2.5MWh智慧储能方案（17页 WORD）

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2.5 MWh 智慧储能系统方案 共 17 页/第 1 页 1. 前言 1.1. 概述 本技术方案针对智慧能源储能备电系统项目编写，本方案设计的储能系统 可实现应急储能、削峰填谷控制运行功能， 可满足应用于备电场所储能的实际 应用需求。本方案设计存储电能 2500kWh ，额定功率 500kW。 1.2. 系统组成 电池储能系统主要组成部分如下： 1) 储能变流装置及附件 2) 储能电池及配件 3) 电池管理系统 4) 安防、照明及散热系统 5) 监控调度系统（能量管理系统） 6) 集装箱 共 17 页/ 第 2 页 电网 电力传输线路 通讯线路 储能监控系统 储能控制管理系统 公共连接点 PCS BMS ... 储能电池堆 图 1 电池储能系统原理示意图 1.3. 执行标准 GB/T 2423.1 电工电子产品基 本环境试验规程 试验 A：低温试验方法 GB/T 2423.2 电工电子产 品基本环境试验规程 试验 B：高温试验方法 GB/T 2423.3 电工电子产品环境试验 第 2 部分 试验方法 试验 Cab：恒 定湿热试验 GB/T 3859.1 半导体换流器基本要求的规定 GB/T 3859.2 半导体换流器 应用导则 GB 3859.3-1993 半导体换流器 变压器和电抗器 GB 4208 外壳防护等级(IP 代码) GB/T 12325-2008 电能质量 供电电压允许偏差 GB/T 14549-1993 电能质量 公用电网谐波 GB/T 15543-2008 电能质量 三相电压允许不平衡度 共 17 页/ 第 3 页 负荷 GB/T 12326-2008 电能质量 电压波动与闪变 GB/Z 17625.3 电磁兼容 限 值 GB/T 15945-2008 电能质量 电力系统频率允许偏差 GB/T 17883 0.2S 和 0.5S 级静止式交流有功电度表 DL/T 448 能计量装置技术管理规定 DL/T 614 多功能电能表 DL/T 645 多功能电能表通信协议 DL/T 5202 电能量计量系统设计技术规程 GB/T 17626.2 电磁兼容 试验和测量技术 静电放电抗扰度试验 GB/T 17626.3 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 17626.4 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 17626.5 电磁兼容 试验和测量技术 浪涌(冲击)抗扰度试验 GB/T 17626.6 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 17626.11 电磁兼容 试验和测量技术 电压暂降、短时中断和电压变 化的抗扰度试验 GB 17799.3 电磁兼容 通用标准 居住、商业和轻工业环境中的发射标 准 GB 17799.4 电磁兼容 通用标准 工业环境中的发射标准 DL/T 527-2002 静态继电保护装置逆变电源技术条件 GB/T 13384-2008 机电产品包装通用技术条件 GB/T 14537-1993 量度继电器和保护装置的冲击与碰撞试验 GB/T 14598.27-2008 量度继电器和保护装置 第 27 部分：产品安全要求 共 17 页/ 第 4 页 DL/T 478-2001 静态继电保护及安全自动装置通用技术条件 共 17 页/ 第 4 页 GB/T 191-2008 包装储运图示标志 GB/T 17626 -2006 电磁兼容 试验和测量技术 GB 14048.1-2006 低压开关设备和控制设备 第 1 部分：总则 GB 7947-2006 人机界面标志标识的基本和安全规则 导体的颜色或数 字标识 GB/T 17215.322-2008 交流电测 量设备 特殊要求 第 22 部分：静止式有功 电能表（0.2S 级和 0.5S 级） GB 8702-88 电磁辐射防护规定 DL/T 5429-2009 电力系统设计技术规程 DL/T 5136-2001 火力发电厂、变电所二次接线设计技术规程 DL/T 620-1997 交流电气装置的过电压保护和绝缘配合 DL/T 621-1997 交流电气装置的接地 GB 50217-2007 电力工程电缆设计规范 GB 2900.11-1988 蓄电池名词术语 IEC 61427-2005 光伏能系统(PVES) 用二次电池和蓄电池组 一般要求和 试验方法 共 17 页/ 第 5 页 2. 总体方案设计 项目 规格 备注 标称能量 2500kWh 系统串并联方式 （1P*14S*17S）*5P 电池直流侧标称电压 761V 电压范围 666V-833V 单体标称容量 271Ah 磷酸铁锂 循环寿命 ≥4000 PCS 总功率 500kW 交流侧效率 >85% 电池充放电深度 90% 单次最大放电量 2099kWh 集装箱尺寸 40 尺 占地面积 30m2 共 17 页/ 第 6 页 2.1. 储能电池及附件 图 2 电池模块 电池组系统采用标准机柜进行组装，将标准模块串联而成，机柜最多串联 9 组电池模块，机柜尺寸 1200*725*2300mm，每个标准模块尺寸 516*690*234mm ，内部采用 271Ah 单体 1P14S 形式，规格为 3.2V3794Ah，重量小于 96kg。本方 案中集装箱内有 12 个标准机柜。 图 3 电池机柜 共 17 页/ 第 7 页 表 1 电池参数 电池规格 备注 电池柜尺寸 1200*725*2300mm 12 个 标称能量 2470kWh 额定放电功率 500kW 额定充电功率 500kW 额定电压 761V 单体电池规格 271Ah 循环寿命 ≥4000@80%DOD 通信方式 RS485/CAN 2.2. 储能变流装置及附件 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，实现各电源 之间的功率平衡分配，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。储能变流器设备 500kW。 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 共 17 页/第 8 页 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。 图 4 储能变流器 表 2 储能变流器参数 PCS 规格 尺寸 W1600×D800×H2160mm 重量 1820kg 额定输出功率 500kW 整机最高效率 97% 额定电网电压 400V 共 17 页/ 第 9 页 频率 50/60Hz 防护等级 IP20 通信接口 CAN/RS485 2.3. 集装箱 储能集装箱的主要任务是将电池系统、储能变流器、通讯监控等设备有机 的集成到 1 个标准的单元中，该标准单元拥有自己独立的自供电系统、温度控制 系统、隔热系统、阻燃系统、火灾报警系统、门控照明、安全逃生系统、应急系 统、 消防系统等自动控制和安全保障系统。 集装箱中的走线全部为内走线。动 力配电箱等其他设备一律壁挂式安装。 l 板材 为保证足够的强度和 25 年的寿命要求，储能集装箱的外壳厚度不小于 2mm，应采用冷轧钢板、铝板或者不锈钢板材料。非导电材料制作的外壳部件满 足特定的绝缘要求，满足 GB 17467-2010 中第 6.2 节中的验证性试验要求。 l 防火性能 其防火性能满足 GB 17467-2010 中第 5.102.2 节的相关要求在外壳结构中使 用的材料具备防止内部或外部着火时的最低性能。 l 抗腐蚀性能 满足 GB 17467-2010 中第 5.102.3 中规定。GB/T 2423 系列标准给出了环 境试验程序和试验严酷度方面的信息。 l 面板及门 满足 GB 17467-2010 中第 5.102.4 节的相关规定。面板和门是外壳的一部 分。当关上时，符合对外壳规定的防护等级。 共 17 页/第 10 页 门能向外打开至少 90°, 并具有定位装置使其保持在打开位置，为运行人员 共 17 页/第 10 页 和行人提供安全保障。前后进出门需要使用钥匙才能从外面打开门， 门内侧具有 缓冲及密封装置，并装有把手、暗栓， 配有防雨、防堵、防锈的嵌入式挂锁，具 备防水防盗的功能，铰链应采用内铰链。 l 外壳防护等级 集装箱防护等级不低于 IP 54，具备防沙、防水能力。通风口的设计或遮护， 使其保持与外壳相同的防护等级和对抗机械冲击的等同等级。出风口加装防风护 罩，提高防水、防沙能力。 l 抗风等级 壳体抗风等级不低于 12 级，短时耐受 13 级大风。 l 污染等级 符合 GB 7251.1 中 6.1.2.3 中污染等级≤3 的要求。 l 抗震等级 抗震能力：8 度（地面水平加速度 0.3g，垂直加速度 0.15g，两种加速度同 时作用。分析计算的安全系数不小于 1.67）。 l 操作和维护通道 集装箱内部所有设备内的所有部件设计可以检查和维护的，包括设备后舱 的所有元部件及其连接，可以通过拆卸外壳门板等方式进行设备后部的维护。 l 接地 集装箱外部壳体提供螺栓安装和焊接两种固定方式。螺栓固定点和焊接点 须与壳体金属外壳可靠联通。 l 绝缘要求 在电路与裸露导电部件之间，每条电路对地（箱体外壳）标称电压的绝缘 电阻不小于 1000Ω/V。 l 工频耐压 共 17 页/第 11 页 将所有电路端口短接，对地（箱体外壳）施加相应的试验电压，系统无击穿 共 17 页/第 11 页 及飞弧现象。试验电压值参考 GB 7251.1-2005 中要求。 l 冲击电压 集装箱内部的低压开关设备的最低额定累计耐受电压为 GB/T16935.1 - 2008 表 1 中的对 IV 类过电压给出的值。 本方案采用 40 尺标准集装箱进行布置排布，每个集装箱分别布置 27 个电 池柜、1 台 PCS 并机以及必要的消防照明等设备。 2.4. 电池管理系统 本系统控制系统具有如下功能： 1) 系统自检 在电源接通时，对系统自检，若一切正常，发出可以正常工作信号，若有问 题，发出故障信号，并切断动力开关。 2) 充电保护、放电保护、热保护(温度过高/温度差异大)、过流保护 在电池（包括系统整体和各个模块）发生过流、过压、欠压、单体电池电压 不平衡、温度过高、温度差异大时，通知给外部控制系统，请求关断充放电回路， 当一定时间后要求不被允许时，自行将电池组的充放电回路切断。当被保护电 池的保护因素消失，则保护功能要取消。 3) 故障预警和处理 在电池组使用过程中，BMS 监控系统的相关参数，通过故障判定条件来判 定蓄电池组系统的当前状态。电池电量低或充满时，会通过电量指示器进行提 示。 4) 充电控制 通过监测单体电池电压及实时的充电电流，并通过 CAN 通信网络与充电器 进行信息交付，从而达到恒压恒流的充电模式控制。 共 17 页/第 12 页 5) CAN 总线通讯 采用 CAN 总线的方式分别与子系统模块、PCS 及管理系统进行通讯。 共 17 页/第 12 页 6) 蓄电池组电压和电流测量/可标定 能够实时测量蓄电池组的当前工作电压和工作电流，同时根据采集的电池组 电压电流数据以及蓄电池组的 SOC，计算当前能够输出的最大放电功率及允许 接受的最大充电功率。 7) SOC/SOH 预估 在实时充放电过程中，能在线监测电池组容量，能随时给出电池组整个系统 的剩余容量。随着循环的增加， 电池的健康状态将逐渐下降。通过深度放电以及 充电控制策略，BMS 系统可以根据电池的状态进行动态自学习，修正 SOH，保 证 SOC 在电池衰减后估算的准确性。 8) 系统低功耗 能够根据 BMS 系统的实际情况，接通或关闭子系统的电源；在判断均衡完 成的基础上，能进入自关闭的超低功耗模式。 9) 单体电池电压、温度测量 BMS 通过模拟测量电路，实时测量每节单体电池电压及温度采样点信息。 单体电池电压测量精度±10mV，温度采样精度±2℃。 10) 均衡功能 实时监控蓄电池组内部单体电池电压状态，通过内置的均衡电路，保证所 有单体电池 SOC 的一致性。均衡用来降低或消除模块内单体之间的容量差异。 2.5. 能量管理系统 微电网能量管理系统是微电网控制系统的重要组成部分，它为微电网调度控 制中心提供数据管理、监视、控制和优化， 保障微电网的稳定高效运行。微电网 能量管理系统为微电网系统内部每个分布式能源控制器提供功率和电压设定点； 共 17 页/第 13 页 确保满足微电网系统中热负荷、电负荷需求； 确保微电网系统满足与主网系统间 的运行协议；尽可能使能源消耗与系统损耗最小；提供微电网系统故障情况下孤 共 17 页/第 13 页 岛运行与重合闸的逻辑与控制方法等。 微网储能系统中，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：1 台 500KW 储能变流器、电池管理系统（BMS）、环境监测设备、 消防系统、空调或门禁系统等均接入站级监控系统。 图 5 EMS 系统通讯拓扑 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、 web 服务器功 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。 共 17 页/第 14 页 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，所有的电 气量均采用交流采样，并保证高精度和高速度，对重要历史数据进行处理并存 入数据库。 采集 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、单节电池电压、单节电池温度、各节电池的均衡状态、 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。 采集 PCS 系统的相关参数，包括：直流侧的电压/电流/功率等、各个 PCS 的三相有功功率、无功功率、三相电压、三相电流、功率 因素、频率、IGBT 温度、RC 滤波器温度、运行状态、报警及故障信息等常用信息，以及日输入电 量、 日输出电量、累计输入电量、 累计输出电量等。 采集储能系统的各个状态量，包括主回路状态（开关、事故跳闸信号、保护 动作信号、异常信号）、消防报警、温度开发等信息并进行显示： 图 6 EMS 系统主页面效果图（仅作参考） 还可连续记录显示电气曲线、帮图、饼图： 共 17 页/第 15 页 图 7 系统充放电流曲线效果图 2.6. 安防、照明及散热系统 集装箱内部前后的顶部配置防潮防爆照明灯，保证维修要求。该照明灯可 以设置成与集装箱外门做成联动。集装箱壳体内部设有照明和动力配电箱， 用 于提供集装箱内部设备的所有供电，供电方式取自外部站用电供电方式，也可 取逆变器的输出电。集装箱内部配置应急照明灯，降低对维护人员造成的维护 风险。 电池室采用柜式七氟丙烷灭火器，保证 8s 内气体充满整个电池室，有效灭 火，同时配置声光告警系统和气体放电指示灯。 配电室考虑到机柜的保护相对比较完善，有完善的过热保护、短路保护等， 起火属于非常极限的工况，而且有烟雾传感器，一旦检测到告警信号，系统关机， 此处可采用干粉灭火器备用灭火。 集装箱内采用空调进行散热，空调的选用，需要考虑电池充放电时候的发 热量，集装箱箱体的传热量等，综合以上，40 尺集装箱内可采用 2*3kW 制冷 量的空调。PCS 散热采用风冷散热。 共 17 页/第 16 页 1 个 40 尺集装箱主要设备清单如下所示： 项目 型号 数量 备注 储能电池柜 1200*725*2300mm 12 控制柜 600*600*2300mm 1 汇流柜 600*600*2300mm 1 PCS 500kW （1600*800*2160mm） 1 集装箱 40 尺 1 照明系统 1 UPS 系统 1 空调系统 3kW 2 水浸报警 1 消防系统 七氟丙烷 1 能量管理系统 600*600*2160mm 1 共 17 页/第 17 页