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GB/T14598.27-2020量度继电器和保护装置第27部分:
产品安全要求
DL/T478-2001静态继电保护及安全自动装置通用技术条件
GB/T191-2020包装储运图示标志
GB/T2423.1-2020电工电子产品环境试验第2部分:
试验方法试验A:
低温
GB/T2423.2-2020电工电子产品环境试验第2部分:
试验方法试验B:
高温
GB/T2423.3-2006电工电子产品环境实验第2部份:
实验方式实验Cab:
恒定湿热实验
GB/T2423.8-1995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/T2423.10-2020电工电子产品环境实验第2部份:
实验方式实验Fc:
振动(正弦)
GB4208-2020外壳防护等级(IP代码)
GB/T17626-2006电磁兼容试验和测量技术
GB14048.1-2006低压开关设备和操纵设备第1部份:
总那么
GB7947-2006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
GB8702-88电磁辐射防护规定
DL/T5429-2020电力系统设计技术规程
DL/T5136-2001火力发电厂、变电所二次接线设计技术规程
DL/T620-1997交流电气装置的过电压保护和绝缘配合
DL/T621-1997交流电气装置的接地
GB50217-2007电力工程电缆设计规范
蓄电池名词术语
IEC61427-2005光伏系统(PVES)用二次电池和蓄电池组一样要求和实验方式
Q/GDW564-2020储能系统接入配电网技术规定
QC/T743-2006《电动汽车用锂离子蓄电池》
GB/T18479-2001地面用光伏(PV)发电系统概述和导那么
GB/T19939-2005光伏系统并网技术要求
GB/T20046-2006光伏(PV)系统电网接口特性
GB2894平安标志(neqISO3864:
1984)
GB16179平安标志利用导那么
GB/T178830.2S和0.5S级静止式交流有功电度表
DL/T448能计量装置技术治理规定
DL/T614多功能电能表
DL/T645多功能电能表通信协议
DL/T5202电能量计量系统设计技术规程
SJ/T11127光伏(PV)发电系统过电压爱惜——导那么
IEC61000-4-30电磁兼容第4-30部份实验和测量技术——电能质量
IEC60364-7-712建筑物电气装置第7-712部份:
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
3.1系统架构
在本方案中,储能电站(系统)要紧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、光伏操纵器、电池组、电池治理系统(BMS)、逆变器和相应的储能电站联合操纵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
一、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、智能操纵器依照日照强度及负载的转变,不断对蓄电池组的工作状态进行切换和调剂:
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。
发电量不能知足负载需要时,操纵器把蓄电池的电能送往负载,保证了整个系统工作的持续性和稳固性;
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。
五、锂电池组在系统中同时起到能量调剂和平稳负载两大作用。
它将光伏发电系统输出的电能转化为化学能贮存起来,以备供电不足时利用。
3.2光伏发电子系统
略。
3.3储能子系统
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,储能电池是超级重要的一个部件,必需知足以下要求:
Ø
容易实现多方式组合,知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,使操纵系统可在预知电池容量和性能的情形下实现对电站负荷的调度操纵;
高平安性、靠得住性:
在正常利用情形下,电池正常利用寿命不低于15年;
在极限情形下,即便发生故障也在受控范围,不该该发生爆炸、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,一样要求5-10倍的充放电能力;
较高的充放电转换效率;
易于安装和保护;
具有较好的环境适应性,较宽的工作温度范围;
符合环境爱惜的要求,在电池生产、利用、回收进程中不产生对环境的破坏和污染;
(2)要紧电池类型比较
表1、几种电池性能比较
钠硫电池
全钒液流电池
磷酸铁锂电池
阀控铅酸电池
现有应用规模等级
100kW~34MW
5kW~6MW
kW~MW
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
可选择功率型或能量型,适用范围广泛
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
100-700Wh/kg
-
120-150Wh/kg
30-50Wh/kg
倍率特性
5-10C
1.5C
5-15C
0.1-1C
转换效率
>
95%
70%
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
环境友好
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、成熟性、成本
一致性
一致性、寿命
(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。
从运营和保护本钱来看,钠硫需要持续供热,全钒液流电池需要泵进行流体操纵,增加了运营本钱,而锂电池几乎不需要保护。
依照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要紧为磷酸铁锂电池。
3.3.2电池治理系统(BMS)
(1)电池治理系统的要求
在储能电站中,储能电池往往由几十串乃至几百串以上的电池组组成。
由于电池在生产进程和
利用进程中,会造成电池内阻、电压、容量等参数的不一致。
这种不同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。
这种情形会致使部份过充,而在放电进程中电压太低的电芯有可能被过放,从而使电池组的离散性明显增加,利历时更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,最终致使电池组提早失效。
因此,关于磷酸铁锂电池电池组而言,均衡爱惜电路是必需的。
固然,锂电池的电池治理系统不单单是电池的均衡爱惜,还有更多的要求以保证锂电池储能系统稳固靠得住的运行。
(2)电池治理系统BMS的具体功能
⏹大体爱惜功能
✓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不同引发的电压、或能量的离散性,幸免个别单体电池因过充或过放而致使电池性能变差乃至损坏情形的发生,使得所有个体电池电压不同都在必然的合理范围内。
要求各节电池之间误差小于±
30mv。
✓电池组爱惜功能
单体电池过压、欠压、过温报警,电池组过充、过放、过流报警爱惜,切断等。
⏹数据搜集功能
搜集的数据要紧有:
单体电池电压、单体电池温度(实际为每一个电池模组的温度)、组端电压、充放电电流,计算取得蓄电池内阻。
通信接口:
采纳数字化通信协议IEC61850。
在储能电站系统中,需要和调度监控系统进行通信,上送数据和执行指令。
⏹诊断功能
BMS应具有电池性能的分析诊断功能,能依如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、计算取得的电池内阻等参数,通过度析诊断模型,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,和在放电时当前状态下可持续放电时刻的估算。
依照电动汽车相关标准的要求《锂离子蓄电池总成通用要求》(目前储能电站无相关标准),对剩余容量(SOC)的诊断精度为5%,对健康状态(SOH)的诊断精度为8%。
⏹热治理
锂电池模块在充电进程中,将产生大量的热能,使整个电池模块的温度上升,因此,BMS应具有热治理的功能。
⏹故障诊断和容错
假设遇异样,BMS应给出故障诊断告警信号,通过监控网络发送给上层操纵系统。
对储能电池组每串电池进行实时监控,通过电压、电流等参数的监测分析,计算内阻及电压的转变率,和参考相对温升等综合方法,即时检查电池组中是不是有某些已坏不能再用的或可能专门快会坏的电池,判定故障电池及定位,给出告警信号,并对这些电池采取适当处置方法。
当故障积存到必然程度,而可能显现或开始显现恶性事故时,给出重要告警信号输出、并切断充放电回路母线或支路电池堆,从而幸免恶性事故发生。
采纳储能电池的容错技术,如电池旁路或能量转移等技术,当某一单体电池发生故障时,以幸免对整组电池运行产生阻碍。
治理系统对系统自身软硬件具有自检功能,即便器件损坏,也可不能阻碍电池平安。
确保可不能因治理系统故障致使储能系统发生故障,乃至致使电池损坏或发生恶性事故。
建议方案
⏹均衡爱惜技术
建议能量转移法(储能均衡)。
⏹其它爱惜技术
关于电池的过压、欠压、过流等故障情形,采取了切断回路的方式进行爱惜。
对刹时的短路的过流状态,过流爱惜的延不时刻一样至少要几百微秒至毫秒,而短路爱惜的延不时刻是微秒级的,几乎是短路的刹时就切断了回路,能够幸免短路对电池带来的庞大损伤。
在母线回路中一样采纳快速熔断器,在各个电池模块中,采纳高速功率电子器件实现快速切断。
⏹蓄电池在线容量评估SOC
在测量动态内阻和真值电压等基础上,利用充电特性与放电特性的对应关系,采纳多种模式分段处置方法,成立数学分析诊断模型,来测量剩余电量SOC。
分析锂电池的放电特性,基于积分法采纳动态更新电池电量的方式,考虑电池自放电现象,对电池的在线电流、电压、放电时间进行测量;
预测和计算电池在不同放电情形下的剩余电量,并依照电池的利用时刻和环境温度对电量预测进行校正,给出剩余电量SOC的预测值。
为了解决电池电量转变对测量的阻碍,可采纳动态更新电池电量的方式,即利用上一次所放出的电量作为本次放电的基准电量,如此随着电池的利用,电池电量减小表现为基准电量的减小;
同时基准电量还需要依照外界环境温度转变进行相应修正。
⏹蓄电池健康状态评估SOH
对锂电池整个寿命运行曲线充放电特性的对应关系分析,进行曲线拟合和比对,得出蓄电池健康状态评估值SOH,同时依照运行环境对评估值进行修正。
⏹蓄电池组的热治理
在电池选型和结构设计中应充分考虑热治理的设计。
圆柱形电芯在排布中的透气孔设计及铝壳封装能帮忙电芯更好的散热,可有效防鼓,保证稳固。
BMS含有温度检测,对电池的温度进行监控,若是温度高于爱惜值将开启风机强制冷却,假设温度达到危险值,该电池堆能自动退出运行。
3.4并网操纵子系统
本子系统包括储能电站内将直流电变换成交流电的设备。
用于将电能变换成适合于电网利用的一种或多种形式的电能的电气设备。
最大功率跟踪操纵器、逆变器和操纵器都可属于本子系统的一部份。
(1)大功率PCS拓扑
设计原那么
⏹符合大容量电池组电压品级和功率品级;
⏹结构简单、靠得住稳固,功率损耗低;
⏹能够灵活进行整流逆变双向切换运行;
⏹采纳常规功率开关器件,设计模块化、标准化;
⏹并网谐波含量低,滤波简单;
进展现状
低压品级(2kV以下)电池组的PCS系统初期一样是采纳基于多重化技术的多脉波变换器,功率管采纳晶闸管或GTO。
随着新型电池技术的显现、功率器件和拓扑技术的进展,较高电压品级(5kV~6kV)的电池组的PCS系统一样采纳多电平技术,功率管采纳IGCT或IGBT串联。
另外一种方案是采纳DC/DC+DC/AC两级变换结构,通过DC/DC先将电池组输出升压,再通过DC/AC逆变。
适合大功率电池应用的DC/DC变换器拓扑要紧采纳非隔离型双向Buck/Boost电路,多模块交织并联实现扩容;
DC/AC部份要紧包括多重化、多电平、交织并联等大功率变流技术,以降低并网谐波,简化并网接口。
大容量电池储能系统可采纳电压源型PCS,并联接入电网,PCS设计成四象限运行,能独立的进行有功、无功操纵。
目前电池组电压品级一样低于2kV,大容量电池储能系统具有低压大电流特点。
考虑两级变换结构损耗大,建议采纳单级DC/AC变换结构,通过升压变接入电网。
利用多变流器单元并联技术进行扩容,采纳移相载波调制和环流抑制实现单元间的功率均分。
结构简单、易操纵、模块化、容错性好和效率高。
(2)PCS操纵策略
操纵要求
⏹高效平安电池充放电;
⏹知足电网相关并网导那么;
⏹进行有功、无功独立调剂;
⏹能够适应电网故障运行。
研究现状
国内外对散布式发电中并网变流器操纵策略已经展开了普遍研究,常采纳双闭环操纵,外环依照操纵目标的不同,提出了PQ操纵、下垂操纵、虚拟同步机操纵等,内环一样采纳电流环,提出了自然坐标系、静止坐标系和同步坐标系下的操纵策略。
电池储能系统PCS操纵除知足常规的并网变流器要求,更重要的要知足电池充放电要求,尤其是电网故障情形下的操纵。
⏹采纳多目标的变流器操纵策略,一方面精准操纵充放电进程中的电压、电流,确保电池组高效、平安充放电;
另一方面依照调度指令,进行有功、无功操纵。
⏹低电压穿越能力强,逆变器对电网电压应始终工作在恒流工作模式,输出端压跟从市电,能够在很低电压下运行,乃至在输出端短路时仍可输出,现在逆变器维持额定的输出电流不变。
⏹实现电网故障状态下电池储能系统紧急操纵,和电网恢复后电池储能系统的从头同步操纵。
3.5储能电站联合控制调度子系统
常规的储能电站操纵系统利用的产品来自于不同的供给商。
几乎每一个产品供给商都具有一套自己的标准,整个储能电站里运行的规约就可能达到好几种。
于是当一个储能电站需要将不同厂商的产品集成到一个系统时,就不能不花专门大的代价做通信协议转换装置,如此做一方面增加了系统的复杂性降低了靠得住性,另一方面增加了系统本钱和保护的复杂性。
因此本方案建议采纳基于IEC61850的系统方案。
IEC61850是关于变电站自动化系统的通信网络和系统的国际标准。
制定IEC61850要紧目的确实是使不同制造厂商的产品具有互操作性,使它们能够方便地集成到一个系统中去,能够在各类自动化系统内部准确、快速地互换数据,实现无缝集成和互操作。
由于联合发电智能监控系统采纳IEC61850协议,因此在储能电站也采纳基于IEC61850的操纵系统有利于处置并传送从储能电站操纵系统到联合发电智能监控系统各类实时信息。
储能电站操纵系统采纳模块化、功能集成的设计思想,分为系统层和设备层两层结构,全站监控双网采纳100M光纤以太网作为通信网络,采纳星型网络结构。
系统层配置:
系统层要紧实现实时数据搜集、与联合发电智能监控系统通信等功能。
⏹实时数据搜集
通过子系统的智能组件从功率调剂系统、电池系统、配电系统获取数据,这些数据包括电池容量、线路状态、电流、有功功率、无功功率、功率系数和平均值。
⏹与联合发电智能监控系统通信:
在储能电站和变电站之间铺设光纤,将储能电站的实时数据、故障信息等上传到联合发电智能监控系统;
同时同意联合发电智能监控系统下发的操纵命令。
设备层配置
设备层由电池治理系统(BMS)及其智能组件、能量治理系统(PCS)及其智能组件、配电系统爱惜测控装置等。
⏹电池治理系统(BMS)及其智能组件:
电池治理系统(BMS)对整个储能系统的平安运行、储能系统操纵策略的选择、充电模式的选择和运营本钱都有专门大的阻碍。
电池治理系统不管是在电池的充电进程仍是放电进程,都要靠得住的完成电池状态的实时监控和故障诊断。
并通过智能组件将相关信息转化为IEC61850协议通过光以太网上送到监控系统,以便采纳加倍合理的操纵策略,达到有效且高效利用电池的目的。
⏹能量治理系统(PCS)及其智能组件:
能量治理系统(PCS)实现对电池充放电的操纵,知足储能系统并网要求。
研究多目标的变流器操纵策略,一方面精准操纵充放电进程中的电压、电流,确保电池组高效充放电;
另一方面依照调度指令,进行双向滑腻切换运行,实现有功、无功独立操纵。
另外,在电网故障条件下,研究多储能PCS单元的和谐操纵,实现对局部电网的平安运行。
智能组件将PCS需要上传的开关量、模拟量、非电量、运行信息等转换为IEC61850协议通过以太网上传给监控系统,同时将监控系统下发的模式切换命令及定值设定转发给PCS。
⏹配电系统爱惜测控装置:
采纳数字化爱惜测控一体扮装置,采纳直接对常规互感器采样的方式完成电压、电流的测量;
断路器、刀闸位置等开关量信息通过硬接点直接搜集;
断路器的跳合闸通过硬接点直接操纵方式完成。
具有IEC61850协议的以太网通信方式与监控系统相连。
4.储能电站(系统)整体进展前景
全世界能源紧缺,新兴能源产业的进展势在必行,但风能、太阳能等清洁能源受环境阻碍较大,功率不稳固,致使传统电网无法承载,大量能量被浪费。
要紧缘故之一就是:
储能技术掉队,现有储能电站无法实现功率补偿,无法知足功率滑腻的需求。
能够说,储能电站的进展已成为新能源开发的核心之一。
除光伏发电系统外,储能电站也普遍适用于如下场合:
(1)、负荷波动大的工厂、企业、商务中心等;
(2)、需要具有“黑启动”功能的发电站;
(3)、发电质量有波动的风能和潮汐能发电站;
(4)、需要夜间贮存能量以供白天利用的核能、风能等发电设施;
(5)、因环保缘故限制小型火力调峰发电站或其它高污染发电站进展的区域;
(6)、户外临时大型负荷中心。
采纳磷酸铁锂电池这一储能技术为核心的储能电站,相较于抽水蓄能、紧缩空气储能等现有储能技术,具有明显的本钱和运行寿命优势,经济效益突出,需求庞大,应用前景广漠。
随着全世界电力需求逐年增加,用电顶峰和低谷的负荷差距愈来愈大,磷酸铁锂电池储能电站(系统)作为一项新兴技术,将给电网储能领域带来革命性的技术更新,具有庞大的社会效应和经济效应。
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