【项目方案】园区工商业配储项目0.5MW-1MWh储能系统技术方案

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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 2.5~3.65V，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 40%SOC，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 27%SOC 12 月自放电 ≤3.5% 25±2℃，40%SOC，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 ≥6000cls@80%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 9~32V 2 单体电压采集范围 1.5~4.5V 3 单体电压采集精度 ≤±0.1%FS+0.1%RD 4 电流采集范围 ≤500A 5 电流采集精度 ≤±0.5%FS+0.5%RD 6 温度采集误差 ≤±1℃（@-25~65℃） 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 <10s 8 系统供电 220VAC/50HZ 9 后备电源 具备 10 消防输出信号 24V 11 工作环境温度 -60℃～50℃ 12 存储环境温度 -60℃～50℃ 3、在线监测系统 3.1.解决方案 电池舱的封闭区间设置温感、烟感探测装置及 H2 和 CO 可燃气体探测装置， 通过设置在电池预制舱的探测器，火灾报警及灭火系统能实现对预制舱不间断的 火情监测；当探测器检测到有火情时，通过系统总线，自动向火灾报警控制器报 警。火灾报警控制器在接收到报警后，经过信息处理，在报警控制器的液晶显示 屏上以汉字方式，显示出火灾的部位，同时根据火情发生的部位，经确认及延时 后，可自动或手动对该部位及相关部位的防火排烟设备、灭火设备进行相应控制， 实施灭火及火灾隔断等措施。 3.2.安装方案 3.2.1 装置介绍 监测装置由监测主机、温感探测器、烟感探测器及 H2 和 CO 可燃气体探测 装置组成，如图 2-1 所示。 图 2-1 装置外观图 电池储能系统技术方案 17 可燃气体探测装置与监测主机连接，布置在储能集装箱的各区域，以主动采 样的方式，将采样气体吸入到监测主机内进行光学分析探测，从而得出纳米微粒 子的浓度，实现储能集装箱内全方位的纳米微粒子在线监测；可燃气体探测装置 通过点式扩散的方式对多种特征气体进行监测，可燃气体探测装置通过信号线与 监测主机连接，将数据传输至监测主机，结合纳米微粒子分析判断，提高整体的 预警准确性。 监测主机满足通信及联控要求，可通过无线/光纤/以太网等通讯方式，将监 测数据发送至后台系统的服务器进行展示；同时，监测主机满足联动控制的要求， 在系统有告警时可分别联动排风系统及消防报警主机。 3.2.2 布局方式 针对储能集装箱的设计结构和预留空间，本方案的安装与布置不会影响集装 箱的原有设计，如图 2-2 所示