T_CNESA 1202-2020 飞轮储能系统通用技术条件.pdf-solarbe文库

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ICS 27 180 F 19 团体标准 T/CNESA 12022020 飞轮储能系统通用技术条件 General technical requirements for flywheel energy storage systems 2020-04-10发布 2020-04-10实施中关村储能产业技术联盟发布 T/CNESA 12022020 I 目次前言 II 1 范围 . 1 2 规范性引用文件 . 1 3 术语和定义 . 1 4 一般要求 . 4 4.1 使用环境条件 . 4 4.2 型号命名 . 4 5 性能要求 . 5 5.1 效率要求 . 5 5.2 热备待机功耗 . 5 5.3 设计寿命要求 . 5 5.4 安全要求 . 5 5.5 噪声 . 5 5.6 振动 . 5 5.7 温升 . 5 5.8 密封性 . 5 5.9 电气性能 . 5 5.10 防护等级 6 5.11 保护和报警功能 6 5.12 监控功能 6 5.13 电磁兼容性 7 6 试验方法 . 8 6.1 一般检查 . 8 6.2 可用储能量计算 . 8 6.3 额定输入/输出功率试验 8 6.4 充放电响应时间测试 . 8 6.5 效率试验 . 8 6.6 噪声试验 . 8 6.7 振动评估 . 8 6.8 温升试验 . 8 6.9 电气性能试验 . 8 6.10 防护等级试验 9 6.11 保护及报警功能试验 9 6.12 监控功能 9 6.13 电磁兼容性试验 9 T/CNESA 12022020 II 前言本标准按照GB/T 1.12009给出的规则起草。本标准由中关村储能产业技术联盟提出并归口。本标准起草单位北京泓慧国际能源技术发展有限公司、清华大学、平高集团有限公司、盾石磁能科技有限责任公司、上海航天控制技术研究所、中国科学院电工研究所、中国科学院工程热物理研究所、国网北京市电力公司电力科学研究院、华北电力大学、沈阳微控新能源技术有限公司、贝肯新能源（天津）有限公司。本标准主要起草人戴兴建、崔亚东、田刚领、李光军、李树胜、牛哲荟、郑建勇、蔚泉清、张建平、邱清泉、张艳妍、柳亦兵、张剀、江卫良、秦立军。本标准首次发布。本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别这些专利的责任。 T/CNESA 12022020 1 飞轮储能系统通用技术条件 1 范围本标准规定了飞轮储能系统（单机）的一般要求、性能要求和试验方法。本标准适用于适合飞轮储能应用场景的飞轮储能系统。 2 规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。 GB/T 4208 外壳防护等级（IP代码） GB/T 7251.12013 低压成套开关设备和控制设备第1部分总则 GB/T 12325 电能质量供电电压偏差 GB/T 12326 电能质量电压波动和闪变 GB/T 14549 电能质量公用电网谐波 GB/T 15543 电能质量三相电压不平衡 GB/T 17626.22018 电磁兼容试验和测量技术静电放电抗扰度试验 GB/T 17626.32016 电磁兼容试验和测量技术射频电磁场辐射抗扰度试验 GB/T 17626.42018 电磁兼容试验和测量技术电快速瞬变脉冲群抗扰度试验 GB/T 17626.52019 电磁兼容试验和测量技术浪涌（冲击）抗扰度试验 GB/T 17626.62017 电磁兼容试验和测量技术射频场感应的传导骚扰抗扰度 GB/T 17626.82006 电磁兼容试验和测量技术工频磁场抗扰度试验 GB 17799.42012 电磁兼容通用标准工业环境中的发射 GB/T 21413.12018 轨道交通机车车辆电气设备第1部分一般使用条件和通用规则 GB/T 24337 电能质量公共电网间谐波 GB/T 365482018 电化学储能系统接入电网测试规范 JB/T 5777.2 电力系统二次电路用控制及继电保护屏（柜、台）通用技术条件 ISO 14839-22004 机械振动.装配有主动磁性轴承的旋转机械装置的振动.第2部分振动评价（Mechanical vibration Vibration of rotating machinery equipped with active magnetic bearings Part 2 Evaluation of vibration） 3 术语和定义下列术语和定义适用于本文件。 3.1 飞轮储能 flywheel energy storage T/CNESA 12022020 2 一种物理储能方式，利用旋转体旋转时所具有的动能来存储和释放电能。旋转体通常为共轴的飞轮转子和电动发电机转子。电动发电机在电动机运行状态下，使飞轮转子升速，将输入电能转化为动能存储；电动发电机在发电机运行状态下，使飞轮转子降速，将动能转化为电能输出，电动发电机的升速和降速由变流器控制实现。 3.2 飞轮储能系统 flywheel energy storage system 实现电能与动能双向转化的储能装置，包括飞轮储能单元、飞轮电机变流器、储能变流器、辅助设备和系统控制器组成的系统装置统称，组成框架图见图1。图 1 飞轮储能系统框架示意图 3.3 飞轮储能单元 flywheel energy storage unit 由飞轮转子、电动发电机、轴承、密封壳体等构成的飞轮储能系统的机电结构组件。 3.4 飞轮转子 flywheel rotor 飞轮储能单元内部核心储能元件，是由高强度金属或复合纤维材料、树脂基体、永磁材料等组成的旋转体。 3.5 轴承 bearing 飞轮转子支承部件，通常有机械轴承、永磁轴承、电磁轴承、超导磁轴承及其组合。 3.6 飞轮电机变流器 flywheel converter 对飞轮电机运行进行转速及功率控制，直接或间接实现（电源或负载）直流电能和飞轮电机能量双向传递的功率电子电力设备。 3.7 储能变流器 power converter 实现飞轮储能系统直流母线与交流电网（和/或负荷）之间的双向能量传递的电子电力设备。 3.8 飞轮电机变流器系统控制器飞轮转子飞轮储能单元电动发电机轴承密封壳体 DC母线储能变流器冷却装置辅助设备监控设备真空装置通讯界面交流输出显示界面飞轮储能系统直流输出T/CNESA 12022020 3 系统控制器 system controller 系统控制器是指由若干电子电路器件组合，用于实现对飞轮储能系统的控制，保障被控设备安全、可靠地运行，其主要功能有自动控制、保护、监视和测量。 3.9 辅助设备 auxiliary equipment 为了维持飞轮储能单元内部温度及真空度要求所需的冷却装置、真空装置以及监控设备。 3.10 冷却装置 cooling device 辅助设备中，用于飞轮储能单元中发热部件冷却，包括冷却设备和冷却循环管路或风道。 3.11 真空装置 vacuum device 辅助设备中，为飞轮储能单元提供真空运行环境的组件及其连接管路。 3.12 监控设备 monitoring and protecting device 对飞轮储能系统运行状态进行监测和控制的装置，以及用于监测飞轮储能单元温度、真空、振动、压力等的仪器仪表。 3.13 热备状态 hot standby state 飞轮电动发电机转速处于工作转速区间，随时可接受系统控制器指令进行充放电操作的状态。 3.14 充（放）电响应时间 charge（discharge）response time 正常工作状态下，热备状态的飞轮储能系统从零功率上升至充/放电额定功率所用的时间。 3.15 充电过程 charge process 飞轮储能系统作为电力负荷，从外接电源吸收能量，以电动机方式运行且转速逐渐升高，将电能转化为动能储存在飞轮储能单元内的过程。 3.16 放电过程 discharge process 飞轮储能系统作为电源以发电机方式运行且转速下降，将存储的动能以电能的方式释放出来，通过电机变流器（和/或）储能变流器输出到电网或负载且转速逐渐下降的过程。 3.17 工作转速区间 working speed range 最高工作转速和最低工作转速之间的转速区间。 3.18 最高工作转速 maximum speed of revolution 飞轮储能系统安全运行时飞轮电机的所能达到的最高转速值。 3.19 最低工作转速 minimum speed of revolution 飞轮储能系统按照额定功率持续放电，飞轮转子所需要的最低转速值。 3.20 充电效率 charging efficiency 飞轮储能系统在放电过程中由最高工作转速运行至最低工作转速通过电机变流器所释放出的电能与在充电过程中由最低工作转速运行至最高工作转速通过电机变流器所吸收的电能的比值。 T/CNESA 12022020 4 3.21 放电效率 discharging efficiency 飞轮储能系统从最高工作转速放电至最低工作转速的放电过程中，飞轮电机变流器输出的直流电能与飞轮存储动能减少量的比值。 3.22 充放电循环效率 charge-discharge cycle efficiency 飞轮储能系统在充放电过程中由最高工作转速运行至最低工作转速所释放出的电能与由最低工作转速运行至最高工作转速所吸收的电能的比值。 3.23 热备待机功耗 hot standby power consumption 飞轮储能系统处于热备状态时所需功率（包括飞轮电机变流、储能变流器和辅助设备）。 3.24 可用储能量 available energy storage 飞轮储能系统在最高工作转速储存的动能与最低工作转速时储存的动能差值。 3.25 额定输入/输出功率 rated input/output power 充/放电状态下可以持续稳定工作的最大输入/输出功率。 4 一般要求 4.1 使用环境条件 4.1.1 海拔高度≤ 2000 m，超过降额使用。 4.1.2 运行环境温度-10°C ～ 40°C。 4.1.3 日平均相对湿度0 ～ 95 ，无凝露。 4.1.4 飞轮储能系统接入供电电源品质飞轮储能系统接入公共连接点的谐波电压应满足 GB/T 14549 的要求，间谐波电压应满足 GB/T 24337 的要求，电压偏差应满足 GB/T 12325的要求，电压波动和闪变值应满足 GB/T 12326 的要求，电压不平衡度应满足 GB/T 15543的要求。 4.2 型号命名产品的型号推荐按图2的方式进行编制。厂家代号由厂家自行编制，不限于图示位数。图 2 飞轮储能系统型号编制方式 T/CNESA 12022020 5 5 性能要求 5.1 效率要求飞轮储能系统充放电循环效率应不低于 80。 5.2 热备待机功耗飞轮储能系统热备待机功耗应不超过额定输出功率的 5。 5.3 设计寿命要求飞轮储能单元设计寿命应不低于 20 年或 10 万次充放电次数。 5.4 安全要求 5.4.1 机械危险防护飞轮储能系统应具备机械危险防护措施，即使转子失稳也不能对外界产生破坏性影响。同时，应具备紧急停机功能。 5.4.2 电击危险防护飞轮储能系统应采用绝缘保护措施，防止电击危险。 5.5 噪声在距离设备水平位置 1 m处，飞轮储能系统满载运行时的噪声应不大于 85 dB。 5.6 振动飞轮为主动磁轴承的旋转机械，应满足ISO 14839-22004对装置振动的评估。 5.7 温升飞轮储能系统应满足GB/T 21413.12018中9.2.2的要求。 5.8 密封性飞轮储能单元应具备密封性。 5.9 电气性能 5.9.1 绝缘电阻飞轮控制柜内直流汇流排和电压小母线，绝缘电阻应符合以下规定 a）各独立电路与地（即金属框架）之间的绝缘电阻不小于 10 MΩ； b）无电气联系的各电路之间的绝缘电阻不小于 10 MΩ。 5.9.2 工频耐压柜内各带电回路，按其工作电压应能承受表1规定历时1min的工频耐压的试验，试验过程中应无绝缘击穿和闪络现象。 T/CNESA 12022020 6 表1 工频耐受电压等级额定绝缘电压 U i 额定工作电压交流均方根或直流 V 工频电压 kV U i ≤60 1.0 60 Ui ≤300 2 . 0 300 Ui ≤ 690 2 . 5 690 Ui ≤800 3.0 800 Ui ≤1000 3.5 1000 Ui ≤1500 3.5 5.9.3 电气间隙和爬电距离飞轮储能系统电气设备的电气间隙和爬电距离符合GB/T 7251.12013中8.3的规定。 5.10 防护等级室内柜体外壳防护等级应不低于GB/T 4208中 I P 2 0 的规定，室外柜体外壳防护等级应不低于GB/T 4208中 I P 54 的规定。 5.11 保护和报警功能 5.11.1 一般要求飞轮储能系统应具备保护和故障管理功能，根据工作状态和参数变化，判断异常或故障类型，并自动实施异常工况限制、故障保护和故障报警功能。 5.11.2 电压保护飞轮储能系统输出电压超过设定过、欠电压值时，应发出报警信号，并应自动关断输出。 5.11.3 飞轮充、放电保护飞轮充电加速过程，当飞轮转速超过最高工作转速时，发出报警信号；当飞轮转速超过最高极限转速时，超速保护动作，停止充电操作。飞轮放电减速过程，当飞轮转速低于最低工作转速时，发出报警信号，停止放电运行；正常停机操作除外。 5.11.4 真空度过低保护功能飞轮储能系统应能实时监测飞轮运行腔体内的真空度，当真空度达到报警值时，应能发出报警信号，超过设计阈值，应自动降速停机。 5.12 监控功能 5.12.1 一般要求监控装置应具备对飞轮储能系统中各个设备的运行状态进行监测和控制的功能。 T/CNESA 12022020 7 监控装置应设有通信接口，可通过通信接口与上级主站进行连接通信，实现对飞轮储能系统的监控。 5.12.2 控制功能系统控制器、监控装置应能按设定的条件自动完成对飞轮储能系统充放电控制，并能对飞轮储能系统的运行方式进行设定，可进行自动与手动控制。 5.12.3 显示功能监控装置还应具备运行参数的显示功能，至少包括 a 直流母线电压、电流； b 飞轮电机的转速、储电量； c 飞轮电机工作状态； d 系统输入电压、电流和频率； e 系统重要部位（电机、轴承等）温度； f 密封壳体的振动； g 密封腔内真空度； h 变流器运行状态。 5.13 电磁兼容性 5.13.1 静电放电抗扰度飞轮储能系统应能承受GB/T 17626.22018第5章的试验严酷等级为3、 4级的静电放电抗扰度试验。 5.13.2 射频电磁场辐射抗扰度飞轮储能系统应能承受GB/T 17626.32016第5章规定的试验严酷等级为3、4级的射频电磁场辐射抗扰度试验。 5.13.3 电快速瞬变脉冲群抗扰度飞轮储能系统应能承受GB/T 17626.42018第5章规定的试验严酷等级为3、4级的电快速瞬变脉冲群抗扰度试验。 5.13.4 浪涌（冲击）抗扰度试验飞轮储能系统应能承受GB/T 17626.52019第5章规定的试验严酷等级为3、4级的浪涌（冲击）抗扰度试验。 5.13.5 射频场感应的传导骚扰抗扰度飞轮储能系统应能承受GB/T 17626.62017第5章规定的试验严酷等级为3、4级的射频场感应的传导骚扰抗扰度试验。 5.13.6 工频磁场抗扰度飞轮储能系统应能承受GB/T 17626.82006第5章规定的试验严酷等级为3、4级的工频磁场抗扰度试验。 5.13.7 发射要求正常工作的飞轮储能系统的电磁发射应不超过GB 17799.42012规定的发射限值。 T/CNESA 12022020 8 6 试验方法 6.1 一般检查变流器、控制器、监控装置柜体结构及安装，外形尺寸、保护接地的检查结果应符合JB/T 5777.2的规定。元器件符合相关国家标准要求。 6.2 可用储能量计算飞轮储能系统在最高工作转速下开始放电，直到转速达到最低工作转速，测量此过程中储能系统释放的动能，即为飞轮可用储能量。 6.3 额定输入/输出功率试验飞轮储能系统在最低/最高工作转速下开始充电/放电，用功率测试仪测定的最大稳定输入/输出值即为额定输入/输出功率。 6.4 充放电响应时间测试按照 GB/T 365482018中 7.8的试验方法，飞轮储能系统充放电响应的时间应满足产品参数要求。 6.5 效率试验充放电循环效率为充电效率与放电效率的乘积，由于稳态满额充放电情况下，为放电时输出的电能与充电时输入的电能之比，也就是飞轮储能系统由最高工作转速运行至最低工作转速释放的电能与由最低工作转速运行至最高工作转速所吸收的电能的比值。其结果应满足 5.1 中的要求。 6.6 噪声试验在飞轮储能系统额定功率充电与额定功率放电时，在周围环境噪声不大于40 dB条件下，在距柜外围前、后、左、右水平位置各l m处，离地面高度 1 1.5 m处，测得的产品噪声应符合5.5的要求。 6.7 振动评估按ISO 14839-22004标准中规定的方式进行评估。 6.8 温升试验按GB/T 21413.12018中10.3.2的方法进行。 6.9 电气性能试验 6.9.1 绝缘电阻测量用2500 V 兆欧表测量被测部位，绝缘电阻测试结果应符5.9.1的规定。 6.9.2 工频耐压试验用工频耐压试验装置，对5.9.2所列的试验部位，按表1规定的试验电压，施加试验电压l min应无闪络和击穿。 6.9.3 电气间隙和爬电距离试验参照GB/T 7251.12013附录F测量电气间隙和爬电距离，应符合5.9.3的要求。 T/CNESA 12022020 9 6.10 防护等级试验试验方法按GB/T 4208规定进行。 6.11 保护及报警功能试验按产品技术条件设定设备的保护及报警动作值。调整所需参数值，人为模拟各种故障，设备的保护和报警动作值及保护和报警动作方式，应符合5.11 的规定。 6.12 监控功能监控功能按下列方法进行试验 a 一般功能试验检查监控装置的一般功能应符合 5.12.1 的要求 b 控制功能试验检查监控装置控制功能应符合 5.12.2 的要求； c 显示功能试验检查监控装置检测精度和检测周期应符合 5.12.3 的要求。 6.13 电磁兼容性试验 6.13.1 静电放电抗扰度试验试验按GB/T 17626.22018规定的方法进行。 6.13.2 射频电磁场辐射抗扰度试验试验按GB/T 17626.32016规定的方法进行 6.13.3 电快速瞬变脉冲群抗扰度试验试验按GB/T 17626.42018规定的方法进行。 6.13.4 浪涌（冲击）抗扰度试验试验按GB/T 17626.52019规定的方法进行。 6.13.5 射频场感应的传导骚扰抗扰度试验试验按GB/T 17626.62017规定的方法进行。 6.13.6 工频磁场抗扰度试验试验按GB/T17626.82006规定的方法进行。 6.13.7 发射要求试验试验按GB 17799.42012规定的方法进行，正常工作的飞轮储能系统的电磁发射应不超过GB 17799.4规定的发射限值。 _________________________________