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1、 光伏储能系统总体技术方案 2011-12-20 目录 1.概述.3 2.设计标准4 3.储能电站(配合光伏并网发电)方案.6 3.1 系统架构 6 3.2 光伏发电子系统 7 3.3 储能子系统 7 3.3.1 储能电池组 .8 3.3.2 电池管理系统(BMS).9 3.4 并网控制子系统 12 3.5 储能电站联合控制调度子系统14 4.储能电站(系统)整体发展前景 16 1.概述概述 大容量电池储能系统在电力系统中的应用已有 20 多年的历史,早期主要用 于孤立电网的调频、热备用、调压和备份等。电池储能系统在新能源并网中的应 用,国外也已开展了一定的研究。上世纪 90 年代末德国在 H
2、erne 1MW 的光伏 电站和 Bocholt 2MW 的风电场分别配置了容量为 1.2MWh 的电池储能系统, 提供削峰、 不中断供电和改善电能质量功能。 从 2003 年开始, 日本在 Hokkaido 30.6MW 风电场安装了 6MW /6MWh 的全钒液流电池(VRB)储能系统,用于 平抑输出功率波动。2009 年英国 EDF 电网将 600kW/200kWh 锂离子电池储能 系统配置在东部一个 11KV 配电网 STATCOM 中,用于潮流和电压控制,有功 和无功控制。 总体来说,储能电站(系统)在电网中的应用目的主要考虑“负荷调节、配 合新能源接入、弥补线损、功率补偿、提高电能
3、质量、孤网运行、削峰填谷 负荷调节、配 合新能源接入、弥补线损、功率补偿、提高电能质量、孤网运行、削峰填谷” 等几大功能应用。比如:削峰填谷,改善电网运行曲线,通俗一点解释,储能电 站就像一个储电银行,可以把用电低谷期富余的电储存起来,在用电高峰的时候 再拿出来用,这样就减少了电能的浪费;此外储能电站还能减少线损,增加线路 和设备使用寿命;优化系统电源布局,改善电能质量。而储能电站的绿色优势则 主要体现在:科学安全,建设周期短;绿色环保,促进环境友好;集约用地,减 少资源消耗等方面。 2.设计标准设计标准 GB 21966-2008 锂原电池和蓄电池在运输中的安全要求 GJB 4477-200
4、2 锂离子蓄电池组通用规范 QC/T 743-2006 电动汽车用锂离子蓄电池 GB/T 12325-2008 电能质量供电电压偏差 GB/T 12326-2008 电能质量电压波动和闪变 GB/T 14549-1993 电能质量公用电网谐波 GB/T 15543-2008 电能质量三相电压不平衡 GB/T 2297-1989 太阳光伏能源系统术语 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
5、 第 27 部分:产品安全要求 DL/T 478-2001 静态继电保护及安全自动装置通用技术条件 GB/T 191-2008 包装储运图示标志 GB/T 2423.1-2008 电工电子产品环境试验 第 2 部分:试验方法 试验 A:低温 GB/T 2423.2-2008 电工电子产品环境试验 第 2 部分:试验方法 试验 B:高温 GB/T 2423.3-2006 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 2423.8-1995 电工电子产品环境试验 第 2 部分:试验方法 试验 Ed:自由跌落 GB/T 2423.10-2008 电工电子产品环境
6、试验 第 2 部分 : 试验方法 试 验 Fc:振动(正弦) GB 4208-2008 外壳防护等级(IP 代码) 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 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
7、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 光伏系统(PVES)用二次电池和蓄电池组 一般要 求和试验方法 Q/GDW 564-2010 储能系统接入配电网技术规定 QC/T 743-2006 电动汽车用锂离子蓄电池 GB/T 18479-2001 地面用光伏(PV)发电系统概述和导则 GB/T 19939-2005 光伏系统并网技术要求 GB/T 20046-2006 光伏(PV)系统电网接口特性 GB 2894 安全标志(neq ISO 3864:1984) GB 16179 安全标志使用导则 G
8、B/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 SJ/T 11127 光伏(PV)发电系统过电压保护导则 IEC 61000-4-30 电磁兼容第 4-30 部分试验和测量技术电能质量 IEC 60364-7-712 建筑物电气装置第 7-712 部分: 特殊装置或场所的要求 太阳光伏(PV)发电系统 3.储能电站(配合光伏并网发电)方案储能电站(配合光伏并网发电)方案 3.1 系统架构系统架构 在本方案中,储能电
9、站(系统)主要配合光伏并网发电应用,因此,整个系 统是包括光伏组件阵列、光伏控制器、电池组、电池管理系统(BMS) 、逆变器 以及相应的储能电站联合控制调度系统等在内的发电系统。系统架构图如下: 储能电站(配合光伏并网发电应用)架构图 储能电站(配合光伏并网发电应用)架构图 1、光伏组件阵列利用太阳能电池板的光伏效应将光能转换为电能,然后对 锂电池组充电,通过逆变器将直流电转换为交流电对负载进行供电; 2、智能控制器根据日照强度及负载的变化,不断对蓄电池组的工作状态进 行切换和调节:一方面把调整后的电能直接送往直流或交流负载。另一方面把多 余的电能送往蓄电池组存储。发电量不能满足负载需要时,控
10、制器把蓄电池的电 能送往负载,保证了整个系统工作的连续性和稳定性; 4、 并网逆变系统由几台逆变器组成, 把蓄电池中的直流电变成标准的 380V 市电接入用户侧低压电网或经升压变压器送入高压电网。 5、锂电池组在系统中同时起到能量调节和平衡负载两大作用。它将光伏发 电系统输出的电能转化为化学能储存起来,以备供电不足时使用。 3.2 光伏发电子系统光伏发电子系统 略。 3.3 储能子系统储能子系统 3.3.1 储能电池组储能电池组 (1)电池选型原则电池选型原则 作为配合光伏发电接入,实现削峰填谷、负荷补偿,提高电能质量应用的储 能电站,储能电池是非常重要的一个部件,必须满足以下要求: 容易实现
11、多方式组合,满足较高的工作电压和较大工作电流; 电池容量和性能的可检测和可诊断,使控制系统可在预知电池容量和性能的 情况下实现对电站负荷的调度控制; 高安全性、可靠性:在正常使用情况下,电池正常使用寿命不低于 15 年; 在极限情况下,即使发生故障也在受控范围,不应该发生爆炸、燃烧等危及 电站安全运行的故障; 具有良好的快速响应和大倍率充放电能力,一般要求 5-10 倍的充放电能力; 较高的充放电转换效率; 易于安装和维护; 具有较好的环境适应性,较宽的工作温度范围; 符合环境保护的要求,在电池生产、使用、回收过程中不产生对环境的破坏 和污染; (2) 主要电池类型比较主要电池类型比较 表 1
12、、几种电池性能比较 钠硫电池钠硫电池 全钒液流电池全钒液流电池 磷酸铁锂电池磷酸铁锂电池 阀控铅酸电池阀控铅酸电池 现有应用 规模等级 100kW34MW 5kW6MW kWMW kWMW 比较适合 的应用场 合 大规模削峰填谷、 平抑可再生能源 发电波动 大规模削峰填 谷、平抑可再生 能源发电波动 可选择功率型或 能量型, 适用范围 广泛 大规模削峰填谷、 平抑可再生能源发 电波动 安全性 不可过充电;钠、 硫的渗漏, 存在潜 在安全隐患 安全 需要单体监控, 安 全性能已有较大 突破 安全性可接受,但 废旧铅酸蓄电池严 重污染土壤和水源 能量密度 100-700 Wh/kg - 120-1
13、50Wh/kg 30-50 Wh/kg 倍率特性 5-10C 1.5C 5-15C 0.1-1C 转换效率 95% 70% 95% 80% 寿命 2500 次 15000 次 2000 次 300 次 成本 23000 元/kWh 15000 元/kWh 3000 元/kWh 700 元/kWh 资源和环 保 资源丰富; 存在一 定的环境风险 资源丰富 资源丰富; 环境友 好 资源丰富;存在一 定的环境风险 MW 级系 统占地 150-200 平米 /MW 800-1500 平米 /MW 100-150 平米 /MW(h) 150-200 平米 MW 关注点 安全、一致性、成 本 可靠性、 成
14、熟性、 成本 一致性 一致性、寿命 (3)建议方案建议方案 从初始投资成本来看,锂离子电池有较强的竞争力,钠硫电池和全钒液流电 池未形成产业化,供应渠道受限,较昂贵。从运营和维护成本来看,钠硫需要持 续供热,全钒液流电池需要泵进行流体控制,增加了运营成本,而锂电池几乎不 需要维护。根据国内外储能电站应用现状和电池特点,建议储能电站电池选型主 要为磷酸铁锂电池。 3.3.2 电池管理系统电池管理系统(BMS) (1)电池管理系统的要求)电池管理系统的要求 在储能电站中,储能电池往往由几十串甚至几百串以上的电池组构成。由于 电池在生产过程和使用过程中,会造成电池内阻、电压、容量等参数的不一致。 这
15、种差异表现为电池组充满或放完时串联电芯之间的电压不相同, 或能量的不相 同。这种情况会导致部分过充,而在放电过程中电压过低的电芯有可能被过放, 从而使电池组的离散性明显增加,使用时更容易发生过充和过放现象,整体容量 急剧下降,整个电池组表现出来的容量为电池组中性能最差的电池芯的容量,最 终导致电池组提前失效。 因此,对于磷酸铁锂电池电池组而言,均衡保护电路是必须的。当然,锂电 池的电池管理系统不仅仅是电池的均衡保护, 还有更多的要求以保证锂电池储能 系统稳定可靠的运行。 (2)电池管理系统)电池管理系统 BMS 的具体功能的具体功能 基本保护功能基本保护功能 单体电池电压均衡功能 此功能是为了
16、修正串联电池组中由于电池单体自身工艺差异引起的电压、 或 能量的离散性, 避免个别单体电池因过充或过放而导致电池性能变差甚至损坏情 况的发生,使得所有个体电池电压差异都在一定的合理范围内。要求各节电池之 间误差小于30mv。 电池组保护功能 单体电池过压、欠压、过温报警,电池组过充、过放、过流报警保护,切断 等。 数据采集功能数据采集功能 采集的数据主要有:单体电池电压、单体电池温度(实际为每个电池模组的 温度) 、组端电压、充放电电流,计算得到蓄电池内阻。 通讯接口:采用数字化通讯协议 IEC61850。在储能电站系统中,需要和调 度监控系统进行通讯,上送数据和执行指令。 诊断功能诊断功能 BMS 应具有电池性能的分析诊断功能,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