光伏储能系统总体技术方案 2011-12-20 目录 1.概述.3 2.设计标准4 3.储能电站（配合光伏并网发电）方案.6 3.1 系统架构 6 3.2 光伏发电子系统 7 3.3 储能子系统 7 3.3.1 储能电池组 .8 3.3.2 电池管理系统(BMS).9 3.4 并网控制子系统 12 3.5 储能电站联合控制调度子系统14 4.储能电站（系统）整体发展前景 16 1.概述概述 大容量电池储能系统在电力系统中的应用已有 20 多年的历史，早期主要用 于孤立电网的调频、热备用、调压和备份等。电池储能系统在新能源并网中的应 用，国外也已开展了一定的研究。上世纪 90 年代末德国在 Herne 1MW 的光伏 电站和 Bocholt 2MW 的风电场分别配置了容量为 1.2MWh 的电池储能系统， 提供削峰、 不中断供电和改善电能质量功能。 从 2003 年开始， 日本在 Hokkaido 30.6MW 风电场安装了 6MW /6MWh 的全钒液流电池（VRB）储能系统，用于 平抑输出功率波动。2009 年英国 EDF 电网将 600kW/200kWh 锂离子电池储能 系统配置在东部一个 11KV 配电网 STATCOM 中，用于潮流和电压控制，有功 和无功控制。 总体来说，储能电站（系统）在电网中的应用目的主要考虑“负荷调节、配 合新能源接入、弥补线损、功率补偿、提高电能质量、孤网运行、削峰填谷 负荷调节、配 合新能源接入、弥补线损、功率补偿、提高电能质量、孤网运行、削峰填谷” 等几大功能应用。比如：削峰填谷，改善电网运行曲线，通俗一点解释，储能电 站就像一个储电银行，可以把用电低谷期富余的电储存起来，在用电高峰的时候 再拿出来用，这样就减少了电能的浪费；此外储能电站还能减少线损，增加线路 和设备使用寿命；优化系统电源布局，改善电能质量。而储能电站的绿色优势则 主要体现在：科学安全，建设周期短；绿色环保，促进环境友好；集约用地，减 少资源消耗等方面。 2.设计标准设计标准 GB 21966-2008 锂原电池和蓄电池在运输中的安全要求 GJB 4477-2002 锂离子蓄电池组通用规范 QC/T 743-2006 电动汽车用锂离子蓄电池 GB/T 12325-2008 电能质量供电电压偏差 GB/T 12326-2008 电能质量电压波动和闪变 GB/T 14549-1993 电能质量公用电网谐波 GB/T 15543-2008 电能质量三相电压不平衡 GB/T 2297-1989 太阳光伏能源系统术语 DL/T 527-2002 静态继电保护装置逆变电源技术条件 GB/T 13384-2008 机电产品包装通用技术条件 GB/T 14537-1993 量度继电器和保护装置的冲击与碰撞试验 GB/T 14598.27-2008 量度继电器和保护装置 第 27 部分：产品安全要求 DL/T 478-2001 静态继电保护及安全自动装置通用技术条件 GB/T 191-2008 包装储运图示标志 GB/T 2423.1-2008 电工电子产品环境试验 第 2 部分：试验方法 试验 A：低温 GB/T 2423.2-2008 电工电子产品环境试验 第 2 部分：试验方法 试验 B：高温 GB/T 2423.3-2006 电工电子产品环境试验 第 2 部分：试验方法 试验 Cab：恒定湿热试验 GB/T 2423.8-1995 电工电子产品环境试验 第 2 部分：试验方法 试验 Ed：自由跌落 GB/T 2423.10-2008 电工电子产品环境试验 第 2 部分 ： 试验方法 试 验 Fc：振动（正弦） GB 4208-2008 外壳防护等级（IP 代码） GB/T 17626 -2006 电磁兼容 试验和测量技术 GB 14048.1-2006 低压开关设备和控制设备 第 1 部分：总则 GB 7947-2006 人机界面标志标识的基本和安全规则 导体的颜色 或数字标识 GB 8702-88 电磁辐射防护规定 DL/T 5429-2009 电力系统设计技术规程 DL/T 5136-2001 火力发电厂、变电所二次接线设计技术规程 DL/T 620-1997 交流电气装置的过电压保护和绝缘配合 DL/T 621-1997 交流电气装置的接地 GB 50217-2007 电力工程电缆设计规范 GB 2900.11-1988 蓄电池名词术语 IEC 61427-2005 光伏系统（PVES）用二次电池和蓄电池组 一般要 求和试验方法 Q/GDW 564-2010 储能系统接入配电网技术规定 QC/T 743-2006 电动汽车用锂离子蓄电池 GB/T 18479-2001 地面用光伏（PV）发电系统概述和导则 GB/T 19939-2005 光伏系统并网技术要求 GB/T 20046-2006 光伏（PV）系统电网接口特性 GB 2894 安全标志（neq ISO 3864：1984） GB 16179 安全标志使用导则 GB/T 17883 0.2S 和 0.5S 级静止式交流有功电度表 DL/T 448 能计量装置技术管理规定 DL/T 614 多功能电能表 DL/T 645 多功能电能表通信协议 DL/T 5202 电能量计量系统设计技术规程 SJ/T 11127 光伏（PV）发电系统过电压保护导则 IEC 61000-4-30 电磁兼容第 4-30 部分试验和测量技术电能质量 IEC 60364-7-712 建筑物电气装置第 7-712 部分： 特殊装置或场所的要求 太阳光伏（PV）发电系统 3.储能电站（配合光伏并网发电）方案储能电站（配合光伏并网发电）方案 3.1 系统架构系统架构 在本方案中，储能电站（系统）主要配合光伏并网发电应用，因此，整个系 统是包括光伏组件阵列、光伏控制器、电池组、电池管理系统（BMS） 、逆变器 以及相应的储能电站联合控制调度系统等在内的发电系统。系统架构图如下： 储能电站（配合光伏并网发电应用）架构图 储能电站（配合光伏并网发电应用）架构图 1、光伏组件阵列利用太阳能电池板的光伏效应将光能转换为电能，然后对 锂电池组充电，通过逆变器将直流电转换为交流电对负载进行供电； 2、智能控制器根据日照强度及负载的变化，不断对蓄电池组的工作状态进 行切换和调节：一方面把调整后的电能直接送往直流或交流负载。另一方面把多 余的电能送往蓄电池组存储。发电量不能满足负载需要时，控制器把蓄电池的电 能送往负载，保证了整个系统工作的连续性和稳定性； 4、 并网逆变系统由几台逆变器组成， 把蓄电池中的直流电变成标准的 380V 市电接入用户侧低压电网或经升压变压器送入高压电网。 5、锂电池组在系统中同时起到能量调节和平衡负载两大作用。它将光伏发 电系统输出的电能转化为化学能储存起来，以备供电不足时使用。 3.2 光伏发电子系统光伏发电子系统 略。 3.3 储能子系统储能子系统 3.3.1 储能电池组储能电池组 (1)电池选型原则电池选型原则 作为配合光伏发电接入，实现削峰填谷、负荷补偿，提高电能质量应用的储 能电站，储能电池是非常重要的一个部件，必须满足以下要求： 容易实现多方式组合，满足较高的工作电压和较大工作电流； 电池容量和性能的可检测和可诊断，使控制系统可在预知电池容量和性能的 情况下实现对电站负荷的调度控制； 高安全性、可靠性：在正常使用情况下，电池正常使用寿命不低于 15 年； 在极限情况下，即使发生故障也在受控范围，不应该发生爆炸、燃烧等危及 电站安全运行的故障； 具有良好的快速响应和大倍率充放电能力，一般要求 5-10 倍的充放电能力； 较高的充放电转换效率； 易于安装和维护； 具有较好的环境适应性，较宽的工作温度范围； 符合环境保护的要求，在电池生产、使用、回收过程中不产生对环境的破坏 和污染； (2) 主要电池类型比较主要电池类型比较 表 1、几种电池性能比较 钠硫电池钠硫电池 全钒液流电池全钒液流电池 磷酸铁锂电池磷酸铁锂电池 阀控铅酸电池阀控铅酸电池 现有应用 规模等级 100kW34MW 5kW6MW kWMW kWMW 比较适合 的应用场 合 大规模削峰填谷、 平抑可再生能源 发电波动 大规模削峰填 谷、平抑可再生 能源发电波动 可选择功率型或 能量型， 适用范围 广泛 大规模削峰填谷、 平抑可再生能源发 电波动 安全性 不可过充电；钠、 硫的渗漏， 存在潜 在安全隐患 安全 需要单体监控， 安 全性能已有较大 突破 安全性可接受，但 废旧铅酸蓄电池严 重污染土壤和水源 能量密度 100-700 Wh/kg - 120-150Wh/kg 30-50 Wh/kg 倍率特性 5-10C 1.5C 5-15C 0.1-1C 转换效率 95% 70% 95% 80% 寿命 2500 次 15000 次 2000 次 300 次 成本 23000 元/kWh 15000 元/kWh 3000 元/kWh 700 元/kWh 资源和环 保 资源丰富； 存在一 定的环境风险 资源丰富 资源丰富； 环境友 好 资源丰富；存在一 定的环境风险 MW 级系 统占地 150-200 平米 /MW 800-1500 平米 /MW 100-150 平米 /MW(h) 150-200 平米 MW 关注点 安全、一致性、成 本 可靠性、 成熟性、 成本 一致性 一致性、寿命 (3)建议方案建议方案 从初始投资成本来看，锂离子电池有较强的竞争力，钠硫电池和全钒液流电 池未形成产业化，供应渠道受限，较昂贵。从运营和维护成本来看，钠硫需要持 续供热，全钒液流电池需要泵进行流体控制，增加了运营成本，而锂电池几乎不 需要维护。根据国内外储能电站应用现状和电池特点，建议储能电站电池选型主 要为磷酸铁锂电池。 3.3.2 电池管理系统电池管理系统(BMS) （1）电池管理系统的要求）电池管理系统的要求 在储能电站中，储能电池往往由几十串甚至几百串以上的电池组构成。由于 电池在生产过程和使用过程中，会造成电池内阻、电压、容量等参数的不一致。 这种差异表现为电池组充满或放完时串联电芯之间的电压不相同， 或能量的不相 同。这种情况会导致部分过充，而在放电过程中电压过低的电芯有可能被过放， 从而使电池组的离散性明显增加，使用时更容易发生过充和过放现象，整体容量 急剧下降，整个电池组表现出来的容量为电池组中性能最差的电池芯的容量，最 终导致电池组提前失效。 因此，对于磷酸铁锂电池电池组而言，均衡保护电路是必须的。当然，锂电 池的电池管理系统不仅仅是电池的均衡保护， 还有更多的要求以保证锂电池储能 系统稳定可靠的运行。 （2）电池管理系统）电池管理系统 BMS 的具体功能的具体功能 基本保护功能基本保护功能 单体电池电压均衡功能 此功能是为了修正串联电池组中由于电池单体自身工艺差异引起的电压、 或 能量的离散性， 避免个别单体电池因过充或过放而导致电池性能变差甚至损坏情 况的发生，使得所有个体电池电压差异都在一定的合理范围内。要求各节电池之 间误差小于30mv。 电池组保护功能 单体电池过压、欠压、过温报警，电池组过充、过放、过流报警保护，切断 等。 数据采集功能数据采集功能 采集的数据主要有：单体电池电压、单体电池温度（实际为每个电池模组的 温度） 、组端电压、充放电电流，计算得到蓄电池内阻。 通讯接口：采用数字化通讯协议 IEC61850。在储能电站系统中，需要和调 度监控系统进行通讯，上送数据和执行指令。 诊断功能诊断功能 BMS 应具有电池性能的分析诊断功能，能根据实时测量蓄电池模块电压、 充放电电流、温度和单体电池端电压、计算得到的电池内阻等参数，通过分析诊 断模型，得出单体电池当前容量或剩余容量（SOC）的诊断，单体电池健康状 态（SOH）的诊断、电池组状态评估，以及在放电时