安科瑞 陳聰

1.概述

大容量電池儲(chǔ)能系統(tǒng)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)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(chǔ)能系統(tǒng)在新能源并網(wǎng)中的應(yīng)用，國外也已開展了一定的研究。上世紀(jì)90年代末德國在Herne1MW的光伏電站和Bocholt2MW的風(fēng)電場分別配置了容量為1.2MWh的電池儲(chǔ)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(fēng)電場安裝了6MW/6MWh的全釩液流電池（VRB）儲(chǔ)能系統(tǒng)，用于平抑輸出功率波動(dòng)。2009年英國EDF電網(wǎng)將600kW/200kWh鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)配置在東部一個(gè)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(chǔ)能電站（系統(tǒng)）在電網(wǎng)中的應(yīng)用目的主要考慮“負(fù)荷調(diào)節(jié)、配合新能源接入、彌補(bǔ)線損、功率補(bǔ)償、提高電能質(zhì)量、孤網(wǎng)運(yùn)行、削峰填谷”等幾大功能應(yīng)用。比如：削峰填谷，改善電網(wǎng)運(yùn)行曲線，通俗一點(diǎn)解釋，儲(chǔ)能電站就像一個(gè)儲(chǔ)電銀行，可以把用電低谷期富余的電儲(chǔ)存起來，在用電高峰的時(shí)候再拿出來用，這樣就減少了電能的浪費(fèi)；此外儲(chǔ)能電站還能減少線損，增加線路和設(shè)備使用壽命；優(yōu)化系統(tǒng)電源布局，改善電能質(zhì)量。而儲(chǔ)能電站的綠色優(yōu)勢則主要體現(xiàn)在：科學(xué)安全，建設(shè)周期短；綠色環(huán)保，促進(jìn)環(huán)境友好；集約用地，減少資源消耗等方面。

2.設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

GB21966-2008鋰原電池和蓄電池在運(yùn)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(dòng)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(dòng)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(hù)裝置逆變電源技術(shù)條件

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

GB/T14537-1993 量度繼電器和保護(hù)裝置的沖擊與碰撞試驗(yàn)

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

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

GB/T191-2008包裝儲(chǔ)運(yùn)圖示標(biāo)志

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

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

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

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

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

GB4208-2008 外殼防護(hù)等級(jí)（IP代碼）

GB/T17626-2006 電磁兼容試驗(yàn)和測量技術(shù)

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

GB7947-2006 人機(jī)界面標(biāo)志標(biāo)識(shí)的基本和安全規(guī)則導(dǎo)體的顏色或數(shù)字標(biāo)識(shí)

GB8702-88 電磁輻射防護(hù)規(guī)定

DL/T5429-2009 電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程

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

DL/T620-1997 交流電氣裝置的過電壓保護(hù)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(shè)計(jì)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(yàn)方法

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

QC/T743-2006《電動(dòng)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(dǎo)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(biāo)志（neqISO3864：1984）

GB16179安全標(biāo)志使用導(dǎo)則

GB/T178830.2S和0.5S級(jí)靜止式交流有功電度表

DL/T448能計(jì)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(jì)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程

SJ/T11127光伏（PV）發(fā)電系統(tǒng)過電壓保護(hù)——導(dǎo)則

IEC61000-4-30電磁兼容*4-30部分試驗(yàn)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(chǔ)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(chǔ)能電站（系統(tǒng)）主要配合光伏并網(wǎng)發(fā)電應(yīng)用，因此，整個(gè)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(yīng)的儲(chǔ)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(yīng)將光能轉(zhuǎn)換為電能，然后對(duì)鋰電池組充電，通過逆變器將直流電轉(zhuǎn)換為交流電對(duì)負(fù)載進(jìn)行供電；

2、智能控制器根據(jù)日照強(qiáng)度及負(fù)載的變化，不斷對(duì)蓄電池組的工作狀態(tài)進(jìn)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(fù)載。另一方面把多余的電能送往蓄電池組存儲(chǔ)。發(fā)電量不能滿足負(fù)載需要時(shí)，控制器把蓄電池的電能送往負(fù)載，保證了整個(gè)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(tái)逆變器組成，把蓄電池中的直流電變成標(biāo)準(zhǔn)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(shí)起到能量調(diào)節(jié)和平衡負(fù)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(xué)能儲(chǔ)存起來，以備供電不足時(shí)使用。

3.2儲(chǔ)能子系統(tǒng)

3.2.1儲(chǔ)能電池組

(1)電池選型原則

作為配合光伏發(fā)電接入，實(shí)現(xiàn)削峰填谷、負(fù)荷補(bǔ)償，提高電能質(zhì)量應(yīng)用的儲(chǔ)能電站，儲(chǔ)能電池是非常重要的一個(gè)部件，須滿足以下要求：

?容易實(shí)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(yù)知電池容量和性能的情況下實(shí)現(xiàn)對(duì)電站負(fù)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(yīng)該發(fā)生爆炸、燃燒等危及電站安全運(yùn)行的故障；

?具有良好的快速響應(yīng)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(hù)；

?具有較好的環(huán)境適應(yīng)性，較寬的工作溫度范圍；

?符合環(huán)境保護(hù)的要求，在電池生產(chǎn)、使用、回收過程中不產(chǎn)生對(duì)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(qiáng)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(yīng)渠道受限，較昂貴。從運(yùn)營和維護(hù)成本來看，鈉硫需要持續(xù)供熱，全釩液流電池需要泵進(jìn)行流體控制，增加了運(yùn)營成本，而鋰電池幾乎不需要維護(hù)。根據(jù)國內(nèi)外儲(chǔ)能電站應(yīng)用現(xiàn)狀和電池特點(diǎn)，建議儲(chǔ)能電站電池選型主要為磷酸鐵鋰電池。

3.2.2電池管理系統(tǒng)(BMS)

（1）電池管理系統(tǒng)的要求

在儲(chǔ)能電站中，儲(chǔ)能電池往往由幾十串甚至幾百串以上的電池組構(gòu)成。由于電池在生產(chǎn)過程和使用過程中，會(huì)造成電池內(nèi)阻、電壓、容量等參數(shù)的不一致。這種差異表現(xiàn)為電池組充滿或放完時(shí)串聯(lián)電芯之間的電壓不相同，或能量的不相同。這種情況會(huì)導(dǎo)致部分過充，而在放電過程中電壓過低的電芯有可能被過放，從而使電池組的離散性明顯增加，使用時(shí)更容易發(fā)生過充和過放現(xiàn)象，整體容量急劇下降，整個(gè)電池組表現(xiàn)出來的容量為電池組中性能*差的電池芯的容量，*終導(dǎo)致電池組提前失效。

因此，對(duì)于磷酸鐵鋰電池電池組而言，均衡保護(hù)電路是須的。當(dāng)然，鋰電池的電池管理系統(tǒng)不僅僅是電池的均衡保護(hù)，還有更多的要求以保證鋰電池儲(chǔ)能系統(tǒng)穩(wěn)定可靠的運(yùn)行。

（2）電池管理系統(tǒng)BMS的具體功能

1）基本保護(hù)功能

單體電池電壓均衡功能

此功能是為了修正串聯(lián)電池組中由于電池單體自身工藝差異引起的電壓、或能量的離散性，避免個(gè)別單體電池因過充或過放而導(dǎo)致電池性能變差甚至損壞情況的發(fā)生，使得所有個(gè)體電池電壓差異都在一定的合理范圍內(nèi)。要求各節(jié)電池之間誤差小于±30mv。

電池組保護(hù)功能

單體電池過壓、欠壓、過溫報(bào)警，電池組過充、過放、過流報(bào)警保護(hù)，切斷等。

2）數(shù)據(jù)采集功能

采集的數(shù)據(jù)主要有：單體電池電壓、單體電池溫度（實(shí)際為每個(gè)電池模組的溫度）、組端電壓、充放電電流，計(jì)算得到蓄電池內(nèi)阻。

通訊接口：采用數(shù)字化通訊協(xié)議IEC61850。在儲(chǔ)能電站系統(tǒng)中，需要和調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行通訊，上送數(shù)據(jù)和執(zhí)行指令。

3）診斷功能

BMS應(yīng)具有電池性能的分析診斷功能，能根據(jù)實(shí)時(shí)測量蓄電池模塊電壓、充放電電流、溫度和單體電池端電壓、計(jì)算得到的電池內(nèi)阻等參數(shù)，通過分析診斷模型，得出單體電池當(dāng)前容量或剩余容量（SOC）的診斷，單體電池健康狀態(tài)（SOH）的診斷、電池組狀態(tài)評(píng)估，以及在放電時(shí)當(dāng)前狀態(tài)下可持續(xù)放電時(shí)間的估算。根據(jù)電動(dòng)汽車相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求《鋰離子蓄電池總成通用要求》（目前儲(chǔ)能電站無相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)），對(duì)剩余容量（SOC）的診斷精度為5%，對(duì)健康狀態(tài)（SOH）的診斷精度為8%。

4）熱管理

鋰電池模塊在充電過程中，將產(chǎn)生大量的熱能，使整個(gè)電池模塊的溫度上升，因而，BMS應(yīng)具有熱管理的功能。

5）故障診斷和容錯(cuò)

若遇異常，BMS應(yīng)給出故障診斷告警信號(hào)，通過監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給上層控制系統(tǒng)。

對(duì)儲(chǔ)能電池組每串電池進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，通過電壓、電流等參數(shù)的監(jiān)測分析，計(jì)算內(nèi)阻及電壓的變化率，以及參考相對(duì)溫升等綜合辦法，即時(shí)檢查電池組中是否有某些已壞不能再用的或可能很快會(huì)壞的電池，判斷故障電池及定位，給出告警信號(hào)，并對(duì)這些電池采取適當(dāng)處理措施。當(dāng)故障積累到一定程度，而可能出現(xiàn)或開始出現(xiàn)惡性事故時(shí)，給出重要告警信號(hào)輸出、并切斷充放電回路母線或者支路電池堆，從而避免惡性事故發(fā)生。

采用儲(chǔ)能電池的容錯(cuò)技術(shù)，如電池旁路或能量轉(zhuǎn)移等技術(shù)，當(dāng)某一單體電池發(fā)生故障時(shí)，以避免對(duì)整組電池運(yùn)行產(chǎn)生影響。

管理系統(tǒng)對(duì)系統(tǒng)自身軟硬件具有自檢功能，即使器件損壞，也不會(huì)影響電池安全。確保不會(huì)因管理系統(tǒng)故障導(dǎo)致儲(chǔ)能系統(tǒng)發(fā)生故障，甚至導(dǎo)致電池?fù)p壞或發(fā)生惡性事故。

6）建議方案

?均衡保護(hù)技術(shù)

建議能量轉(zhuǎn)移法（儲(chǔ)能均衡）。

?其它保護(hù)技術(shù)

對(duì)于電池的過壓、欠壓、過流等故障情況，采取了切斷回路的方式進(jìn)行保護(hù)。

對(duì)瞬間的短路的過流狀態(tài)，過流保護(hù)的延時(shí)時(shí)間一般至少要幾百微秒至毫秒，而短路保護(hù)的延時(shí)時(shí)間是微秒級(jí)的，幾乎是短路的瞬間就切斷了回路，可以避免短路對(duì)電池帶來的巨大損傷。

在母線回路中一般采用快速熔斷器，在各個(gè)電池模塊中，采用高速功率電子器件實(shí)現(xiàn)快速切斷。

?蓄電池在線容量評(píng)估SOC

在測量動(dòng)態(tài)內(nèi)阻和真值電壓等基礎(chǔ)上，利用充電特性與放電特性的對(duì)應(yīng)關(guān)系，采用多種模式分段處理辦法，建立數(shù)學(xué)分析診斷模型，來測量剩余電量SOC。

分析鋰電池的放電特性,基于積分法采用動(dòng)態(tài)更新電池電量的方法,考慮電池自放電現(xiàn)象,對(duì)電池的在線電流、電壓、放電時(shí)間進(jìn)行測量；預(yù)測和計(jì)算電池在不同放電情況下的剩余電量，并根據(jù)電池的使用時(shí)間和環(huán)境溫度對(duì)電量預(yù)測進(jìn)行校正，給出剩余電量SOC的預(yù)測值。

為了解決電池電量變化對(duì)測量的影響，可采用動(dòng)態(tài)更新電池電量的方法，即使用上一次所放出的電量作為本次放電的基準(zhǔn)電量，這樣隨著電池的使用，電池電量減小體現(xiàn)為基準(zhǔn)電量的減小；同時(shí)基準(zhǔn)電量還需要根據(jù)外界環(huán)境溫度變化進(jìn)行相應(yīng)修正。

?蓄電池健康狀態(tài)評(píng)估SOH

對(duì)鋰電池整個(gè)壽命運(yùn)行曲線充放電特性的對(duì)應(yīng)關(guān)系分析，進(jìn)行曲線擬合和比對(duì)，得出蓄電池健康狀態(tài)評(píng)估值SOH，同時(shí)根據(jù)運(yùn)行環(huán)境對(duì)評(píng)估值進(jìn)行修正。

?蓄電池組的熱管理

在電池選型和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)充分考慮熱管理的設(shè)計(jì)。圓柱形電芯在排布中的透氣孔設(shè)計(jì)及鋁殼封裝能幫助電芯更好的散熱，可有效防鼓，保證穩(wěn)定。

BMS含有溫度檢測，對(duì)電池的溫度進(jìn)行監(jiān)控，如果溫度高于保護(hù)值將開啟風(fēng)機(jī)強(qiáng)制冷卻，若溫度達(dá)到危險(xiǎn)值，該電池堆能自動(dòng)退出運(yùn)行。

3.3并網(wǎng)控制子系統(tǒng)

本子系統(tǒng)包括儲(chǔ)能電站內(nèi)將直流電變換成交流電的設(shè)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(shè)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?fù)?/span>

?設(shè)計(jì)原則

?符合大容量電池組電壓等級(jí)和功率等級(jí)；

?結(jié)構(gòu)簡單、可靠穩(wěn)定，功率損耗低；

?能夠靈活進(jìn)行整流逆變雙向切換運(yùn)行；

?采用常規(guī)功率開關(guān)器件，設(shè)計(jì)模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化；

?并網(wǎng)諧波含量低，濾波簡單；

?發(fā)展現(xiàn)狀

低壓等級(jí)（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?fù)浼夹g(shù)的發(fā)展，較高電壓等級(jí)（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(jí)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(yīng)用的DC/DC變換器拓?fù)渲饕捎梅歉綦x型雙向Buck/Boost電路，多模塊交錯(cuò)并聯(lián)實(shí)現(xiàn)擴(kuò)容；DC/AC部分主要包括多重化、多電平、交錯(cuò)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(chǔ)能系統(tǒng)可采用電壓源型PCS，并聯(lián)接入電網(wǎng)，PCS設(shè)計(jì)成四象限運(yùn)行，能獨(dú)立的進(jìn)行有功、無功控制。目前電池組電壓等級(jí)一般低于2kV，大容量電池儲(chǔ)能系統(tǒng)具有低壓大電流特點(diǎn)。考慮兩級(jí)變換結(jié)構(gòu)損耗大，建議采用單級(jí)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(jìn)行擴(kuò)容，采用移相載波調(diào)制和環(huán)流抑*實(shí)現(xiàn)單元間的功率均分。結(jié)構(gòu)簡單、易控制、模塊化、容錯(cuò)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(dǎo)則；

?進(jìn)行有功、無功獨(dú)立調(diào)節(jié)；

?能夠適應(yīng)電網(wǎng)故障運(yùn)行。

?研究現(xiàn)狀

國內(nèi)外對(duì)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(biāo)的不同，提出了PQ控制、下垂控制、虛擬同步機(jī)控制等，內(nèi)環(huán)一般采用電流環(huán)，提出了自然坐標(biāo)系、靜止坐標(biāo)系和同步坐標(biāo)系下的控制策略。電池儲(chǔ)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(biāo)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(jìn)行有功、無功控制。

?低電壓穿越能力強(qiáng)，逆變器對(duì)電網(wǎng)電壓應(yīng)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(yùn)行，甚至在輸出端短路時(shí)仍可輸出，此時(shí)逆變器保持額定的輸出電流不變。

?實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)故障狀態(tài)下電池儲(chǔ)能系統(tǒng)緊急控制，以及電網(wǎng)恢復(fù)后電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的重新同步控制。

3.4儲(chǔ)能電站聯(lián)合控制調(diào)度子系統(tǒng)

常規(guī)的儲(chǔ)能電站控制系統(tǒng)使用的產(chǎn)品來自于不同的供應(yīng)商。幾乎每個(gè)產(chǎn)品供應(yīng)商都具有一套自己的標(biāo)準(zhǔn),整個(gè)儲(chǔ)能電站里運(yùn)行的規(guī)約就可能達(dá)到好幾種。于是當(dāng)一個(gè)儲(chǔ)能電站需要將不同廠商的產(chǎn)品集成到一個(gè)系統(tǒng)時(shí)，就不得不花很大的代價(jià)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(fù)雜性降低了可靠性，另一方面增加了系統(tǒng)成本和維護(hù)的復(fù)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(dòng)化系統(tǒng)的通訊網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)的國際標(biāo)準(zhǔn)。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(gè)系統(tǒng)中去，能夠在各種自動(dòng)化系統(tǒng)內(nèi)部準(zhǔn)確、快速地交換數(shù)據(jù)，實(shí)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(chǔ)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(chǔ)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(shí)時(shí)信息。

儲(chǔ)能電站控制系統(tǒng)采用模塊化、功能集成的設(shè)計(jì)思想，分為系統(tǒng)層和設(shè)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(luò)，采用星型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

?系統(tǒng)層配置：

系統(tǒng)層主要實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)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(shí)時(shí)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(chǔ)能電站和變電站之間鋪設(shè)光纖，將儲(chǔ)能電站的實(shí)時(shí)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(shí)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(shè)備層配置：

設(shè)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(hù)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(duì)整個(gè)儲(chǔ)能系統(tǒng)的安全運(yùn)行、儲(chǔ)能系統(tǒng)控制策略的選擇、充電模式的選擇以及運(yùn)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(shí)時(shí)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(dá)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(shí)現(xiàn)對(duì)電池充放電的控制，滿足儲(chǔ)能系統(tǒng)并網(wǎng)要求。研究多目標(biāo)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(jìn)行雙向平滑切換運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)有功、無功獨(dú)立控制。另外，在電網(wǎng)故障條件下，研究多儲(chǔ)能PCS單元的協(xié)調(diào)控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)局部電網(wǎng)的安全運(yùn)行。智能組件將PCS需要上傳的開關(guān)量、模擬量、非電量、運(yùn)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(shí)將監(jiān)控系統(tǒng)下發(fā)的模式切換命令及定值設(shè)定轉(zhuǎn)發(fā)給PCS。

?配電系統(tǒng)保護(hù)測控裝置：

采用數(shù)字化保護(hù)測控一體化裝置，采用直接對(duì)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(diǎn)直接采集；斷路器的跳合閘通過硬接點(diǎn)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(chǔ)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(fēng)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(fèi)。主要原因之一就是：儲(chǔ)能技術(shù)落后，現(xiàn)有儲(chǔ)能電站無法實(shí)現(xiàn)功率補(bǔ)償，無法滿足功率平滑的需求。可以說，儲(chǔ)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(chǔ)能電站也廣泛適用于如下場合：

　　(1)、負(fù)荷波動(dòng)大的工廠、企業(yè)、商務(wù)中*等；

　　(2)、需要具備“黑啟動(dòng)”功能的發(fā)電站；

　　(3)、發(fā)電質(zhì)量有波動(dòng)的風(fēng)能和潮汐能發(fā)電站；

　　(4)、需要夜間儲(chǔ)存能量以供白天使用的核能、風(fēng)能等發(fā)電設(shè)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(shí)大型負(fù)荷中*。

采用磷酸鐵鋰電池這一儲(chǔ)能技術(shù)為核心的儲(chǔ)能電站，相比于抽水蓄能、壓縮空氣儲(chǔ)能等現(xiàn)有儲(chǔ)能技術(shù)，具有明顯的成本和運(yùn)行壽命優(yōu)勢，經(jīng)濟(jì)效益突出，需求巨大，應(yīng)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(fù)荷差距越來越大，磷酸鐵鋰電池儲(chǔ)能電站（系統(tǒng)）作為一項(xiàng)新興技術(shù)，將給電網(wǎng)儲(chǔ)能領(lǐng)域帶來革命性的技術(shù)更新，具有巨大的社會(huì)效應(yīng)和經(jīng)濟(jì)效應(yīng)。

5.Acrel-2000ES儲(chǔ)能能量管理系統(tǒng)

5.1平臺(tái)概述

安科瑞Acrel-2000ES儲(chǔ)能能量管理系統(tǒng)具有完善的儲(chǔ)能監(jiān)控與管理功能,涵蓋了儲(chǔ)能系統(tǒng)設(shè)備(PCS、BMS、電表、消防、空調(diào)等)的詳細(xì)信息,實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)查詢與分析、可視化監(jiān)控、報(bào)警管理、統(tǒng)計(jì)報(bào)表等功能。在*級(jí)應(yīng)用上支持能量調(diào)度,具備計(jì)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(chǔ)能一體柜,也可以用于儲(chǔ)能集裝箱,是專門用于設(shè)備管理的一套軟件系統(tǒng)平臺(tái)。

5.2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

5.3系統(tǒng)功能

5.3.1實(shí)時(shí)監(jiān)測

系統(tǒng)人機(jī)界面友好，能夠顯示儲(chǔ)能柜的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)時(shí)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(shí)時(shí)顯示有關(guān)故障、告警、收益等信息。

5.3.2設(shè)備監(jiān)控

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

PCS監(jiān)控：滿足儲(chǔ)能變流器的參數(shù)與限值設(shè)置；運(yùn)行模式設(shè)置；實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)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(shí)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(shè)置；實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能電池的電芯、電池簇的溫度、電壓、電流的監(jiān)測；實(shí)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(shè)置的閾值進(jìn)行空調(diào)溫度的聯(lián)動(dòng)調(diào)節(jié)，并實(shí)時(shí)監(jiān)測空調(diào)的運(yùn)行狀態(tài)及溫濕度數(shù)據(jù)，以曲線形式進(jìn)行展示。

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

5.3.3曲線報(bào)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(chǔ)能系統(tǒng)設(shè)備參數(shù)的配置、電價(jià)參數(shù)與時(shí)段的設(shè)置、控制策略的選擇。目前支持的控制策略包含計(jì)劃曲線、削峰填谷、需量控制等。

5.3.5實(shí)時(shí)報(bào)警

儲(chǔ)能能量管理系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)告警功能，系統(tǒng)能夠?qū)?chǔ)能充放電越限、溫度越限、設(shè)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(jì)

儲(chǔ)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(jìn)行存儲(chǔ)和管理，方便用戶對(duì)系統(tǒng)事件和報(bào)警進(jìn)行歷史追溯，查詢統(tǒng)計(jì)、事故分析。

5.3.7遙控操作

可以通過每個(gè)設(shè)備下面的紅色按鈕對(duì)PCS、風(fēng)機(jī)、除濕機(jī)、空調(diào)控制器、照明等設(shè)備進(jìn)行相應(yīng)的控制，但是當(dāng)設(shè)備未通信上時(shí)，控制按鈕會(huì)顯示無效狀態(tài)。

5.3.8用戶權(quán)限管理

儲(chǔ)能能量管理系統(tǒng)為保障系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，設(shè)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(jí)別用戶的登錄名、密碼及操作權(quán)限，為系統(tǒng)運(yùn)行、維護(hù)、管理提供可靠的安全保障。

6相關(guān)平臺(tái)部署硬件選型清單

參考文獻(xiàn)

1. 劉鳳.儲(chǔ)能電站技術(shù)方案設(shè)計(jì)

2. 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊.2022.05版