园区工商业配储项目0.5MW-1MWh储能系统技术方案.pdf-solarbe文库

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电池储能系统技术方案 2 1概述本项目采用预装式结构， 0.5MW/1MWh储能系统，包括 1套能量管理系统（ EMS）和 1套 0.5MW/1MWh储能子单元；每套储能子单元包含 1套 0.5MW/1MWh储能电池系统（直流侧）， 1套逆变变压电气系统。其中逆变升压主电气设备及辅助设备与储能电池系统（直流侧）一起集成在集装箱内部，采用物理墙的形式隔开。锂电池储能系统，可利用储能系统在用电低谷时储能，在高峰负荷时放电，从而降低整体负荷实现峰谷电价差套利，降低用电成本及容量费用管理的目的。当发生停电故障时，储能能够将储备的能量供应给终端用户，避免了故障修复过程中的电能中断，以保证供电可靠性。此系统由锂电池储能系统、控制系统、监控系统以及能量管理系统构成。储能系统配置包含储能电池系统（磷酸铁锂电池）以及变流系统，集装箱内连接电缆、自动气体灭火，工业空调、视频监控、通讯系统、集中箱内的照明、动力配电。采用集装箱的形式，储能装置规格为 0.5MW/1MWh储能系统，通过隔离变压器、 STS连接到 0.4kV交流母线。 EMS 能量管理系统根据储能情况及负载情况实现并离网切换控制，并网点电气参数监控，实现系统负载远程投切控制及电源能量均衡控制及系统的经济运行。 2储能系统总体方案 2.1 储能系统总体设计 0.5MW/1MWh 储能系统，包含 1 套能量管理系统（ EMS）和 1 套 0.5MW/1MWh 储能单元，每套 0.5MW/1MWh储能单元包含 1套 0.5MW/0.5MVA逆变隔离升压系统和 1套 0.5MW/1MWh储能电池系统（直流侧），本项目配置一个集装箱储能系统，其中包括 1套逆变隔离升压系统和 1套储能电池系统及相关设备。磷酸铁锂电池通过合理串并联组成电池簇，输出一定电压范围直流通过储能变流器逆变成 380V 交流，储能子系统通过隔离变压器、 STS 连接到 0.4kV 交流电池储能系统技术方案 3 母线。 0.5MW/1MWh磷酸铁锂电池储能系统电气拓扑结构如下图 2-1储能系统一次电气图 2.2 储能系统特点储能系统采用可移动集装箱式设计，易安装、运输、维护和系统扩容。集装箱储能系统由能量密度高、成本低廉、安全无污染的磷酸铁锂电池单元以一定的串并联方式进行连接，配置先进的电池管理系统组成，灵活、可靠，易扩展升级。此外，集装箱储能系统还具有如下特点  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。电池储能系统技术方案 4 2.3 储能系统作用  自发自用，通过配置光伏组件可以更好地利用光伏电力，提高自发自用水平，降低用电成本。  峰谷价差套利，在实施峰谷电价的电力市场中，通过低电价时给储能系统充电，高电价时储能系统放电，实现峰谷电价差套利，降低用电成本。  能量备用，储能系统可以在电网不能正常情况下起备用和过度作用。  容量费用管理，工业用户可以利用储能系统在用电低谷时储能，在高峰负荷时放电，从而降低整体负荷，达到降低容量电费的目的。 3电池舱设计方案 1.066MWh磷酸铁锂电池储能系统采用 20尺集装箱集成，集装箱内包含电池系统、逆变升压系统、电池管理系统、监控系统、自动消防系统、自动空调系统、照明系统等，保证储能系统安全稳定运行。 1） 1.066MWh电池系统组成如下表表 3-1 1.066MWh电池系统组成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）备注 1 电池箱含 BMU 44.8 280 12.544 电芯 1并 14串组成1个电池箱 2 电池簇含 BCMU 761.6 280 213.248 17个电池箱和 1个主控箱串联组成一个电池簇 3 集装箱储能系统 761.8 1400 1066.24 5个电池簇并联组成 1.066MWh电池系统电池储能系统技术方案 5 2） 1.066MWh电池储能系统整体布局如下图储能系统采用 20尺高柜集装箱，可布置 5个电池簇 ,总容量 1.066MWh单簇 17个电池模块， 5 簇汇流对应 1台 500kW的 PCS。集装箱内部包含逆变升压系统、负荷自动切换系统、空调系统、消防系统、汇流系统、监控系统等及其它辅助部件。集装箱内部结构布置具备可维修性和可更换性，参考布置图如下图 3-1 20尺电池电气舱平面布置图 3）储能电池系统拓扑图如下图 3-2储能电池系统拓扑图电池储能系统技术方案 6 3.1 电芯选型电芯采用磷酸铁锂方形铝壳电芯，型号为 FP71173207-280Ah，容量为 280Ah，标称电压 3.2V，工作电压范围 2.53.65V，该产品应用于电力储能系统电量存储，电池路线为磷酸铁锂电池铝壳；电池模组和电池簇均采用模块化设计，便于搬运、安装、维护。表 3-2电芯参数表序号项目规格参数条件 1 电芯类型磷酸铁锂电芯 2 电芯型号 LFP71173207/280Ah 3 外形尺寸 71.55*174.7*207.11± 0.5 含绝缘膜，含极柱尺寸 4 重量 5.45± 0.20kg 包蓝膜后 5 出厂内阻（ 1kHz 0.18± 0.05mΩ 40SOC， 1kHz，以产线在线测试数据为准 6 额定容量 280Ah 0.5P， 2.5-3.65V 7 额定电压 3.2V 8 额定能量 896Wh 0.5P 9 工作电压 2.5〜 3.65V 温度 T＞ 0℃ 10 2.0〜 3.65V 温度 T≤ 0℃ 11 出货状态 27SOC 12 月自放电 ≤ 3.5 25± 2℃ ， 40SOC，新电芯存储 3 个月后 13 最大持续充放电功率 1P 25± 2℃ 14 放电温度范围 -30〜 60℃ 15 充电温度范围 0〜 60℃ 16 常温充放电循环寿命 ≥ 6000cls80标称容量 25± 2℃ ， 0.5C 电池储能系统技术方案 7 电芯外形尺寸如下图图 3-3 3.2V 280Ah磷酸铁锂电芯尺寸图表 3-3电芯安全与可靠性能表序号项目标准测试方法 1 过充测试不爆炸、不起火将电池单体充电至电压达到充电终止电压的 1.5 倍或时间达到 1h 2 过放测试不爆炸、不起火将电池单体放电至时间达到 90min或电压达到 0V 3 短路测试不爆炸、不起火按照 GB/T36276-2018中 A.2.14的短路试验步骤，将电池单体正、负极经外部短路 10min 4 跌落测试不爆炸、不起火将电池单体的正极或负极端子朝下从 1.5m高度处自由跌落到水泥地面上 1 次 5 加热测试不爆炸、不起火将电池单体以 5℃ /min 的速率由环境温度升至（ 130± 2） ℃ 并保持 30min 6 挤压测试不爆炸、不起火将电池单体挤压至电压达到 0V 或变形量达到 30 电池储能系统技术方案 8 或挤压力达到（ 13± 0.78） kN 7 低气压测试不爆炸、不起火、不漏液将电池单体在低气压环境中静置 6h 8 热失控测试不爆炸、不起火触发电池单体达到热失控条件 9 阻燃、防爆防爆，阻燃等级不低于 V-0 电池单体的壳体应采用阻燃材料，具备防爆功能，阻燃等级不低于 V-0 3.2 PACK 设计电池模块由 14个 280Ah单体电芯组成，成组方式为 1P14S，电量为 12.544kWh，标称电压为 44.8V。电池模组配置采集模块 BMU，用于模组的电压、温度等参数采集，并具有均衡、风扇智能控制等功能。电池 Pack内电芯采用激光焊接结构，安全可靠性高。图 3-4电池 Pack外观示意图表 3-4电池 Pack（ 1P14S）参数序号名称规格参数备注 1 单体电池额定容量（ Ah） 280 2 电池模块额定容量（ Ah） 280 额定能量（ kWh） 12.544 标称电压（ V） 44.8 运行电压范围（ V） 39.2～ 49.7 额定充放电电流（ A） 140 0.5C 最大可持续充放电电流（ A） 280 1C 尺寸（宽深高）（ mm） 420 645 235 重量（ kg） 96± 2 允许工作环境温度 5℃ ～ 45℃ 电池储能系统技术方案 9 序号名称规格参数备注 BMU采集线出线方式前出线绝缘标准电池箱绝缘电阻 ≥ 1GΩ 1000VDC 潮湿天气除外耐压标准 3820VDC，无击穿现象漏电流＜ 10mA 高压箱包含 BMS主控单元以及必要的电气设备，包括负荷型隔离开关或断路器、高压直流继电器、熔断器等，负责每个对应电池簇的总状态采样、回路控制以及策略执行功能。 3.3 电池簇设计电池簇由 17个电池模块和 1个高压箱组成，标称电压为 761.6V，容量为 280Ah，电量为 213.248kWh。电池簇在集装箱内靠侧壁面对面布置，采用顶部侧进风散热方式；高压箱放置于电池簇底部左下方，便于操作、维护。多个电池簇可以并联使用组成不同规模容量的储能系统。电池簇外观示意如下图 3-5电池簇外观示意图电池簇主要参数如下电池储能系统技术方案 10 表 3-5电池簇参数表序号项目规格参数备注 1 组合方式 1并 238串 17 个电池模块 2 额定容量（ Ah） 280 3 额定能量（ kWh） 213.248 4 标称电压（ V） 761.6 5 运行电压范围（ V） 666.4～ 844.9 6 额定充放电电流（ A） 140 0.5C 7 最大可持续充放电电流（ A） 280 1C 8 尺寸（宽深高） mm 1000 685 2350 深度含拉手 9 重量（ kg） 2100± 10 10 允许工作环境温度 5℃ ～ 45℃ 11 防护等级 IP20 12 绝缘标准电池簇绝缘电阻满足 GB36558-2018要求 13 耐压标准 3820VDC，无击穿现象漏电流＜ 20mA 3.4 电池管理系统（ BMS）电池管理系统由电池组管理单元 BMM、电池组串管理系统 BCM、电池堆管理系统 CCU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，被动均衡，电池组 SOC 定标和与其它设备信息交互等功能。 3.4.1 BMS主要特点电池智能管理系统可对单体及整组电池进行实时监控、充放电、均衡、巡检、温度监测、电压监测、电流监测、 SOC估算、 SOH估算、 SOE估算、能量统计等，采用诸如电压均衡控制、超温保护等智能化技术，可以管理多组电池，检测每组中所有单体电池电压、电池组总电流、多路环境温度等，是一套功能强大、技术指标完善的电池管理系统。电池储能系统技术方案 11 3.4.2 BMS拓扑结构电池管理系统（ BMS）由电池组管理单元 BMM、电池组串管理系统 BCM、电池堆管理系统 CCU三层架构组成。 BMS系统的通讯拓扑如下图 3-6 BMS 通讯拓扑 3.4.3 BMS具体功能 1、模拟量测量功能能实时测量电池簇电压，充放电电流、温度和单体电池端电压、电池极柱温度、漏电监测等参数，并通过计算实时给出单体电池的 SOC值及 SOH值。 2、均衡电池管理系统具备被动均衡功能，均衡电流不小于 100mA，保证电池系统使用寿命及可用容量。 3、电池系统运行报警功能在电池系统运行出现过压、欠压、过流、高温、低温、漏电、通信异常、电池管理系统异常等状态时，能显示并上报告警信息，通知 PCS及后台监控系统，以及时改变系统运行策略。 4、电池系统保护功能包括过充、过放、超温、短路、反接、过载等保护，且保护定值可整定。在电池系统运行时，如果电池的电压、电流、温度等模拟量出现超过安全保护门限的情况时，电池管理系统能够实现就地故障隔离，将问题电池簇退出运行，同时上报保护信息。 5、自诊断功能电池管理系统具备自诊断功能，对电池管理系统与外界通电池储能系统技术方案 12 信中断，电池管理系统内部通信异常，模拟量采集异常等故障进行自诊断，能根据实时测量蓄电池模块电压、充放电电流、温度和单体电池端电压、计算得到的电池内阻等参数，通过分析诊断模型，得出单体电池当前容量或剩余容量（ SOC）的诊断，单体电池健康状态（ SOH）的诊断、电池组状态评估，以及在放电时当前状态下可持续放电时间的估算，并能够上报到监测系统。 6、运行参数设定功能电池管理系统运行各项参数能通过本地和远程两种方式在电池管理系统或储能监控系统进行修改，并有通过密码进行权限认证功能。 7、本地运行状态显示功能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，如系统状态，模拟量信息，报警和保护信息等。 8、事件及历史数据记录功能电池管理系统能够在本地对电池系统的各项事件及历史数据进行存储，记录不少于 100000条事件及不少于 30天的历史数据。 9、通讯功能具有以太网、 RS485、光纤接口。电池监测系统通过光纤以太网与储能监控系统连接，电池单元的 BMS与 PCS的就地控制器通过 CAN总线连接。 10.热管理功能电池在充电或放电过程中，对电池的温度进行监控，如果温度高于保护值将开启温控设备强制冷却，若温度达到危险值，电池系统将停止工作。 11.计算统计功能 BMS能够估算电池的荷电状态，充电、放电电能量值 Wh，最大充电电流，最大放电电流等状态参数。 BMS具有电池充、放电的累计充、放电量的统计功能，并具有掉电保持功能。具备上传监控系统的功能。表 3-7电池管理系统主要参数表序号项目名称技术参数及指标 1 工作电源 932V 2 单体电压采集范围 1.54.5V 3 单体电压采集精度 ≤± 0.1FS0.1RD 4 电流采集范围 ≤ 500A 5 电流采集精度 ≤± 0.5FS0.5RD 6 温度采集误差 ≤± 1℃ （ -2565℃ ） 7 电压采集周期 ≤ 50ms 8 电流采集周期 ≤ 50ms 电池储能系统技术方案 14 图 3-7消防联动拓扑电池系统空间防护温度、烟雾、可燃气体探测联动控制策略 1）一氧化碳、氢气一体化探测器和烟雾探测器、温度探测器； 2）通过消防主机实现预警信息与 BMS、 PCS、排风、空调等联动策略，内、外部断电策略； 3）使用空间淹没式消防（七氟丙烷）； 4）外部消防同时提供了一个标准接口，在紧急情况下，可以接入消防车、消防栓，快速将消防水输送到火灾部位。消防系统工作流程如下图 3-8消防系统工作流程电池储能系统技术方案 15 储能集装箱内设计完善的智能消防系统。气体消防采用七氟丙烷自动灭火系统，由烟感温感检测装置、消防报警主机、灭火装置及辅助执行机构组成。灭火装置采用柜式七氟丙烷，柜式七氟丙烷气体灭火装置与火灾探测报警系统联动实现对防护区自动探测、报警、灭火保护功能。灭火剂七氟丙烷（ FM200），灭火效率高，对设备无污损，电绝缘性好，灭火迅速。消防系统具有自动、手动两种控制方式。保护区均设气体灭火保护且均设置光电感烟探测器和感温探测器。当气体灭火保护区内任一只感烟或感温探测器报警动作时，气体灭火控制器发出报警，提醒工作人员注意保护区现场情况同时火灾报警信号送消防控制中心报警主机当气体灭火保护区内感烟和感温二种探测器同时报警动作时，气体自动灭火控制器开始进行延时阶段（ 0-30秒可调），声光报警器报警和联动设备动作（关闭通风空调等），此阶段用于疏散人员。延时过后，气体灭火系统喷放七氟丙烷灭火剂实施灭火；点亮气体喷放指示灯。同时气体喷放信号送消防控制中心报警主机。当报警控制器处于手动状态，报警控制器发出报警信号，不输出动作信号。由值班人员确认火警后，按下报警控制面板上的应急启动按钮或保护区门口处的紧急启动按钮，即可启动系统喷放七氟丙烷灭火剂。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 3-8消防系统技术指标序号项目描述规格参数 1 气体纯度＞ 99.6﹪ 摩尔 /摩尔 2 酸度＜ 3ppm 3 水含量＜ 10ppm 4 不挥发残留物＜ 0． 01﹪ 5 悬浮或沉淀物不可见电池储能系统技术方案 16 序号项目描述规格参数 6 灭火浓度 9 7 喷放时间 1 其它人机界面触摸屏通信规约 EMS MODBUS TCPBMS MODBUS RTU或 CAN 4.3 变压器本项目选择三相隔离 500kVA干式风冷变压器，主要参数如下表 4-2 变压器主要参数表序号指标参数 1 变压器型号 SCB11-500KVA/0.4/0.38KV 2 工作温度范围 -10℃ 50℃ 3 额定容量 500kVA 4 额定电压 0.4± 3/0.38± 3kV 5 调压方式无励磁调压 6 额定频率 50Hz60Hz 7 联结组标号 Dy11 电池储能系统技术方案 24 序号指标参数 8 短路阻抗 24 9 冷却方式 AN/AF 10 绝缘等级 Class H 11 声功率级 ≤ 70db，距离变压器 1m 处，满负荷 12 空载电流满足国标要求 13 空载损耗满足国标要求 14 负载损耗满足国标要求 15 重量 1600kg± 10 16 尺寸 1100*800*2100mm（ W*D*H） 4.4 逆变隔离变压系统参数逆变变压系统技术参数如下表表 4-4逆变隔离变压系统主要参数表产品型号 630K/0.4kV 直流侧参数直流电压范围 600～ 850V 最大直流功率 693kW 最大直流电流 1147A 电池支路数量 1 交流 0.4kV侧参数额定输出功率 630kW 交流最大功率 693kW 额定电网电压 400V 输出 THDi ≤ 3 并网功率因数 -11 交流 0.38kV侧参数交流电压 380V 交流电压可调节范围 ± 15 交流频率 50Hz/60Hz 输出 THDi ≤ 3 系统参数中压变压器类型干式变压器变压器出线侧保护开关类型负荷开关 STS 隔离方式环氧树脂浇注干式电力变压器冷却方式智能强制风冷噪声 75dB 电池储能系统技术方案 25 温度范围 -10℃ 50℃ 防护等级 IP54 海拔 2000m 湿度范围 095 通讯方式显示方式触摸屏上位机通信方式 ModbusTCP/IP 4.5 STS 负载自动切换系统 STS负载自动切换系统又名静态切换系统（ STS），在两路交流电源构成的双总线供电系统中承担着检测、切换的核心任务，应用于要求极高供电可靠性的高端不间断供电领域，如计算机中心，互联网数据中心，电信、金融数据中心及工业过程控制中心等。 STS负载自动切换系统功能特点  自动完成并离网切换与并网同期功能，无需手动操作；  柜内配置智能电表记录市电用电量、负载用电量数据；  主动式并网转离网时间 0ms，被动式并网转离网小于 20ms；  系统可视化操作，可直观展示并离网工况。表 4-5 STS 负载自动切换系统参数产品型号 PWD-800K 电网侧参数额定功率 800KVA 接线方式三相四线允许电网电压 380/400（ -1515可配置） Vac 允许电网频率 50/60（ -55可配置） Hz PCS侧参数额定功率 500kVA 输入路数 1路负载侧参数额定功率 500kVA 输出路数 1路系统参数并网转离网切换时间主动式 0ms/被动式＜ 20ms 离网转并网切换时间无缝同期最大转化效率 99.5 尺寸（宽 *高 *深） 800*2160*800 mm 电池储能系统技术方案 26 重量 450 kg 噪声＜ 55dB 防护等级 IP20 允许环境温度 -2060℃ （大于 45℃ 降额）冷却方式强制风冷允许相对湿度 095（无凝露）允许海拔高度 3000m（大于 3000m 降额）通讯参数通讯接口 RS485,Ethernet 通讯协议 Modbus TCP/RTU 5能量管理系统（ EMS） 5.1 方案概述储能监控及能量管理系统采用跨平台调控一体化能量管理系统，实现了实时监控、诊断预警、全景分析、高级控制功能，满足电网运行监视全景化、安全分析智能化、调整控制前瞻化、全景分析动态化的需求，保证微电网安全、可靠、稳定运行。储能监控及能量管理系统采用面向服务的软件体系架构，遵循 IEC61970/IEC 61968 规范，具有良好的开放性，能很好地满足系统集。成和应用不断发展的需要；系统采用中间件技术，有效屏蔽了异构系统的差别，满足跨平台的需要，支持 Unix/Linux/Windows 等操作系统；选用先进、成熟的硬件设备，关键设备采用冗余配置，构建了一个安全可靠、标准开放、资源共享、易于集成的主站系统，并完全兼容国产硬件设备、操作系统及数据库。电池储能系统技术方案 27 5.1-1工商业储能 EMS 系统拓扑图 5.2 方案特点  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。电池储能系统技术方案 28 5.2-1储能系统一次系统拓扑图 5.3 组网架构储能系统中， EMS 通讯拓扑分为两层结构，顶层为总集中监控系统，底层设备 PCS、 BMS、计量电表、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。监控主机完成现场测控系统之间的网络连接、转换、数据采集、数据本地处理、协议转换和命令的交换、本地用户画面监视操作、控制策略功能，实现大容量实时数据的高速汇集传输，确保主站系统能够快速、准确地得到所有监测及监控信息，并及时反馈网络检测的系统异常与故障，确保快速定位与恢复。图 5.3-1能量管理系统架构图 5.4 EMS 功能（ 1）运行情况实时监控系统能对所有被监控的运行参数和状态进行实时和定时数据采集，对重要历史数据进行处理并存入数据库。包括 BMS 系统的各组电池的总电压、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、历史充放电电能等常用信息。 PCS 的相关参数，包括直流侧各分支的电压 /电流 /功率等、交流侧的各相有功功率、无功功率、电压、电流、功率因素、频率和温度、机柜温度、运行状