1.概述

大容量電池儲能系統(tǒng)在電力系統(tǒng)中的應用已有20多年的歷史，早期主要用于孤立電網(wǎng)的調(diào)頻、熱備用、調(diào)壓和備份等。電池儲能系統(tǒng)在新能源并網(wǎng)中的應用，國外也已開展了一定的研究。上世紀90年代末德國在Herne1MW的光伏電站和Bocholt2MW的風電場分別配置了容量為1.2MWh的電池儲能系統(tǒng)，提供削峰、不中斷供電和改善電能質(zhì)量功能。從2003年開始，日本在Hokkaido30.6MW風電場安裝了6MW/6MWh的全釩液流電池（VRB）儲能系統(tǒng)，用于平抑輸出功率波動。2009年英國EDF電網(wǎng)將600kW/200kWh鋰離子電池儲能系統(tǒng)配置在東部一個11KV配電網(wǎng)STATCOM中，用于潮流和電壓控制，有功和無功控制。

總體來說，儲能電站（系統(tǒng)）在電網(wǎng)中的應用目的主要考慮“負荷調(diào)節(jié)、配合新能源接入、彌補線損、功率補償、提高電能質(zhì)量、孤網(wǎng)運行、削峰填谷"等幾大功能應用。比如：削峰填谷，改善電網(wǎng)運行曲線，通俗一點解釋，儲能電站就像一個儲電銀行，可以把用電低谷期富余的電儲存起來，在用電高峰的時候再拿出來用，這樣就減少了電能的浪費；此外儲能電站還能減少線損，增加線路和設備使用壽命；優(yōu)化系統(tǒng)電源布局，改善電能質(zhì)量。而儲能電站的綠色優(yōu)勢則主要體現(xiàn)在：科學安全，建設周期短；綠色環(huán)保，促進環(huán)境友好；集約用地，減少資源消耗等方面。

2.設計標準

GB21966-2008鋰原電池和蓄電池在運輸中的安全要求

GJB4477-2002鋰離子蓄電池組通用規(guī)范

QC/T743-2006電動汽車用鋰離子蓄電池

GB/T12325-2008電能質(zhì)量供電電壓偏差

GB/T12326-2008電能質(zhì)量電壓波動和閃變

GB/T14549-1993電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波

GB/T15543-2008電能質(zhì)量三相電壓不平衡

GB/T2297-1989太陽光伏能源系統(tǒng)術(shù)語

DL/T527-2002靜態(tài)繼電保護裝置逆變電源技術(shù)條件

GB/T13384-2008 機電產(chǎn)品包裝通用技術(shù)條件

GB/T14537-1993 量度繼電器和保護裝置的沖擊與碰撞試驗

GB/T14598.27-2008 量度繼電器和保護裝置*27部分：產(chǎn)品安全要求

DL/T478-2001靜態(tài)繼電保護及安全自動裝置通用技術(shù)條件

GB/T191-2008包裝儲運圖示標志

GB/T2423.1-2008 電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗*2部分：試驗方法試驗A：低溫

GB/T2423.2-2008 電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗*2部分：試驗方法試驗B：高溫

GB/T2423.3-2006電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗*2部分：試驗方法試驗Cab：恒定濕熱試驗

GB/T2423.8-1995 電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗*2部分：試驗方法試驗Ed：自由跌落

GB/T2423.10-2008電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗*2部分：試驗方法試驗Fc：振動（正弦）

GB4208-2008 外殼防護等級（IP代碼）

GB/T17626-2006 電磁兼容試驗和測量技術(shù)

GB14048.1-2006 低壓開關(guān)設備和控制設備*1部分：總則

GB7947-2006 人機界面標志標識的基本和安全規(guī)則導體的顏色或數(shù)字標識

GB8702-88 電磁輻射防護規(guī)定

DL/T5429-2009 電力系統(tǒng)設計技術(shù)規(guī)程

DL/T5136-2001 火力發(fā)電廠、變電所二次接線設計技術(shù)規(guī)程

DL/T620-1997 交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合

DL/T621-1997 交流電氣裝置的接地

GB50217-2007 電力工程電纜設計規(guī)范

GB2900.11-1988 蓄電池名詞術(shù)語

IEC61427-2005 光伏系統(tǒng)（PVES）用二次電池和蓄電池組一般要求和試驗方法

Q/GDW564-2010儲能系統(tǒng)接入配電網(wǎng)技術(shù)規(guī)定

QC/T743-2006《電動汽車用鋰離子蓄電池》

GB/T18479-2001地面用光伏（PV）發(fā)電系統(tǒng)概述和導則

GB/T19939-2005光伏系統(tǒng)并網(wǎng)技術(shù)要求

GB/T20046-2006光伏（PV）系統(tǒng)電網(wǎng)接口特性

GB2894安全標志（neqISO3864：1984）

GB16179安全標志使用導則

GB/T178830.2S和0.5S級靜止式交流有功電度表

DL/T448能計量裝置技術(shù)管理規(guī)定

DL/T614多功能電能表

DL/T645多功能電能表通信協(xié)議

DL/T5202電能量計量系統(tǒng)設計技術(shù)規(guī)程

SJ/T11127光伏（PV）發(fā)電系統(tǒng)過電壓保護——導則

IEC61000-4-30電磁兼容*4-30部分試驗和測量技術(shù)——電能質(zhì)量

IEC60364-7-712建筑物電氣裝置*7-712部分：

特殊裝置或場所的要求太陽光伏（PV）發(fā)電系統(tǒng)

3.儲能電站（配合光伏并網(wǎng)發(fā)電）方案

3.1系統(tǒng)架構(gòu)

在本方案中，儲能電站（系統(tǒng)）主要配合光伏并網(wǎng)發(fā)電應用，因此，整個系統(tǒng)是包括光伏組件陣列、光伏控制器、電池組、電池管理系統(tǒng)（BMS）、逆變器以及相應的儲能電站聯(lián)合控制調(diào)度系統(tǒng)等在內(nèi)的發(fā)電系統(tǒng)。

1、光伏組件陣列利用太陽能電池板的光伏效應將光能轉(zhuǎn)換為電能，然后對鋰電池組充電，通過逆變器將直流電轉(zhuǎn)換為交流電對負載進行供電；

2、智能控制器根據(jù)日照強度及負載的變化，不斷對蓄電池組的工作狀態(tài)進行切換和調(diào)節(jié)：一方面把調(diào)整后的電能直接送往直流或交流負載。另一方面把多余的電能送往蓄電池組存儲。發(fā)電量不能滿足負載需要時，控制器把蓄電池的電能送往負載，保證了整個系統(tǒng)工作的連續(xù)性和穩(wěn)定性；

3、并網(wǎng)逆變系統(tǒng)由幾臺逆變器組成，把蓄電池中的直流電變成標準的380V市電接入用戶側(cè)低壓電網(wǎng)或經(jīng)升壓變壓器送入高壓電網(wǎng)。

4、鋰電池組在系統(tǒng)中同時起到能量調(diào)節(jié)和平衡負載兩大作用。它將光伏發(fā)電系統(tǒng)輸出的電能轉(zhuǎn)化為化學能儲存起來，以備供電不足時使用。

3.2儲能子系統(tǒng)

3.2.1儲能電池組

(1)電池選型原則

作為配合光伏發(fā)電接入，實現(xiàn)削峰填谷、負荷補償，提高電能質(zhì)量應用的儲能電站，儲能電池是非常重要的一個部件，須滿足以下要求：

?容易實現(xiàn)多方式組合，滿足較高的工作電壓和較大工作電流；

?電池容量和性能的可檢測和可診斷，使控制系統(tǒng)可在預知電池容量和性能的情況下實現(xiàn)對電站負荷的調(diào)度控制；

?高安全性、可靠性：在正常使用情況下，電池正常使用壽命不低于15年；在*限情況下，即使發(fā)生故障也在受控范圍，不應該發(fā)生爆炸、燃燒等危及電站安全運行的故障；

?具有良好的快速響應和大倍率充放電能力，一般要求5-10倍的充放電能力；

?較高的充放電轉(zhuǎn)換效率；

?易于安裝和維護；

?具有較好的環(huán)境適應性，較寬的工作溫度范圍；

?符合環(huán)境保護的要求，在電池生產(chǎn)、使用、回收過程中不產(chǎn)生對環(huán)境的破壞和污染；

(2)主要電池類型比較

表1幾種電池性能比較

(3)建議方案

從初始投資成本來看，鋰離子電池有較強的競爭力，鈉硫電池和全釩液流電池未形成產(chǎn)業(yè)化，供應渠道受限，較昂貴。從運營和維護成本來看，鈉硫需要持續(xù)供熱，全釩液流電池需要泵進行流體控制，增加了運營成本，而鋰電池幾乎不需要維護。根據(jù)國內(nèi)外儲能電站應用現(xiàn)狀和電池特點，建議儲能電站電池選型主要為磷酸鐵鋰電池。

3.3并網(wǎng)控制子系統(tǒng)

本子系統(tǒng)包括儲能電站內(nèi)將直流電變換成交流電的設備。用于將電能變換成適合于電網(wǎng)使用的一種或多種形式的電能的電氣設備。*大功率跟蹤控制器、逆變器和控制器均可屬于本子系統(tǒng)的一部分。

(1)大功率PCS拓撲

?設計原則

?符合大容量電池組電壓等級和功率等級；

?結(jié)構(gòu)簡單、可靠穩(wěn)定，功率損耗低；

?能夠靈活進行整流逆變雙向切換運行；

?采用常規(guī)功率開關(guān)器件，設計模塊化、標準化；

?并網(wǎng)諧波含量低，濾波簡單；

?發(fā)展現(xiàn)狀

低壓等級（2kV以下）電池組的PCS系統(tǒng)早期一般是采用基于多重化技術(shù)的多脈波變換器，功率管采用晶閘管或GTO。隨著新型電池技術(shù)的出現(xiàn)、功率器件和拓撲技術(shù)的發(fā)展，較高電壓等級（5kV~6kV）的電池組的PCS系統(tǒng)一般采用多電平技術(shù)，功率管采用IGCT或IGBT串聯(lián)。

另外一種方案是采用DC/DC+DC/AC兩級變換結(jié)構(gòu)，通過DC/DC先將電池組輸出升壓，再通過DC/AC逆變。適合大功率電池應用的DC/DC變換器拓撲主要采用非隔離型雙向Buck/Boost電路，多模塊交錯并聯(lián)實現(xiàn)擴容；DC/AC部分主要包括多重化、多電平、交錯并聯(lián)等大功率變流技術(shù)，以降低并網(wǎng)諧波，簡化并網(wǎng)接口。

?建議方案

大容量電池儲能系統(tǒng)可采用電壓源型PCS，并聯(lián)接入電網(wǎng)，PCS設計成四象限運行，能獨立的進行有功、無功控制。目前電池組電壓等級一般低于2kV，大容量電池儲能系統(tǒng)具有低壓大電流特點。考慮兩級變換結(jié)構(gòu)損耗大，建議采用單級DC/AC變換結(jié)構(gòu)，通過升壓變接入電網(wǎng)。利用多變流器單元并聯(lián)技術(shù)進行擴容，采用移相載波調(diào)制和環(huán)流抑*實現(xiàn)單元間的功率均分。結(jié)構(gòu)簡單、易控制、模塊化、容錯性好和效率高。

(2)PCS控制策略

?控制要求

?高*安全電池充放電；

?滿足電網(wǎng)相關(guān)并網(wǎng)導則；

?進行有功、無功獨立調(diào)節(jié)；

?能夠適應電網(wǎng)故障運行。

?研究現(xiàn)狀

國內(nèi)外對分布式發(fā)電中并網(wǎng)變流器控制策略已經(jīng)展開了廣泛研究，常采用雙閉環(huán)控制，外環(huán)根據(jù)控制目標的不同，提出了PQ控制、下垂控制、虛擬同步機控制等，內(nèi)環(huán)一般采用電流環(huán)，提出了自然坐標系、靜止坐標系和同步坐標系下的控制策略。電池儲能系統(tǒng)PCS控制除了滿足常規(guī)的并網(wǎng)變流器要求，更重要的要滿足電池充放電要求，尤其是電網(wǎng)故障情況下的控制。

?建議方案

?采用多目標的變流器控制策略，一方面精*控制充放電過程中的電壓、電流，確保電池組高*、安全充放電；另一方面根據(jù)調(diào)度指令，進行有功、無功控制。

?低電壓穿越能力強，逆變器對電網(wǎng)電壓應始終工作在恒流工作模式，輸出端壓跟隨市電，可以在很低電壓下運行，甚至在輸出端短路時仍可輸出，此時逆變器保持額定的輸出電流不變。

?實現(xiàn)電網(wǎng)故障狀態(tài)下電池儲能系統(tǒng)緊急控制，以及電網(wǎng)恢復后電池儲能系統(tǒng)的重新同步控制。

3.4儲能電站聯(lián)合控制調(diào)度子系統(tǒng)

常規(guī)的儲能電站控制系統(tǒng)使用的產(chǎn)品來自于不同的供應商。幾乎每個產(chǎn)品供應商都具有一套自己的標準,整個儲能電站里運行的規(guī)約就可能達到好幾種。于是當一個儲能電站需要將不同廠商的產(chǎn)品集成到一個系統(tǒng)時，就不得不花很大的代價做通信協(xié)議轉(zhuǎn)換裝置，這樣做一方面增加了系統(tǒng)的復雜性降低了可靠性，另一方面增加了系統(tǒng)成本和維護的復雜性。因此本方案建議采用基于IEC61850的系統(tǒng)方案。

IEC61850是關(guān)于變電站自動化系統(tǒng)的通訊網(wǎng)絡和系統(tǒng)的國際標準。制定IEC61850主要目的就是使不同制造廠商的產(chǎn)品具有互操作性,使它們可以方便地集成到一個系統(tǒng)中去，能夠在各種自動化系統(tǒng)內(nèi)部準確、快速地交換數(shù)據(jù)，實現(xiàn)無縫集成和互操作。由于聯(lián)合發(fā)電智能監(jiān)控系統(tǒng)采用IEC61850協(xié)議，所以在儲能電站也采用基于IEC61850的控制系統(tǒng)有利于處理并傳送從儲能電站控制系統(tǒng)到聯(lián)合發(fā)電智能監(jiān)控系統(tǒng)各種實時信息。

儲能電站控制系統(tǒng)采用模塊化、功能集成的設計思想，分為系統(tǒng)層和設備層兩層結(jié)構(gòu)，全站監(jiān)控雙網(wǎng)采用100M光纖以太網(wǎng)作為通信網(wǎng)絡，采用星型網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)。

?系統(tǒng)層配置：

系統(tǒng)層主要實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)采集、與聯(lián)合發(fā)電智能監(jiān)控系統(tǒng)通信等功能。

?實時數(shù)據(jù)采集

通過子系統(tǒng)的智能組件從功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)、電池系統(tǒng)、配電系統(tǒng)獲取數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)包括電池容量、線路狀態(tài)、電流、有功功率、無功功率、功率系數(shù)和平均值。

?與聯(lián)合發(fā)電智能監(jiān)控系統(tǒng)通信：

在儲能電站和變電站之間鋪設光纖，將儲能電站的實時數(shù)據(jù)、故障信息等上傳到聯(lián)合發(fā)電智能監(jiān)控系統(tǒng)；同時接受聯(lián)合發(fā)電智能監(jiān)控系統(tǒng)下發(fā)的控制命令。

?設備層配置：

設備層由電池管理系統(tǒng)（BMS）及其智能組件、能量管理系統(tǒng)（PCS）及其智能組件、配電系統(tǒng)保護測控裝置等。

?電池管理系統(tǒng)（BMS）及其智能組件：

電池管理系統(tǒng)（BMS）對整個儲能系統(tǒng)的安全運行、儲能系統(tǒng)控制策略的選擇、充電模式的選擇以及運營成本都有很大的影響。電池管理系統(tǒng)無論是在電池的充電過程還是放電過程，都要可靠的完成電池狀態(tài)的實時監(jiān)控和故障診斷。并通過智能組件將相關(guān)信息轉(zhuǎn)化為IEC61850協(xié)議通過光以太網(wǎng)上送到監(jiān)控系統(tǒng)，以便采用更加合理的控制策略，達到有效且高*使用電池的目的。

?能量管理系統(tǒng)（PCS）及其智能組件：

能量管理系統(tǒng)（PCS）實現(xiàn)對電池充放電的控制，滿足儲能系統(tǒng)并網(wǎng)要求。研究多目標的變流器控制策略，一方面精*控制充放電過程中的電壓、電流，確保電池組高*充放電；另一方面根據(jù)調(diào)度指令，進行雙向平滑切換運行，實現(xiàn)有功、無功獨立控制。另外，在電網(wǎng)故障條件下，研究多儲能PCS單元的協(xié)調(diào)控制，實現(xiàn)對局部電網(wǎng)的安全運行。智能組件將PCS需要上傳的開關(guān)量、模擬量、非電量、運行信息等轉(zhuǎn)換為IEC61850協(xié)議通過以太網(wǎng)上傳給監(jiān)控系統(tǒng)，同時將監(jiān)控系統(tǒng)下發(fā)的模式切換命令及定值設定轉(zhuǎn)發(fā)給PCS。

?配電系統(tǒng)保護測控裝置：

采用數(shù)字化保護測控一體化裝置，采用直接對常規(guī)互感器采樣的方式完成電壓、電流的測量；斷路器、刀閘位置等開關(guān)量信息通過硬接點直接采集；斷路器的跳合閘通過硬接點直接控制方式完成。具備IEC61850協(xié)議的以太網(wǎng)通信方式與監(jiān)控系統(tǒng)相連。

4.儲能電站（系統(tǒng)）整體發(fā)展前景

全球能源緊缺，新興能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展勢在必行，但風能、太陽能等清潔能源受環(huán)境影響較大，功率不穩(wěn)定，致使傳統(tǒng)電網(wǎng)無法承載，大量能量被浪費。主要原因之一就是：儲能技術(shù)落后，現(xiàn)有儲能電站無法實現(xiàn)功率補償，無法滿足功率平滑的需求。可以說，儲能電站的發(fā)展已成為新能源開發(fā)的核心之一。

除光伏發(fā)電系統(tǒng)外，儲能電站也廣泛適用于如下場合：

　　(1)、負荷波動大的工廠、企業(yè)、商務中*等；

　　(2)、需要具備“黑啟動"功能的發(fā)電站；

　　(3)、發(fā)電質(zhì)量有波動的風能和潮汐能發(fā)電站；

　　(4)、需要夜間儲存能量以供白天使用的核能、風能等發(fā)電設施；

　　(5)、因環(huán)保原因限制小型火力調(diào)峰發(fā)電站或其它高污染發(fā)電站發(fā)展的區(qū)域；

(6)、戶外臨時大型負荷中*。

采用磷酸鐵鋰電池這一儲能技術(shù)為核心的儲能電站，相比于抽水蓄能、壓縮空氣儲能等現(xiàn)有儲能技術(shù)，具有明顯的成本和運行壽命優(yōu)勢，經(jīng)濟效益突出，需求巨大，應用前景廣闊。隨著全球電力需求逐年增長，用電高峰和低谷的負荷差距越來越大，磷酸鐵鋰電池儲能電站（系統(tǒng)）作為一項新興技術(shù)，將給電網(wǎng)儲能領域帶來革命性的技術(shù)更新，具有巨大的社會效應和經(jīng)濟效應。

5.Acrel-2000ES儲能能量管理系統(tǒng)

5.1平臺概述

安科瑞Acrel-2000ES儲能能量管理系統(tǒng)具有完善的儲能監(jiān)控與管理功能,涵蓋了儲能系統(tǒng)設備(PCS、BMS、電表、消防、空調(diào)等)的詳細信息,實現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)查詢與分析、可視化監(jiān)控、報警管理、統(tǒng)計報表等功能。在*級應用上支持能量調(diào)度,具備計劃曲線、削峰填谷、需量控制、備用電源等控制功能。既可以用于儲能一體柜,也可以用于儲能集裝箱,是專門用于設備管理的一套軟件系統(tǒng)平臺。

5.2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

5.3系統(tǒng)功能

5.3.1實時監(jiān)測

系統(tǒng)人機界面友好，能夠顯示儲能柜的運行狀態(tài)，實時監(jiān)測PCS、BMS以及環(huán)境參數(shù)信息，如電參量、溫度、濕度等。實時顯示有關(guān)故障、告警、收益等信息。

5.3.2設備監(jiān)控

系統(tǒng)能夠?qū)崟r監(jiān)測PCS、BMS、電表、空調(diào)、消防、除濕機等設備的運行狀態(tài)及運行模式。

PCS監(jiān)控：滿足儲能變流器的參數(shù)與限值設置；運行模式設置；實現(xiàn)儲能變流器交直流側(cè)電壓、電流、功率及充放電量參數(shù)的采集與展示；實現(xiàn)PCS通訊狀態(tài)、啟停狀態(tài)、開關(guān)狀態(tài)、異常告警等狀態(tài)監(jiān)測。

BMS監(jiān)控：滿足電池管理系統(tǒng)的參數(shù)與限值設置；實現(xiàn)儲能電池的電芯、電池簇的溫度、電壓、電流的監(jiān)測；實現(xiàn)電池充放電狀態(tài)、電壓、電流及溫度異常狀態(tài)的告警。

空調(diào)監(jiān)控：滿足環(huán)境溫度的監(jiān)測，可根據(jù)設置的閾值進行空調(diào)溫度的聯(lián)動調(diào)節(jié)，并實時監(jiān)測空調(diào)的運行狀態(tài)及溫濕度數(shù)據(jù)，以曲線形式進行展示。

UPS監(jiān)控：滿足UPS的運行狀態(tài)及相關(guān)電參量監(jiān)測。

5.3.3曲線報表

系統(tǒng)能夠?qū)CS充放電功率曲線、SOC變換曲線、及電壓、電流、溫度等歷史曲線的查詢與展示。

5.3.4策略配置

滿足儲能系統(tǒng)設備參數(shù)的配置、電價參數(shù)與時段的設置、控制策略的選擇。目前支持的控制策略包含計劃曲線、削峰填谷、需量控制等。

5.3.5實時報警

儲能能量管理系統(tǒng)具有實時告警功能，系統(tǒng)能夠?qū)δ艹浞烹娫较?、溫度越限、設備故障或通信故障等事件發(fā)出告警。

5.3.6事件查詢統(tǒng)計

儲能能量管理系統(tǒng)能夠?qū)b信變位，溫濕度、電壓越限等事件記錄進行存儲和管理，方便用戶對系統(tǒng)事件和報警進行歷史追溯，查詢統(tǒng)計、事故分析。

5.3.7遙控操作

可以通過每個設備下面的紅色按鈕對PCS、風機、除濕機、空調(diào)控制器、照明等設備進行相應的控制，但是當設備未通信上時，控制按鈕會顯示無效狀態(tài)。

5.3.8用戶權(quán)限管理

儲能能量管理系統(tǒng)為保障系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行，設置了用戶權(quán)限管理功能。通過用戶權(quán)限管理能夠防止未經(jīng)授權(quán)的操作（如遙控的操作，數(shù)據(jù)庫修改等）。可以定義不同級別用戶的登錄名、密碼及操作權(quán)限，為系統(tǒng)運行、維護、管理提供可靠的安全保障。

相關(guān)平臺部署硬件選型清單