1、 1 百兆瓦时级储能系统集成百兆瓦时级储能系统集成技术研究与实践技术研究与实践2019-05Version 0.1 2 2 Contents Page目录页一 概述二 储能系统技术路线三 储能系统设计方案四 储能系统安全设计五 供货业绩 3 3 Contents Page目录页1 1 项目背景 4 第二章执行力缺失原因换流阀原理1 项目背景工程规模：电源总装机70万千瓦风电：40万千瓦光伏：20万千瓦光热：5万千瓦储能：5万千瓦风电、光伏和光热通过35kV集电线路接入110kV升压站送至330kV汇集站并网；储能电站就地升压至35kV后通过光伏电站35kV母线送至330kV汇集站。5 第二章执

2、行力缺失原因1 项目背景海西州多能互补集成优化示范工程为国家首批多能互补集成优化示范工程中第一个正式开工建设的多能互补科技创新项目国内最大的电源侧集中式电化学储能电站；国内最大的电源侧集中式电化学储能电站；国际最大的虚拟同步机电化学储能电站国际最大的虚拟同步机电化学储能电站；世界上容量最大的“风光热储调荷”虚拟同世界上容量最大的“风光热储调荷”虚拟同步机示范工程步机示范工程；首个电源侧接入的百兆瓦时级集中式电化学首个电源侧接入的百兆瓦时级集中式电化学储能电站。储能电站。6 6 Contents Page目录页2 2 储能系统技术路线 7 第二章执行力缺失原因换流阀原理2.1 储能电站运行状态分

3、析 储能电站功能分析光伏、储能、光储联合的功率变化曲线图平滑功率波动 出力波动影响系统稳定运行 制定相应的平抑控制策略跟踪计划曲线 风光、光热发电预测、负荷预测 储能电站功率及容量参与 制定最优的控制策略削峰填谷 快速下发控制策略 解决弃风弃光虚拟同步 频率控制 电压控制02903003350风光储出力（MW）时间/s049.749.7549.849.8549.949.9550频率（Hz）现有技术现有技术虚拟同步发虚拟同步发电机技术电机技术电网频率电网频率 8 第二章执行力缺失原因2.2 储能容量配置分析 针对新能源出力波动的储

4、能容量配置光伏发电波动率抑制到10分钟波动率大于10%的概率为3.5%时，需配置30MW储能；光伏发电波动率抑制到10分钟波动率大于10%的概率为3%时，需要配置40MW储能光伏发电波动率抑制到10分钟波动率大于10%的概率为2%时，需要配置50MW储能。青海省光伏出力波动平滑光伏出力波动时，储能配比与波动率的关系但是配置储能功率50MW以上时，波动率抑制的效果越来越不明显。而从配置时间和平滑效果考虑，储能配置时间为储能配置时间为1分钟分钟3h，可将，可将光伏发电波动率抑制到一定范围内，即在大光伏发电波动率抑制到一定范围内，即在大部分时间段，光储联合发电的部分时间段，光储联合发电的10分钟波动

5、率分钟波动率小于小于10%。9 第二章执行力缺失原因2.2 储能容量配置分析 跟踪计划出力的储能容量配置没有配置储能时，光伏实际出力与跟踪计划出力的偏差概率分布图光伏发电实际出力偏差在10%及以上的概率为9.1%，光伏发电实际出力偏差在20%及以上的概率为3.5%。光伏发电实际出力偏差在30%及以上的概率为1.5%。可见，光伏发电在没有储能的辅助下，跟踪计划出力的能力较差。10 第二章执行力缺失原因2.2 储能容量配置分析 跟踪计划出力的储能容量配置储能配比为25%(50MW/50MWh)时，光伏实际出力与日前出力计划偏差概率分布图储能配比为25%(50MW/75MWh)时，光伏实际出力与日前

6、出力计划偏差概率分布图储能配比为25%(50MW/100MWh)时，光伏实际出力与日前出力计划偏差概率分布图储能配比为25%(50MW/125MWh)时，光伏实际出力与日前出力计划偏差概率分布图 11 第二章执行力缺失原因2.2 储能容量配置分析 储能容量配置储能容量（时间）配置比例分别为0.5h，1h，1.5h,2h,2.5h,3h时，光伏实际出力与日前出力计划偏差概率分布图储能功率配置分别为40MW、50MW、60MW时，光伏实际出力与日前出力计划偏差概率分布图综上所述，在青海海西多能互补示范工程中，储能功率配置50MW、时间为2h时，储能系统可满足一次调频、平滑新能源发电出力、跟踪计划出

7、力、削峰填谷等多种应用需求。12 12 Contents Page目录页3 3 储能系统技术方案 13 第二章执行力缺失原因换流阀原理3.1 系统集成方案系统主要包含50个1MW2MWh储能子单元，每个1MW 2MWh的储能子单元包含：2台500kW储能变流器、2个500kW1MWh储能电池单元等。采用预制式结构和一体化环境安全监测控制技术，模块化设计，减小占地面积，灵活快速部署。3535kV kV 母线母线2500kVA35kV/0.38kV 1 1MWMW/2 2MWhMWh子单元子单元监控主站 数据服务器 打印服务器GPS校时就地监控就地监控1 1MWMW/2 2MWhMWh子单元子单元

8、2500kVA35kV/0.38kV1 1MWMW/2 2MWhMWh子单元子单元就地监控就地监控1 1MWMW/2 2MWhMWh子单元子单元2500kVA35kV/0.38kV1 1MWMW/2 2MWhMWh子单元子单元就地监控就地监控1 1MWMW/2 2MWhMWh子单元子单元 14 第二章执行力缺失原因换流阀原理3.1 系统集成方案单个1MW/2MWh储能单元由2个500KW/1000KWh子单元组成，共计12个186kwh电柜、2个汇流柜、2个控制柜、2台500kW PCS及1台监控柜。No.项目参数1直流侧总能量2MWh(25)初始容量2直流侧额定电压716.8V3直流侧工作电

9、压627.2V-817.6V4额定充电功率1MW 255额定放电功率1MW 256工作温度充电055；放电-20557存储温度-3060（若长期存放建议50%SOC、025）8安装方式集装箱式9通讯CAN/RS48510均衡主动均衡 15 第二章执行力缺失原因3.2 储能变流器 MW级储能变流器 四机并联，额定功率2000kW 交流内外取电无扰动切换设计；效率最高达98.5%具备低电压穿越、高电压穿越、多级并联、虚拟同步机等多种功能 高效散热系统、极强温湿度适应能力；模块化设计、接线简单、可靠性高 支持多种通讯规约，方便对上、下通讯 过载能力强，110%功率能长期连续运行，高海拔不降容3LCL

10、滤波器滤波器三电平变流器三电平变流器EMC滤波器直流直流配电配电单元单元交流交流配电配电单元单元3LCL滤波器滤波器三电平变流器三电平变流器EMC滤波器直流直流配电配电单元单元交流交流配电配电单元单元DC500V850VDC500V850VMW级储能系统集中控制单元级储能系统集中控制单元监控系统 16 第二章执行力缺失原因换流阀原理3.3 电池成组及BMS管理系统 电池箱设计电箱的设计是进行电芯的串联设计，本系统电箱选择电箱的设计是进行电芯的串联设计，本系统电箱选择1P14SNo.单体电池单体电池260Ah,LFP1电池串并联1P14S2标称电压44.8V3电压范围39.2V50.4V4配置能

11、量11.6kWh0.5C，255工作温度-20556重量约95kg7尺寸(WDH)516*690*234mm 17 第二章执行力缺失原因换流阀原理3.3 电池成组及BMS管理系统 电池柜设计本项目电柜主要安装本项目电柜主要安装16个电箱、个电箱、1个主控箱个主控箱No.项目项目规格规格1标称电压716.8V2标称容量260Ah3电压范围627.2V806.4V4能量186kWh5电池箱16pcs6主控箱1pcs7隔离开关1pcs8工作温度充电:055放电:-20559重量约1.8T10尺寸(W*D*H)1200*725*2300mm 18 第二章执行力缺失原因均衡后（放电）3.3 电池成组及B

12、MS管理系统 电池均衡维护 可实现任意单体之间的能量转移，并通过直流母线实现箱间均衡 双向能量转移，效率可达80%双向均衡电流5A 19 第二章执行力缺失原因换流阀原理3.3 电池成组及BMS管理系统 1000kWh储能电池单元系统电气原理图1000kWh的储能电池单元由6个电池柜组成，每个电池柜186kWh，6台电池柜的直流端口并联后与500kW的储能变流器相连。1#MCU2#MCU14#MCU2#BMU1#MCU2#MCU14#MCU3#BMU1#MCU2#MCU1#BMU1#MCU2#MCU14#MCU5#BMU1#MCU2#MCU14#MCU6#BMUPCSPCS控制器BMS总控单元汇

13、流柜14#MCU 20 第二章执行力缺失原因换流阀原理3.4 大数据管理平台 监控及运维控制技术输出功率跟随误差小于输出功率跟随误差小于1.5%1.5%支持百万数据量接入；动态自适应损耗计算技术 设备状态识别的功率分配算法；根据不同的电压/无功控制要求配置不同的多无功源协调控制方法；电压控制误差小于电压控制误差小于1%。储能电站调度系统储能协调控制器AGC/AVC控制一次调频调压PCSPCSPCSPCS 21 第二章执行力缺失原因换流阀原理 监控及运维控制技术智能储能电站采用“无人值守、少人值班”的设计原则，配置储能电站管理系统及智能区域集控中心，采用“集中运行、远程诊断、实时维护”的运维模式

14、，实现全站的智能化、高效化的运维管理；智能运维提高设备可用率、提高可利用小时数。传统运维人员值守设备维护日常巡检电网调度智能运维远程集控平台大数据挖掘技术状态检修专家系统标准化流程体系评估检测自动化设备3.4 大数据管理平台 22 第二章执行力缺失原因换流阀原理3.4 大数据管理平台 23 第二章执行力缺失原因3.5 集装箱设计方案 集装箱布局1MW*2MWh的储能单元布置在1个40尺标准集装箱内，集装箱尺寸为 12192 mm(L)X 2438 mm(W)X 2896 mm(H)集装箱。每个储能单元由2个500KW/1000KWh子单元构成，包含12个183kwh电柜、2个汇流柜、2个控制柜

15、、2台500kW PCS及1台监控柜。24 24 Contents Page目录页4 4 储能系统安全设计 25 第二章执行力缺失原因1、电池选型及电池成组设计：电芯和电池模组的各项性能符合国标GB/T 36276-2018 电力储能用锂离子电池的要求；系统设计中如何避免电池出现问题2、集装箱系统设计：热设计、机械应力设计、一致性设计等；3、预警及联动设计：电池预警及联动设计；4、灭火系统设计：精准的定位；灭火介质选择；快速的响应；抑制复燃。4.1 设计原则 26 第二章执行力缺失原因4.2电池成组安全设计 电芯的选择电芯，不起火，不爆炸，安全性更高；电池通过穿钉，短路，过充，过放，高温，挤压

16、等安全验证试验；电芯满足国标中关于热失控的相关要求；新国标的相关认证工作。（GBT36276-2018电力储能用锂离子电池）27 第二章执行力缺失原因4.2电池成组安全设计 电池模组的设计 激光焊接汇流排，低阻抗、高强度；专用线束集成板，防止线束损坏引起短路；电芯采用绝缘膜包覆壳体，电极和汇流排采用塑料卡槽设计，防止漏电；所用材料满足V0-阻燃等级；电箱能够满足国标中关于热扩散的要求；电池箱设计时，充分考虑其强度，通风能力及电芯连接部分在任何情况下不会短路。预留气液进口。28 第二章执行力缺失原因4.2电池成组安全设计 电池柜的设计 结构安全、可靠，具有足够的机械强度，保证元件安装后及操作时无

17、摇晃、不变形；按照UN38.3锂电池运输要求进行测试和仿真，保证长距离的运输安全；柜内电箱两侧拥有风道，电箱前部拥有风机，保证电池的温度一致性，电芯温差控制在5以内；电池柜及电箱后部预留有消防进气/液接口；高低压及信号线分开不同线槽，避免干扰和确保安全。29 第二章执行力缺失原因4.3储能系统热设计及强度设计 集装箱机械强度设计箱体经过受力分析，变形量不超过1mm，应力变形不超过材料的屈服强度；满足40吨的成套设备的吊装和运输要求；箱体采用底部八点起吊、顶部加吊杠的吊装方式，起吊点的位置通过计算保证吊装时的平衡；箱体底座载重能力符合电池系统要求。30 第二章执行力缺失原因4.3储能系统热设计及

18、强度设计 箱体防爆措施设置防爆型通风装置、防爆照明灯具和防爆开关；投切储能电池簇用的继电器，采用防爆型；集装箱设泄压口，用于箱内电池发生火灾时泄压，设置在箱体上部，采用爆破式或常闭翻板式；集装箱墙壁采用高强度瓦楞钢全焊接而成；集装箱的防火门按甲级防火门设计。31 第二章执行力缺失原因为保证舱内各个电池簇温度分布均匀，特设置风道，并在风道中设置风扇导流，最大限度利用空调制冷量，使电池温差控制在5以内。4.3储能系统热设计及强度设计 系统热设计（风道均风系统）32 第二章执行力缺失原因从设计-使用-管理-预警-保护-运维-探测-隔离-灭火各个环节予以考虑。遵循“预防为主、防消结合”的原则，系统性的

19、解决储能电池系统的安全管控。4.4 储能系统安全预警 BMS保护策略序号告警保护项1高温2低温3单体过压4单体欠压5电池簇过压6电池簇欠压7电池簇充电过流8电池簇放电过流9绝缘10温度不均衡11电压不均衡BMS采用三级故障分级判断，并设有回差机制。一级故障告警，点亮故障指示灯；二级故障通知PCS禁充禁放；三级故障控制总断路器断开；通过该策略可保障电池系统安全、可靠运行。33 BMS收集电池堆信息并处理后与PCS(储能变流器）和ESS(监控系统)进行信息交互。BMS支持通过Modbus协议向PCS上送电池堆遥测及告警保护字等信息，支持通过104协议向监控系统上送电池堆信息。PCS、监控系统共享B

20、MS信息，并与BMS联动实现充放电控制策略及告警保护等协同控制。BMSPCSESSPCS状态等功率指令等充放电控制电池堆电池堆堆电压监测等监测、保护电池堆信息PCS及升压变成套装置电池预制舱PCSESS变压器BMS电池堆高压箱汇流柜 BMS与PCS、监控系统联动控制4.4 储能系统安全预警 34 第二章执行力缺失原因4.4 储能系统安全预警 集装箱非电量采集建立一套动态的集装箱智能辅助监控系统。采集集装箱的温度、湿度、可燃气体浓度、红外可见光等信息，采集门禁、视频监控、通风装置、空调、消防系统等信息，并上传于EMS系统。温度湿度 35 第二章执行力缺失原因4.4 储能系统安全预警 消防预警设计

21、采用多种监控手段、探测逻辑进行消防预警。当发生热失控后，电池箱、电池簇甚至电池舱内会充满可燃气体。其中，CO、H2 对于电池热失控表征最为明显，可通过CO、H2等可燃气体浓度探测进行提前预警，和BMS联动控制。电池箱内或簇内增加复合探测器（烟雾、温度、可燃气体），用于局部的早期预警和灭火介质释放，做到精准预警、探测、释放。36 第二章执行力缺失原因储能系统效果方案的重点在于前期的预警，初期明火的扑灭以及抑制电池复燃（持续降温。电池的初期火灾一旦蔓延并形成大规模火灾，现有消防措施均无法有效扑灭，对于初期火灾必须采用快速感知，定向精准灭火的策略，迅速灭火，并采取措施长时间抑制电池复燃。2.5 储能

22、系统消防设计方案 灭火设计方案 37 37 Contents Page目录页5 5 典型案例 38 第二章执行力缺失原因5 典型案例国家风光储输示范工程（100MW风电、40MW光伏、20MW/84MWh储能）平滑风光波动、跟踪计划、调频、削峰填谷、电压支撑、紧急应用 张北风光储示范项目（一期）39 第二章执行力缺失原因本项目规划建设9MW的梯次电池储能系统，包含3个3MW的子系统构成，每个3MW的子系统由若干500kW储能单元构成，通过升压变压器接入35kV母线。电池堆：264Ah规格电池40簇，7.3MWh；300Ah规格电池30簇，6.2MWh。张北风光储示范项目（二期梯次电池储能）5

23、典型案例 40 第二章执行力缺失原因重组拆解回收分选测试集成应用 动力电池梯次利用三条技术路线：1）对退役电池单体分选、聚类、重组及系统集成；2）直接将电池模块作为基本单元，将性能相似的电池模块进行聚类，实现系统集成；3）电池全部拆解后不分选，通过外电路的方式进行系统重组和集成。张北风光储示范项目（二期梯次电池储能）5 典型案例 41 第二章执行力缺失原因世界首个具备虚拟同步机功能的新能源电站国家电网公司十大科技创新示范工程之一2套5MW*0.33h大容量电站式虚拟同步机，对59台2MW风机机组和12MW光伏发电进行虚拟同步机技术改造 张北风光储示范项目（5MW*0.33h虚拟同步机）5 典型

24、案例 42 第二章执行力缺失原因工程规模：电源总装机70万千瓦风电：400MW；光伏：200MW；光热：50MW；储能：50MW/100MWh5 典型案例 鲁能海西州多能互补示范工程 43 第二章执行力缺失原因采用集装箱式建站方式，分为监控、一体化电源、10kV开关、PCS变流器、电池及SVG预制舱，具有占地面积小、建设周期短（60天建设34MW/68MWh）、成本低等优点。三跃10MW/20MWh储能电站五峰山24MW/48MWh储能电站 江苏镇江调峰储能电站（101MW/202MWh）5 典型案例 44 第二章执行力缺失原因集成优势：一二次、监控系统、变流器许继自主生产。江苏镇江调峰储能电站（101MW/202MWh）5 典型案例 45 第二章执行力缺失原因整站AGC功率控制秒级响应时间 江苏镇江调峰储能电站（101MW/202MWh）5 典型案例 46 第二章执行力缺失原因 南沙高可靠性智能低碳微电网技术集成与推广商业模式研究项目5 典型案例新电池系统：500kW PCS 酸铁锂电池，标称容量780kWh;退役电池系统：250kW PCS 梯次动力磷酸铁锂电池，标称容量900kWh。47 感 谢 您 的 关 注！