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的調頻、熱備用、調壓和備份等。電池儲能系統(tǒng)在新能源并網中的應用，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電網將600kW/200kWh鋰離子電池儲能系統(tǒng)配置在東部一個11KV配電網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)）在電網中的應用目的主要考慮“負荷調節(jié)、配合新能源接入、彌補線損、功率補償、提高電能質量、孤網運行、削峰填谷"等幾大功能應用。比如：削峰填谷，改善電網運行曲線，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電能質量供電電壓偏差

GB/T12326-2008電能質量電壓波動和閃變

GB/T14549-1993電能質量公用電網諧波

GB/T15543-2008電能質量三相電壓不平衡

GB/T2297-1989太陽光伏能源系統(tǒng)術語

DL/T527-2002靜態(tài)繼電保護裝置逆變電源技術條件

GB/T13384-2008 機電產品包裝通用技術條件

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條件

GB/T191-2008包裝儲運圖示標志

GB/T2423.1-2008 電工電子產品環(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

GB14048.1-2006 低壓開關設備和控制設備*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)設計技術規(guī)程

DL/T5136-2001 火力發(fā)電廠、變電所二次接線設計技術規(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)接入配電網技術規(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)并網技術要求

GB/T20046-2006光伏（PV）系統(tǒng)電網接口特性

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——電能質量

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（配合光伏并網發(fā)電）方案

3.1系統(tǒng)架構

在本方案中，儲能電站（系統(tǒng)）主要配合光伏并網發(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)合控制調度系統(tǒng)等在內的發(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換為電能，然后對鋰電池組充電，通過逆變器將直流電轉換為交流電對負載進行供電；

2、智能控制器根據日照強度及負載的變化，不斷對蓄電池組的工作狀態(tài)進行切換和調節(jié)：一方面把調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市電接入用戶側低壓電網或經升壓變壓器送入高壓電網。

4、鋰電池組在系統(tǒng)中同時起到能量調節(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、使用、回收過程中不產生對環(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。根據國內外儲能電站應用現(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并網控制子系統(tǒng)

本子系統(tǒng)包括儲能電站內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；

?結構簡單、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)功率開關器件，設計模塊化、標準化；

?并網諧波含量低，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。隨著新型電池技術的出現(xiàn)、功率器件和拓撲技術的發(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，功率管采用IGCT或IGBT串聯(lián)。

另外一種方案是采用DC/DC+DC/AC兩級變換結構，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，以降低并網諧波，簡化并網接口。

?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，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?？紤]兩級變換結構損耗大，建議采用單級DC/AC變換結構，通過升壓變接入電網。利用多變流器單元并聯(lián)技術進行擴容，采用移相載波調制和環(huán)流抑*實現(xiàn)單元間的功率均分。結構簡單、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；

?滿足電網相關并網導則；

?進行有功、無功獨立調節(jié)；

?能夠適應電網故障運行。

?研究現(xiàn)狀

國內外對分布式發(fā)電中并網變流器控制策略已經展開了廣泛研究，常采用雙閉環(huán)控制，外環(huán)根據控制目標的不同，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)的并網變流器要求，更重要的要滿足電池充放電要求，尤其是電網故障情況下的控制。

?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；另一方面根據調度指令，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)電網故障狀態(tài)下電池儲能系統(tǒng)緊急控制，以及電網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)合控制調度子系統(tǒng)

常規(guī)的儲能電站控制系統(tǒng)使用的產品來自于不同的供應商。幾乎每個產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是關于變電站自動化系統(tǒng)的通訊網絡和系統(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)內部準確、快速地交換數(shù)據，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)層和設備層兩層結構，全站監(jiān)控雙網采用100M光纖以太網作為通信網絡，采用星型網絡結構。

?系統(tǒng)層配置：

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

?實時數(shù)據采集

通過子系統(tǒng)的智能組件從功率調節(jié)系統(tǒng)、電池系統(tǒng)、配電系統(tǒng)獲取數(shù)據，這些數(shù)據包括電池容量、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、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信息轉化為IEC61850協(xié)議通過光以太網上送到監(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；另一方面根據調度指令，進行雙向平滑切換運行，實現(xiàn)有功、無功獨立控制。另外，在電網故障條件下，研究多儲能PCS單元的協(xié)調控制，實現(xiàn)對局部電網的安全運行。智能組件將PCS需要上傳的開關量、模擬量、非電量、運行信息等轉換為IEC61850協(xié)議通過以太網上傳給監(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)電網無法承載，大量能量被浪費。主要原因之一就是：儲能技術落后，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?？梢哉f，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，具有明顯的成本和運行壽命優(yōu)勢，經濟效益突出，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，將給電網儲能領域帶來革命性的技術更新，具有巨大的社會效應和經濟效應。

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、空調等)的詳細信息,實現(xiàn)了數(shù)據采集、數(shù)據處理、數(shù)據存儲、數(shù)據查詢與分析、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)結構圖

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。實時顯示有關故障、告警、收益等信息。

5.3.2設備監(jiān)控

系統(tǒng)能夠實時監(jiān)測PCS、BMS、電表、空調、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。

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

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

5.3.3曲線報表

系統(tǒng)能夠對PCS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)能夠對儲能充放電越限、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)能夠對遙信變位，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，設置了用戶權限管理功能。通過用戶權限管理能夠防止未經授權的操作（如遙控的操作，數(shù)據庫修改等）?？梢远x不同級別用戶的登錄名、密碼及操作權限，為系統(tǒng)運行、維護、管理提供可靠的安全保障。

相關平臺部署硬件選型清單