0.5MW-1MWh集装箱储能系统方案

技术方案

1. 储能的应用-----------------------------------------------------------------------------------4

2. 系统概------------------------------------------------------------------------------------5-6

   2.1 系统组----------------------------------------------------------------------------------5

   2.2 系统特----------------------------------------------------------------------------------5

   2.3 系统运行原-----------------------------------------------------------------------------6

3. 系统设------------------------------------------------------------------------------------7-14

   3.1 储能变流器(PCS) ------------------------------------------------------------------7-8

       3.1.1 储能变流器特点-------------------------------------------------------------7

       3.1.2 储能变流器通信方式-------------------------------------------------------8

   3.2 电池管理系统(BMS)---------------------------------------------------------------9-10

   3.2.1 BMS系统架构 ---------------------------------------------------------------------8

3.2.2 BMS功能说明 -----------------------------------------------------------------9

3.2.3 BMS电池管理系统构成及功能描述 --------------------------------------------10

   3.3 能量管理系统(EMS) ------------------------------------------------------------10-11

       3.3.1 设备监控模块----------------------------------------------------------------10

       3.3.2 能量管理模块---------------------------------------------------------------10

       3.3.3告警管理模块----------------------------------------------------------------11

       3.3.4 报表管理模块---------------------------------------------------------------11

       3.3.5 安全管理模块--------------------------------------------------------------11

   3.4 监控系统---------------------------------------------------------------------------12

   3.5 消防与空调系统--------------------------------------------------------------------12

   3.6 电池成套系统------------------------------------------------------------------12-16

       3.6.1 电芯参数---------------------------------------------------------------------12

       3.6.2 电池PACK及成簇 -----------------------------------------------------------13

       3.6.2 电池组在集装箱内的分布-----------------------------------------------------15

   3.7 集装箱系统设计要求----------------------------------------------------------------15

4. 主要设备清单 ---------------------------------------------------------------------------16

1. 储能的应用

                                 图1 储能的应用

（1）微电网：储能系立或与其他能源配合，给负载供电，主要解决供电可靠性问题。 

（2）辅助新能源并网：有效解决弃风弃光，提高经济效益； 减少瞬时功率变化，减少对电网冲击；跟踪计划调度，提高并网可控性； 提高发电预测精度，提升并网友好性。 

（3）需求侧响应：对峰谷电价差和补贴有较大依赖，欧美等发达国家已具备盈利模式，以工商业应用为主，户用储能潜力巨大。 

（4）电力调频：平均来看，储能调频效果是水电机组的1.7倍，是燃气机组的2.5倍，是燃煤机组的20倍以上。

2. 系统概述

2.1系统组成

图2 储能系统拓扑图

  本系统主要包含：

* 储能变流器(PCS)：1台 500kW 离并网型双向储能变流器，在0.4KV交流母线并网，实现能

量的双向流动。

* 磷酸铁锂电池：采用赣锋3.2V/86AH动力电池，4P3S模组成240串768V电池簇，单个集装箱4簇共约1.05MWh能量。 

* EMS&BMS：根据上级调度指令完成对储能系统的充放电控制、电池 SOC 信息监测等功能。

* 集装箱：1个30英尺集装箱组成一个0.5MW/1MWh的储能系统。

系统特点

（1）本系统主要用于峰谷套利，同时可作为备用电源、避免电力增容及改善电能质量。

 （2）储能系统具备完善的通讯、监测、管理、控制、预警和保护功能，长时间持续安全运行，可通过上位机对系统运行状态进行检测，具备丰富的数据分析功能。

 （2）BMS系统即跟EMS系统通信汇报电池组信息，也跟PCS采用RS485总线直接通信，在PCS的配合下完成对电池组的各种监控、保护功能。

 （3）常规0.2C充放电，可离网或并网工作。

                                   表1 系统参数表

  ◇ 储能系统接入电网运行，可通过储能变流器的PQ模式或下垂模式调度有功无功，满足并网充放

电需求。

◇ 电价峰时段或负荷用电高峰期时段由储能系统给负荷放电，既实现了对电网的削峰填谷作用，又完成了用电高峰期的能量补充。

◇ 储能变流器接受上级电力调度，按照峰、谷、平时段的智能化控制，实现整个储能系统的充放电管理。

  ◇ 储能系统检测到市电异常时控制储能变流器由并网运行模式切换到孤岛(离网)运行模式。

  ◇ 储能变流器离网运行时，作为主电压源为集装箱本地负荷提供稳定电电压和频率，确保其不

间断供电。

3. 系统设备介绍

3.1 储能变流器（PCS）

3.1.1储能变流器功能

（1）有功功率控制功能，PCS储能装置可根据储能系统运行控制系统指令控制其有功功率输出。为实现有功功率调节功能，电池储能系统能接收并实时跟踪执行储能系统运行控制系统发送的有功功率控制信号，根据储能系统运行控制系统控制指令等信号自动调节有功输出，输出有功功率与设置值偏差不超过3%。

（2）电压/无功调节功能，PCS储能装置可根据储能系统运行控制系统控制指令等信号实时跟踪调节无功输出，其参数为无功功率、功率因数等参数可由储能系统运行控制系统远程设定。

（3）离网V/F控制功能，PCS储能装置在离网模式下，具备电压和频率的调节功能，能够自动设定额定电压和额定频率启动和运行，也可接收外部电压给定指令和频率给定指令进行电压和频率的调节。

（4）PCS根据负载的大小进行动态调节的相应时间：≤100ms（根据客户需求可单独定制）；

（5）保网检测相应时间：≤40ms（根据客户需求可单独定制）；

（6）防孤岛检测相应时间：≤20ms（根据客户需求可单独定制）。

图3 500KW型储能变流器

3.1.2储能变流器通讯方式

（1）以太网通讯方案

若单台储能变流器通讯，可直接用网线将储能变流器的RJ45端口与上位机的RJ45端口相连，通过上位机监控系统对储能变流器进行监控。

（2）RS485通讯方案

在标准的以太网MODBUS TCP通讯的基础上，储能变流器还提供了可选的RS485通讯方案,它

采用的是MODBUS RTU协议，利用RS485/RS232转换器与上位机通讯，通过能量管理监控系统对储能变流器进行监控。

（3）与BMS通讯通讯方案

储能变流器可通过上位机监控软件与电池管理单元 BMS 通讯，能够监控蓄电池的状态信息，

同时也能够根据蓄电池的状态对蓄电池进行报警及故障保护，提高电池组的安全性。

BMS系统时刻监控着电池的温度、电压、电流信息，BMS系统与EMS系统通信，也与PCS直接通过RS485总线通信实现实时的电池组保护动作。BMS系统的温度报警措施分三级，初级热管理通过温度采样和继电器控制的直流风扇实现，当检测到电池模组内温度超过时集成于电池pack内部的BMS从控模块会启动风扇散热。第二级热管理信号预警后BMS系统会与PCS设备联动，PCS的充放电电流（具体保护协议开放，客户可以提要求更新）或者停止PCS的充放电行为。第三级热管理信号预警后BMS系统将切断该组电池的直流接触器以保护电池，该组电池对应PCS变换器停止工作。

3.2电池管理系统（BMS）

3.2.1 拓扑图

储能系统由1个30英尺加高集装箱组成，每台集装箱储能电池接入PCS的直流测，累计由4组电池组成PCS直流侧的电池单元。储能系统为每个集装箱电池配置BMS系统，BMS包括三层架构，分别是BMU、BCMU、BAMS。

                                图4 BMS拓扑图 

3.2.2 BMS功能说明

电池管理系统是由电子电路设备构成的实时监测系统， 有效地监测电池电压、电池电流、电池簇绝缘状态、电SOC、电池模组及单体状态（电压、电流、温度、SOC 等），对电池簇充、放电过程进行安全管理，对可能出现的故障进行报警和应急保护处理，对电池模块及电池簇的运行进行安全和优化控制，保证电池安全、可靠、稳定的运行。

3.2.3 BMS电池管理系统构成及功能描述

电池管理系统由电池管理单元ESBMM、电池簇管理单元ESBCM、电池堆管理单元 ESMU 及其电流、漏电流检测单元组成。BMS 系统具有模拟信号高精度检测及上报，故障 告警、上传和存储，电池保护，参数设置，主动均衡，电池组 SOC 定标和与其它设备信息交互等功能。

                             表2 BMS参数表

能量管理系统是储能系统的最上层管理系统，主要对储能系统和负荷进行监控，数据分析。基于数据分析结果生成实时调度运行曲线。根据预测调度曲线，制定合理的功率分配。

图5  能量管理EMS界面示意图

3.3.1 设备监控

   设备监控是查看系统中设备实时数据的模块，以组态或列表的方式查看设备的实时数据，并可通过该界面对设备进行控制和动态配置。

3.3.2 能量管理

能量管理模块是根据负荷预测结果，结合运行控制模块实测数据和系统分析模块分析结果，确定储能/负荷的协调优化控制策略。主要包含能量管理、储能调度、负荷预测、购售计划和管理策略.

能量管理系统能在并网和离网模式下运行，能实行24小时长期预测调度、短期预测调度和实时经济调度，不仅保证用户供电可靠性，还提高了系统的经济性。

3.3.3 事件告警

   系统应支持多级告警（一般告警、重要告警、紧急告警），各种告警门限值参数、阈值可设置，各级告警指示灯的颜色和声音报警频率、音量应能根据告警级别自动调整，当告警发生时均应及时自动提示告警，显示告警信息，并提供告警信息的打印功能。

告警延时处理，系统应具有告警延时和告警恢复延时设置功能，告警延时时间可由用户

设定。在告警延时范围内告警消除时，将不上送告警；在告警恢复延时范围内告警再次产生时，将不产生告警恢复信息。

3.3.4 报表管理

   提供查询、统计、整理和打印有关设备数据统计功能，以及实现基础报表软件的管理。监控管理系统具有将各类历史监测数据、告警数据和操作记录等（以下简称性能数据）保存在系统数据库或外置存储器的功能。

监控管理系统应能以直观的形式对性能数据进行显示，并能对收集的各性能数据进行分

析，检测异常状态。统计和分析结果应能以报表、曲线图、直方图和饼状图等方式显示。

监控管理系统应能定期提供被监控对象的性能数据报告，应能产生规定的各种统计资料、

图表、日志等，并能够打印。

3.3.5 安全管理

   监控管理系统应具有系统操作权限的划分和配置功能，系统管理员可增删下级各级操作

人员并根据需求分配适当的权限。当操作人员取得相应权限时，方可进行相应操作。

3.4 监控系统

监控系统采用市场成熟的多路视频安全监控完整覆盖集装箱内操作空间与重点设备观察间，支

持不小于15天的视频数据。监控系统要对集装箱内的电池系统进行消防、温湿度、烟雾等监控，并根据情况进行相应的声光报警。

                                  图6 监控拓扑

3.5 消防与空调系统

   集装箱柜内分为设备舱和电池舱两部分。电池舱采用空调制冷，相应消防措施为无管网七氟丙烷自动灭火系统；设备舱为强制风冷，配备常规干粉灭火器。

   七氟丙烷是无色、无味、无污染气体，且不导电、不含水，不会对用电设备造成伤害，灭火效率高、速度快。

3.2电池成套系统

3.6.1电芯主要参数

表3 86AH电芯参数表

图7 86AH电芯尺寸

3.6.2 电池PACK及成簇

                              表4 电池PACK及成簇（单个集装箱）

                                 图8  PACK成簇

3.6.3 电池组在集装箱内的分布

   本项目采用30英尺加高型集装箱，中间通过隔热层分为配电室与电池室，其中电池室包含电池架、消防柜、BMS控制柜、空调与照明、烟感等。配电室含室1台500KW PCS、EMS配电柜、消防控制室等。

                               图9 集装箱内分布图     

3.7 集装箱系统设计要求

 （1）集装箱内每个舱内至少配置1盏应急照明灯，一旦系统断电，箱式储能系统内的应急照明灯立即投入使用。日常运维门上方设置防护等级不低于IP54的夜间照明设备，该夜间照明设备通过配电柜内部的单组配电断路器供电，断路器可以手动关闭。

 （2）集装箱提供焊接固定方式。焊接点与整个集装箱系统的非功能性导电导体可靠连通，同时，集装箱以铜排的形式向用户提供2个符合相关标准要求的接地点，接地点与整个箱式储能系统的非功能性导电导体形成可靠的等电位连接。

 （3）集装箱箱顶配置连接可靠的高质量防雷系统，防雷系统通过接地扁钢或接地圆钢连接至集装箱系统给用户提供的2个的接地铜排上，接地系统中导体的有效截面积不小250mm2。

 （4）集装箱系统具备良好的防腐、防火、防水、防尘（防风沙）、防震、防紫外线等功能，保证集装箱系统20年内不会因腐蚀、防火、防水、防尘和紫外线等因素出现故障。

主要设备清单

                                表5 主要设备清单