【项目方案】光伏配500kW-1MWh集装箱式储能系统设计方案

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福建 xxxx 光伏电站 西 xxxx 有限责任公司 500kW/1MWh 集装箱式并网储能系统 设计方案 设 计 校 对 审 核 批 准 · 500kW/1MWh 集装箱式并网储能系统 设计方案 目 录 1 方案概述.............................................................................................................1 1.1 项目简介.............................................................................................................1 1.2 主要技术指标....................................................................................................1 1.3 术语定义............................................................................................................1 2 电池系统解决方案..............................................................................................2 2.1 电池系统拓扑设计............................................................................................2 2.1.1 单体电池参数.............................................................................................3 2.1.2 电池箱设计.................................................................................................3 2.1.3 电池机架设计.............................................................................................5 2.1.4 计算表.........................................................................................................5 2.2 BMS 系统设计................................................................................................6 2.3 PCS 系统设计..................................................................................................... 7 2.3.1 PCS 系统总体设计方案...............................................................................7 2.3.2 PCS 系统原理...............................................................................................8 2.3.3 PCS 监控...................................................................................................... 8 2.4 集装箱设计........................................................................................................9 2.4.1 集装箱的选型：.........................................................................................9 2.4.2 集装箱内的布置.........................................................................................9 3 主要配件清单...................................................................................................10 4 产品报价及服务................................................................................................10 4.1 产品报价及交货期..........................................................................................10 4.2 售后服务..........................................................................................................10 4.2.1 质保期内服务计划....................................................................................10 4.2.2 质保期外服务计划...................................................................................13 4.3 技术支持..........................................................................................................13 1 方案概述 1.1 项目简介 储能系统应用于福建省 xx 市“xxxx 光伏电站”项目，该工程总装机容量 100MW，其中一期装机容量 30MW，采用 110kV 升压站和输电线路对外送电。 项目计划总投资 15 亿元，达产后每年可产生 1 亿千瓦时的清洁能源，目前首批 5MW 机组已经投运。项目采用渔业养殖与光伏发电互补方式，可实现节约土地、 绿色环保和资源利用的循环经济模式，形成空中发电、水下养殖和旅游观光三 产融合的综合性示范项目，取得社会效益、环境效益和经济效益的多赢。 根据项目需要，计划装备 500kW 的储能系统，用以削峰填谷、平滑光伏系 统输出，增强系统调峰调频能力，提高系统利用率和稳定性。 1.2 主要技术指标 储能系统配置容量：1MWh； 储能系统最大功率：500kW； 储能系统电池类型：磷酸铁锂电池； 储能系统并网运行：AC380V/50Hz，500kW； 储能系统对外通信方式：Modbus 以太网； 结构形式：40 英尺集装箱（高柜）； 使用场合：漳州地区/户外，最高气温 36℃、最低气温-5℃，平均湿度 75%。 供货范围：磷酸铁锂电池、电池管理系统、与储能系统配套的一次和二次 电气系统、PCS、电池架及电池插箱、集装箱等。 1.3 术语定义 以下术语定义仅适用于本项目设计方案。 单体电池：由电极及电解质构成的磷酸铁锂电池基本单元。 电池组：本方案中 1 个电池组由 4 并 16 串单体电池组成。 电池簇：由 14 个电池组串联而成。 电池堆：由 4 个电池簇并联而成。 BMS（电池管理系统）：监测、评估及保护电池运行状态的电子设备集合。 PCS：储能装置与电网进行能量交换的关键设备，实现对储能组件的充电 和放电的控制与管理。在微网能量管理系统的控制下，能够实现“削峰填谷”和 “快速二次调频”。与能量管理系统配合时，能够平抑间歇式能源（风电、光 伏）的波动性，平滑系统输出；电网需要时，可作为无功发生装置提供就地的 无功功率支撑；孤网运行时，能够为网内负荷及其他分布式电源提供稳定的电 1 压和频率。 2 电池系统解决方案 2.1 电池系统拓扑设计 系统总能量 1MWh（不包含冗余量），配置一台 500KW PCS，PCS 分为 4 个标准功率模块，每个功率模块独立接入一个电池簇。 电池单体采用 CA100 磷酸铁锂电池，4 并 4 串组成一个电池箱， 4 并 16 串 为一个电池组（4 个电池箱串联），配置一个电池组管理单元，用于对该电池 组的电压、温度信息采集、上传。整个电池系统由 4 个电池簇构成，每个电池 簇由 14 个电池组，56 个插箱串联组成，配置一个电池簇管理单元，用于对该路 电池簇各 BMS 模块进行监控、控制，4 个电池簇配备一个电池阵列管理单元， 对整个 BMS 系统的数据处理、监测控制，同时和 PCS 系统实现通信。 500kW/1MWh 储能单元拓扑结构如图所示： 2 图 1 500kW/1MWh 电池储能系统设计图 2.1.1 单体电池参数 CA100 磷酸铁锂电池主要参数如表 1 所示，电池的外形尺寸如图 2 所示。 表 1 电池技术参数 序号 项目 参数说明 备注 1 标称容量 100Ah@ 0.3C 放电 2 最小容量 100Ah@ 0.3C 放电 3 标称电压 3.2 V 4 内阻 ≤0.6mΩ 5 充电（恒流恒压 CC-CV） 最大充电电流 1C 充电上限电压 3.65V 6 放电 最大放电电流 1C 3 序号 项目 参数说明 备注 放电终止电压 2.5V 7 推荐 SOC 使用窗口 SOC ：10%-90% 8 工作温度 充电 -10℃～45℃ 放电 -20℃～50℃ 9 贮存温度 短期（1 个月内） -20℃～45℃ 长期（1 年内） -20℃～25℃ 10 储存湿度 ＜70 RH ﹪ 11 电池重量 约 3.3kg 12 壳体材料 塑料壳 13 使用寿命 3000 次 图 2 电池外形及尺寸图 2.1.2 电池箱设计 每个电池插箱主要由 CA100 电池、导电条、正负极引出接线端、采集线束、 电池箱等组成。每个电池插箱内部排布 4 并 4 串 16 支 CA100 锂离子电池电池组 的主正和主负、通讯线通过动力插头进行电池箱间连接引出，保证单元的功能 完整、性能可靠、外形美观。电池箱体见图 3 所示。 电池插箱尺寸（参考）：720mm（长）×390mm（宽）×230mm（高）。 4 图 3 电池插箱结构尺寸示意图 图 4 电池插箱尺寸图 2.1.3 电池机架设计 储能电池机架用于存放电池箱、规范电线电缆排布、保护设备等。采用矩 阵式机架设计，使储能电池系统美观可靠。电池机架的整体结构在设计时最大 程度地满足可靠性、安全性。电池机架的散热要求及操作维修的方便性，结构 5 采用先进的免维护技术，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。单个电池簇的电池机架效果图见图 6，箱体连接示意图见图 7。 储能系统机架尺寸（参考）：4500mm（宽）×2360mm（高）×870mm（深）。 图 6 单个电池簇电池机架效果图 图 7 单个电池簇电池箱连接图 2.1.4 计算表 基于以上各项分析设计，储能系统计算如下表： 表 2 计算表 项目 单体 电池组 电池串 电池堆 单体电池数目 1 48 896 3584 标称电压(V) 3.2 51.2 716.8 716.8 容量(Ah) 95 380 380 1520 6 额定能(kWh) 0.304 19.45 272 1.08MWh 储能系统配置总能量 1.08MWh，额定功率 1100KW；能够满足，容量 和功率的需求。建议充电运行时间控制在 1.6h 以内，以保证放电深度控制 在 80%DOD 以内。方案的放电深度及放电倍率设计可以有效保证系统在使 用寿命内的能量要求，同时有利于延长电池系统寿命。 2.2 BMS 系统设计 BMS 分三层控制架构设计，包括电池组管理单元、电池簇管理单元、以及 由多个电池串并联的电池阵列管理单元。 电池组管理（BMU）：由电池组管理单元（BMU）组成。电池组管理单元 实现电池单体电压和温度的采集、电池模块电压采集、电池单体间电量的双向 高效主动均衡。所有电池状态信息通过高速 CAN 总线传输至电池簇管理单元。 本项目 4 个电池簇共 56 个 BMU，每个电池簇 14 个电池组。 电池簇管理（BCMS）：包括电池簇管理单元、电流采集模块和绝缘检测 模块。电池簇管理单元测量电池串电压、电池串的充放电电流、电池串的高压 绝缘电阻。电池簇管理单元将电池组管理单元的采集数据汇总，可进行电池串 容量估计、电池串剩余电量（SOC）估计、电池串故障诊断、均衡控制策略、 安全控制策略等。电池簇管理单元通过 LAN 网络与电池阵列管理单元通讯，上 传电池状态及电池报警等信息。 本项目 4 个电池簇共 4 个 BCMS，每个电池簇 1 个。 电池阵列管理（BAMS）：由电池阵列管理单元组成。具备完善的事件记 录及历史数据存储，具备全电池系统故障诊断功能。电池阵列管理单元通过以 太网接口下行与电池簇管理单元连接，通过以太网口上行与监控系统连接。支 持多种通讯协议，包括 IEC61850，Modbus－TCP，Modbus 串口，IEC60870-5- 101，IEC60870-5-104，同时支持 B 码对时功能。电池阵列管理单元可通过 CAN 及 485 通讯接口与 PCS 连接，传送 PCS 所需的电池系统信息，也可作为储 能系统主控制器控制 PCS 充放电及运行模式。电池阵列管理可实现相关电池系 统统计与管理的功能，包括电池系统充放电电量，电池系统运行参数的设定及 系统配置，电池阵列管理单元具备权限管理和远程登录的功能。 本项目 4 个电池簇共 1 个 BAMS。 BMS 基本单元为电池组管理单元 BMU，管理 16 串串联电池。本方案将 BMU 连接管理四个插箱的电池，按照线束最短化设计安装在柜体后部四个插箱 7 中间。线束采用集成标准化分段设计，便于安装和拆除。机柜采用前后开门形 式，将强弱电走线分开，保证系统抗干扰性和安全性，同时方便 BMS 的维护操 作。 电池管理系统包含在电池单元中，对 PCS 直流侧对应的电池进行监控的同 时可与远程终端通信，实现 PCS 的协调工作。 本系统主要功能列表如下： 1）电池模拟量高精度监测及上报功能 2）电池单元运行报警、报警本地显示及上报功能 3）电池单元保护功能 4）自诊断功能 5）均衡功能 6）运行参数设定功能 7）本地运行状态显示功能 8）事件及历史数据记录功能 9）电池串接入/退出运行功能 2.3 PCS 系统设计 2.3.1 PCS 系统总体设计方案 PCS 能量变换系统结构如图 8 所示： 图 8 PCS 系统拓扑结构图 2.3.2 PCS 系统原理 为便于实现大规模电池组的分散接入，并从根本上解决环路电流、支路不 均流等问题，本方案 PCS 采用模块化设计。500kW PCS 分为 4 个标准功率模块， 在直流侧为独立支路，实现了各直流支路的隔离。每个标准功率模块的直流侧 单独接入 1 个电池簇，所有功率模块的交流侧通过升压变压器（315V/400V） 8 接入电网。PCS 拓扑结构图如下所示： 图 9 PCS 系统拓扑结构图 2.3.3 PCS 监控 PCS 具备就地控制与远方控制两种运行模式，具体模式可由相应压板投退。 PCS 运行于就地控制模式时，可通过就地平板电脑对装置进行操作，进行 启停控制、模式切换、修改参数、定值设定等功能。 PCS 支持以太网、RS485 的通信方式，支持双网运行模式，支持 MODBUS 通信规约，可与系统内其它设备进行通信，可上送遥测、遥信量，可接收遥控、 遥调命令。 远程监控需要配置远程终端，本方案没有配置远程终端，预留有接口。 2.4 集装箱设计 2.4.1 集装箱的选型： 根据项目要求，同时兼顾安装及维修的需要，选用 40'HC 干货集装箱（外 尺寸为 12,192×2,438×2,896；内尺寸为 12,032×2,352×2,690）。 9 图 10 集装箱外观效果图（供参考） 2.4.2 集装箱内的布置 将电池架、监控系统柜、PCS 柜等分别置于箱体两侧，箱体中间留检修通 道；在集装箱的相应位置布置消防、安防、照明及温控等系统，具体见图 11 所 示。 图 11 集装箱内部俯视效果图 3 主要配件清单 序号 类别 名称 规格和型号 单 位 数量 备注 1 磷酸铁锂 电池 电池 CA100 支 3584 2 电池箱及 电池架 电池箱 436mm×532mm×316mm 个 224 10 3 电池架 矩阵式电池架，包含电气 元器件安装 套 1 所有电池箱安 装，走线 4 电池管理 系统 BMS 1 主 14 从，从控管理 16 串 套 4 包含工控机 5 电气系统 高压回路 包含断路器、熔断器、接 触器等 套 4 包含一次回路 和二次回路 6 500kW PCS 4*125kW，防环流 套 1 7 配电箱 BMS、空调、照明、消防 配电，工控机显示屏 套 1 8 集装箱 40 英尺储能集 装箱（高柜） 包括消防、空调、照明等 套 1 4 产品报价及服务 4.1 产品报价及交货期 本方案所属产品参考报价为 335 万元，此报价含 17%增值税，不含 运费。受原材料价格波动等影响，价格有效期一个月，具体价格将以合 同签订金额为准。 产品交货期为合同签订后 30 个工作日内，因国家规定的不可抗拒力造成工 期延误的时间不作为工期计算。 4.2 售后服务 我公司本着“制造精品、服务社会”的品牌形象，以及“服务客户满意、 创造客户价值”的服务理念，潜心开发、研制高性能电容器、互感器、电 抗器、无功补偿系统、电源及电力储能系统等产品，并为客户提供完善 的成套系统解决方案、提供优质的售后服务。