。

5.2 储能系统装置安全措施方案
本储能系统装置为大型电力电子设备及大规模储能装置，具有能量密度高，体积大，重量重，控制精密，结构复杂，专业性强的特点，同时也是高电压，大电流，高功率的电气设备。

在运输，安装，调试，维护过程中，错误的接线，错误的操作，容易对设备造成损坏，严重的甚至威胁人身安全，因此需要采取各种安全措施降低甚至消灭事故发生的可能性。

5.3 安装措施内容
1、安全培训
(1)安全思想教育
安全思想教育的主要目的是:
, 通过提高现场施工与维护人员对错误接线，错误操作危害的认识，以增强现场施工与维护人员保护自身和他人人身安全的意识;
, 通过提高现场施工与维护人员对安全施工，安全运行重要意义认识，以增强现场施工与维护人员保护设备的责任感。

(2)操作纪律教育
操作纪律教育使施工人员懂得严格执行劳动纪律对实现安全施工的重要性。

遵守劳动纪律是贯彻安全生产方针，杜绝伤亡事故，保障安全施工的重要保证。

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(3)安全知识教育
在施工之前须按照《锂电池使用安全常识》、《储能系统安装手册》、《储能系统用户使用书册》对现场施工与维护人员进行全面培训。

(4)安全技能培训
安全技能培训是指结合本工种，本专业特点，对现场施工与维护人员进行正确安全操作的培训。

每个现场人员都要熟悉本工种本专业的基本技能知识。

凡进入现场进行特种作业人员均必须持有特种作业操作许可证。

2、安全规则需知
使用本储能系统装置之前，请仔细阅读相关安全注意事项，以免造成不必要的损害。

(1)系统的使用环境应满足GB/T 4798.3-2007(I EC 60721-3-3:2002)中3C1和3S1 的要求，周围不得有易燃、易爆、腐蚀性气体或物品;
(2)机箱外壳及接地端子一定要可靠接地，最好是直接与设备间专用的二次设
备接地网相连(或通过屏柜的专用铜排)，并确保保护接地的连续性、可靠性。

接地
点应远离一次设备的接地点，特别是要远离避雷针(器)的接地点;
(3)应使用合格的交流或直流工作电源供电;
(4)产品运行时不得随意触摸相关零部件及按键、按钮等，绝对禁止带电插拔
插件～必要的操作应由专业人员按照装置说明书及现场运行的作业规程的规定进行;
(5)产品的某些端子带有高电压或大电流，正式投运前一定要确认连接无误并
拧紧端子;需要测量时，千万要小心使用仪表和工具，避免出现短路、接地、开路
等事故;
(6)严禁非专业人员打开柜门。

专业人员检修时，需注意柜内有高压电容，当
断开外部一切电源后，必须等候30分钟以上，待电容完全放电后才能打开柜门进
行检修或者更换配件。

3、现场安装施工安全方案措施
(1)安装团队指定一名现场设施工安全员;
(2)安装调试施工人员必须进行上岗安全培训，熟读安装调试安装指南;
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(3)要有严格的总体施工安全技术方案和安全措施，对各种危险点要有充分预
想，要有具体预防措施;
(4)开好班前班后会，每天的开收工都要开，缺一不可，要有记录，若不开班
前班后会，不认真研究制定安全技术措施的，一经发现不论后果与否，都将严惩不贷;
(5)严格停电、验电、挂地线程序，拉开低压开关施工的一律挂"禁止合闸有人
工作"标示牌，停送电工作要专人负责，操作时要使用合格的安全工器具;
(6)现场施工人员必须戴安全帽，安全帽必须系带，无安全帽保护的一律不准进入施工现场;
(7)全部高压操作，必须佩戴绝缘手套，穿着绝缘鞋进行;
(8)安装工具必须有绝缘胶带缠绕或其他绝缘措施;
(9)在电池组进行串联前，先用万用表检测是否漏电，如有漏电，必须检查并排除漏电故障;
(10)线路安装时要严格核对线号和色标，防止误接线;
(11)安装施工现场配备干粉灭火器，防止出现火灾事故。

4、操作人员要求
(1)为了防止人为误操作而导致的安全事故，本储能系统装置只允许受过培训的合格电气工作人员进行操作。

(2)系统操作人员应配有足够的安全设备并具备基本的急救能力。

(3)系统操作人员要求熟悉本手册相关内容的所有说明及安全警告。

5、注意事项
(1)系统运行时，运行人员应尽可能的在后台进行相关操作，尽量避免直接接触装置本体;
(2)系统运行过程中，严禁任何人员带电插拨端子或碰触PCS内部元件及接触点;
(3)系统运行过程中，严禁任何人员在柜门上的液晶面板上进行随意操作;
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(4)系统运行过程中，如出现异常现象需停机检修时，操作人员应从就地监测系统操作台或站级监控系统下达停机指令，尽量避免在柜门前拍急停按钮来使系统停机;
(5)系统运行过程中，任何人员不得随意打开前/后柜门;
(6)系统运行过程中，避免触摸接近热源的外壳零件以免烫伤;
(7)系统在运行过程中，任何人员不得有意或无意手动断开上级电源开关，应
有相应的监护机制;
(8)系统内PCS在需要停电检修时，装置停电并确认断开一切外部电源后，由
于内部高电压电容的存在，技术人员需最少等待30分钟后才能打开柜门进行检修;
(9)在电池柜进行高压操作时必须带绝缘手套、绝缘鞋、绝缘帽;
(10)安装或检修工具必须有绝缘胶带缠绕或其他绝缘措施;
(11)在电池组进行串联前，先用万用表检测是否漏电，如有漏电，必须检查并
排除漏电故障;
(12)在进行电池组串故障排查时，必须遵循下列流程:
1)断开该电池组串的总正总负接触器以及断路器，确保该电池组串与其他电池
组串没有任何电气连接;
2)定位问题电池组，断开该电池组与其他电池组的连接;
3)断开该电池组与电池管理系统的电压采集连线和温度采集连线，进行故障排查。

(13)运行现场配备干粉灭火器，防止火灾事故发生。

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