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1、储能电站系统技术方案2021 年 11 月目录1. 概述 32. 设计标准 43. 储能电站配合光伏并网发电应用详细方案 53.1 系统架构 53.2 光伏发电子系统 63.3 储能子系统 63.4 并网控制子系统 153.5 储能电站联合控制调度子系统 17194. 储能电站系统整体开展前景1. 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 Herne 1MW 的光伏 电站和 Bocholt 2MW 的风电场分别配置了容量为 1
2、.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 年开场， 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。 2021 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、提高电能质量、孤网运行、削峰填谷 等 几大功能应用。比方：削峰填谷，改善电网运行曲线，通俗一点解释
3、，储能电站 就像一个储电银行， 可以把用电低谷期充裕的电储存起来， 在用电顶峰的时候再 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那么 主要表达在：科学平安，建立周期短；绿色环保，促进环境友好；集约用地，减 少资源消耗等方面箱电配电用电发电廿苟平看朝嵌潢配电堂电曲*肄补螺f9彊瓷电耳山林棒3蛉出血得比崔电竝功車补樹+按嬴穩定怜2. 设计标准GB 21966-2021锂原电池和蓄电池在运输中的平安要求GJB 4477-2002锂离子蓄电池组通用标准QC/T 743-2006电动汽车用锂离子
4、蓄电池GB/T 12325-2021电能质量供电电压偏差GB/T 12326-2021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 15543-2021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GB/T 18479-2001地面用光伏PV发电系统概述和导那么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 平安标志neq ISO 3864 : 1984GB 16179平安标志使用导那么GB/T 17883 0.2S 和0.5S级静止式交流有功电度表DL/T 44
5、8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 一一导那么IEC 61000430电磁兼容第4-30局部试验和测量技术一一电能质量IEC 60364-7-712 建筑物电气装置第 7-712局部：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应用详细方案 3.1系统架构在本方案中，储能电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
6、发电系统。系统架构图如下:KS4N5井网 逆变器扶捉电i也俎制罂 需护监控主机 I 尸电网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展供电；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 展切换和调节： 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
7、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，以备供电缺乏时使用。3.2 光伏发电子系统略。3.3 储能子系统目前可以应用于储能电站的可选蓄电池主要有： 铅酸蓄电池， 锂电池， 钠硫 电池，全钒液流电池等等。3.3.1 储能电池组(1) 电池选型原那么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
8、知电池容量和性能的 情况下实现对电站负荷的调度控制；? 高平安性、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 电站平安运行的故障；? 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) 主要电池类型比拟? 阀控式铅酸蓄电池阀控式铅酸蓄电池已有 100 多年的使用历史，非常成熟。以其材料普遍、 价格低廉、性能稳
9、定、平安可靠而得到非常广泛的应用，在已有的储能电站中， 铅酸电池依旧被采用。 但铅酸电池也有致命的缺点， 主要就是循环寿命很低， 在 100%放电深度 DOD 下，一般为 300 600 次。其次比能量也较小，需要占 用更多的空间，充放电倍率也较低，再者，在电池制造、使用和回收过程中，铅 金属对环境的污染不可无视。? 全钒液流电池全钒液流电池是一种新型的储能电池， 其功率取决于电池单体的面积、 电堆的层数和电堆的串并联数 , 而储能容量取决于电解液容积，两者可独立设计，比拟灵活，适于大容量储能，几乎无自放电，循环寿命长。全钒液流电池目前本钱 非常昂贵，尤其是高功率应用。只有推进产业化，才能大幅
10、度降低本钱，另外还 要提高全钒液流电池的转换效率和稳定性。? 钠硫电池钠硫电池作为新型化学电源家族中的一个新成员出现后， 已在世界上许多国 家受到极大的重视和开展。钠硫电池比能量高，效率高，几乎无自放电，可高功 率放电，也可深度放电， 是适合功率型应用和能量型应用的电池。 但是钠硫储能 电池不能过充与过放， 需要严格控制电池的充放电状态。 钠硫电池中的陶瓷隔膜 比拟脆， 在电池受外力冲击或者机械应力时容易损坏， 从而影响电池的寿命， 容 易发生平安事故。 还存在环境影响与废电池处置问题。 目前世界范围内仅有日本 NGK 产品已经成功，国内已有上海硅酸盐研究所研制成功的报道。由于日方原 因，中国
11、引进 NGK 钠硫电池系统一直没有成功。目前应用难度较大。? 磷酸铁锂电池对于锂电池， 目前可应用于电力用途的只有磷酸铁锂电池， 所以，在此我们 所涉及的锂电池仅针对于磷酸铁锂电池。 锂离子电池单体输出电压高， 工作温度 范围宽，比能量高，效率高，自放电率低，在电动汽车和静态储能应用中的研究 也得到了开展。初始投资高是影响锂离子电池在静态储能广泛应用的重要因素之 一；深度放电将直接降低电池的使用寿命， 限制了锂电池在充电源随机性较大的 场合的应用； 采用过充保护电路或均衡电路， 可提高平安性和寿命。 目前磷酸铁锂电池由于本钱低、平安可靠和高倍率放电性能受到关注。表1、几种电池性能比拟钠硫电池全
12、钒液流电池磷酸铁锂电池阀控铅酸电池现有应用规模等级100kW34MW5kW6MWkWMWkWMW比拟适合大规模削峰填谷、大规模削峰填可选择功率型或能量大规模削峰填谷、的应用场平抑可再生能源谷、平抑可再生型，适用范围广泛平抑可再生能源发合发电波动能源发电波动电波动平安性不可过充电；钠、平安需要单体监控，平安性平安性可承受，但硫的渗漏，存在潜能已有较大突破废旧铅酸蓄电池严在平安隐患重污染土壤和水源能量密度100-700 Wh/kg-120-150Wh/kg30-50 Wh/kg倍率特性5-10C1.5C5-15C0.1-1C转换效率95%70%95%80%寿命2500 次15000 次2000 次
13、300 次本钱23000 元 /kWh15000 元 /kWh3000 元/kWh700 元/kWh资源和环资源丰富；存在一资源丰富资源丰富；环境友好资源丰富；存在一保定的环境风险定的环境风险MW级系150-200 平米800-1500 平米100-150 平米 /MW(h)150-200 平米 MW统占地/MW/MW关注点平安、一致性、本可靠性、成熟一致性一致性、寿命钱性、本钱(3) 建议方案从初始投资本钱来看， 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，供给渠道受限，较昂贵。从运营和维护本钱来看，钠硫需要持 续供热，全钒液流电池需要泵进展流体控制， 增加了运营本钱，
14、 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 (BMS)1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一样， 或能量的不一 样。这种情况会导致局部过充，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 BMS 的具体功能根本保护功能? 单体电池电压均衡功能此功能是为了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，防止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
