曼瑞德光储-徐州电推新能源工商业储能案例

发布时间：2023-12-12 14:51浏览次数：来源于：原创

1.项目背景

项目地址：江苏省徐州市丰县

项目拟装机容量：240kWp/200kW/430kWh

项目目标：自发自用，不上网

项目建设内容：顶层建设光伏板240kW，占地面积约为1250平方，提供2套 120KW MPPT模块/100KW PCS/215KWH的光储系统。

本项目通过将储能系统安装于配电房内或生产线附近用于削峰填谷，即谷电峰用，达到节省电 费的目的，起到应急电源的作用。

同时储能系统可用于需量响应、变压器扩容及应急电源等方面。

本系统能够充分利用白天与夜晚、不同季节的峰谷电价，利用储能系统有效实现需求侧管理，合理分配， 消除昼夜峰谷价差，平衡用户用电负荷，降低用户成本。

本系统拟建设 100kW/215kWh 系统容量，采用磷酸铁锂电池，集成于储能系统柜内。

2.系统设计方案

系统柜内设备包括 1 套 215kWh 电池储能系统（含电池架、BMS 系统）、1 台 100kW 储能变流器系统、1 台 60KW MPPT 太阳能充电控制器、1 台 240KW STS 智能并离网切换模块，1 套能量管理系统（EMS），1 个储能柜体和相关辅助系统组成。

2.1 储能系统设计

本系统采用 60KW MPPT 太阳能充电控制模块，光伏板最大支持 60KW，此项目拟建 60KW 光伏阵列，储能系统控制约为 2 小时充满 215kWH 的电池系统，100kW 储能双向变流器配合 240KW STS 智能并离网切块，可满负荷状态下，从在并网模式与离网模式下实现自动切换（<20MS），电池系统采用磷酸铁锂电池，容量为 215kWh，DOD90%，可用容量 193.5kWh，允许 0.5C 放电，100KW 负载的情况下 1.9小时使用。

2.1.1 电池选型

电池采用磷酸铁锂电池，14.33KWh 一个电池模组，标称电压范围 44.8V~57.6V，单个电池簇由 15个电池模组组成，组成总容量 215.04kWh。

2.1.2 电池管理系统（BMS）设计

考虑到通信能力和系统安全性，电池管理系统采用三层架构，系统基本构架如图 2。

说明：

从控采集每组单体电压、温度主控通过通讯获取从控数据，以及采集电压、电流等。

2.1.3 电池管理系统功能

BMS 具有以下功能：

（1）电池模拟量高精度监测功能

BMU 层面，实时检测单模组电压。MBMS 检测电池簇充放电电流，系统总压，系统绝缘等。

（2）SOC 估算

通过电流积分，实现基本 SOC 估算。

配合充满与放空校正功能，有效提高 SOC 精准度。

另外，在BAMS 的管理下单独完成容量标定和 SOC 标定。

通过自身算法，得出经校正后的最新电池系统容量和SOC 标定值，并以此做为后续电池充放电管理的依据，经此得出的 SOC 值误差小，同时在长时间累积过程中会避免 SOC 误差放大的现象。

（3）电池系统报警以及保护功能

电池管理系统在电池系统出现电压、电流、温度等模拟量出现超过安全保护门限的情况时，将进行故障隔离，将问题电池簇退出运行，同时上报保护信息，并在本地进行显示。

BMS 拥有三级软件保护功能，具体项目表 2。

注：一级、二级报警故障消失后，可自动消除，三级报警一旦产生，不可自动恢复，必须人工排查后，重启系统。

（4）充、放电管理

系统运行时，实时监测每个单体电压以及电池包温度，当单体电压达到最大充电电压时，BMS强制切断继电器，对电池进行保护；

当单体电压低于最低放电电压时，BMS 强制切断继电器，对电池进行保护；

（5）均衡功能

本电池管理系统使用被动均衡策略，能够很好得维护电池组的一致性。

（6）运行参数设定功能（接入调试上位机后可进行设定）

本电池管理系统提供本地对电池管理系统的各项运行参数进行修改。参数设定项目包括：

单体电池充电上限电压

单体电池放电下限电压

电池运行最高温度

电池运行最低温度

电池簇过流门限

电池短时温升过快门限

（7）故障运行模式

当系统电池组存在部分组电池故障，需要拆卸部分电池进行维护时，可关闭故障组电池组 MBMS高压盒低压供电，对系统进行重新上电后，系统自检进入故障运行模式，通过功率限制，限制电流。

可确保部分需要维修时，不会因电池维修，系统长时间不能运行。

当电池组组间总压压差过大时，可通过上位机，强制控制部分组继电器吸合，手动控制 PCS 对电池组进行整组小电流充放电，达到减小压差功能。便于现场维护。

（8）系统运行状态显示

本电池管理系统能够在本地对电池系统的各项运行状态进行显示包括（接入调试上位机后可进行设定）：

电池单体电压/温度查询及显示

电池组电压/温度查询及显示

电池簇电流/SOC/SOH 查询及显示

告警信息显示

其他异常信息显示

电池系统容量标定及 SOC 标定

BMS 基本技术参数

2.2 储能变流器（PCS）选型设计

2.2.1 储能变流器功能简介

在本方案构建的储能系统中配置的 PCS 采用模块化设计，具备恒压、恒流、恒功率模式，支持离网、并网运行，并可在多种模式之间智能切换，同时兼具无功补偿及谐波补偿功能。

本次方案采用的是 PCS 模块功率为：100KW

2.2.2 100kW 储能变流器选型设计

本方案中，直流侧设计输入电压范围为：650V-1000V，储能变流器采用 100kW 系统。

100kW 储能变流器电路主拓扑如图 3：

100kW 储能变流器参数：

本储能变流器具有以下功能：

并网功能

a、接入锂电池时分为恒功率充电和恒流充电两个阶段；

b、并网放电，可以通过预先设置或者集中监控实时调度进行控制；

c、四象限独立控制有功和无功；

d、与电网调度系统配合，可按照历史曲线或者实时负荷进行调峰，实现电网的削峰填谷；

e、与电网调度系统及 AGC 配合，可参与电网二次调频；

f、与 AVC 相配合，可实现电网静态无功控制，紧急情况下可快速输出无功，避免负荷低压脱口及电压崩溃，实现紧急无功控制实现平抑各个间歇性电源功率，稳定输出；

2.2.3 储能变流器保护策略

对于 PCS 保护策略，满足分布式发电系统接入电网的相关标准规定，具备但不限于以下保护功能：

（1）、电网电压异常保护；

（2）、电网频率异常保护；

（3）、孤岛保护；

（4）、输出过载保护；

（5）、输出直流分量控制；

（6）、输出短路保护；

（7）、直流过压保护；

（8）、直流接反保护；

（9）、低压穿越保护；

（10）、恢复并网保护；

（11）、功率恢复速率控制；

同时，根据不同电池的 BMS 要求，根据其控制策略对电池侧充放电状况进行保护，包括过充、过放、容量保护等。

2.2.4 100kW 储能变流器尺寸安装设计

变流器采用机架式安装（490MM*654MM*248MM）,内置在系统柜里面。

1.前面板:配有把手、LED/LCD 接口、通信接口、直流接线端子和交流接线端子。

2.下面板

3.后面板，出风口

4.上面板

5.挂耳固定储能变流器，3P+N+PE 输出，支持输出 380V 及 230V

2.3 能量管理系统（EMS）设计

2.3.1 EMS 系统功能简介

能量管理系统是储能系统的重要组成部分，它为微电网调度控制中心提供数据管理、监视、控制和优化，保障储能系统的稳定高效运行。

能量管理系统为储能系统内部每个能源控制器提供功率和电压设定点；

确保满足系统中热负荷、电负荷需求；

确保系统满足与主网系统间的运行协议；

尽可能使能源消耗与系统损耗最小；

提供系统故障情况下孤岛运行与重合闸的逻辑与控制方法等。

2.3.2 EMS 组网架构

储能系统中，EMS 通讯拓扑分为两层结构，顶层为总集中监控系统，底层设备：1 台 250kW 储能变流器、电池管理系统（BMS）、消防系统、空调、视频监控等均接入监控系统。

2.3.3 EMS 功能设计

（1）电站运行情况实时监控

系统能对所有被监控的运行参数和状态进行实时和定时数据采集，通过不同颜色直观展示运行状态。

支持曲线图和饼图展示， 并对重要历史数据进行处理并存入数据库。

包括：BMS 系统的各组电池的总电压、电流、平均温度、SOC（平均 SOC，最值 SOC，及相对应的编号）、SOH、 充放电电流和功率限值、单节最值电池电压及相对应的编号、单节最值电池温度及相对应的编号、故障及报警信息、历史充放电电量、历史充放电电能、绝缘电阻、最大压差、最大温差等常用信息。

PCS 的相关参数，包括：直流侧各分支的电压/电流/功率等、交流侧的各相有功功率、无功功率、电压、电流、功率因素、频率和温度、机柜温度、运行状态、报警及故障信息等常用信息，以及日充电量、日放电量、累计充电量、累计放电量等。

（2）运营数据显示

系统可根据用户要求，进行实时数据、历史数据的查看，并导出报表；

（3）实时调度、远程调度

根据现场监控层和总控中心对系统需求数据的不同，微网电站现场设备层可自由配置数据分别上传到现场监控层和中控中心，也可由现场监控层处理、筛选后上传到总控中心。协议支持 MODBUS。

（4）电站能量管理

系统根据当前时段、当前负荷、当前上网电价、储能电池 SOC，自动控制潮流方向，确定微网系统充放电时段。

（5）故障报警

系统提供故障及状态事件的记录和导出功能。

（6）报表、实时曲线、能量流动显示

系统提供实时曲线记录、分析和查询功能，自由选择所需记录和分析的数据，以曲线展现实时数据、历史数据及历史数据统计值，统计数据间隔为 1 分钟、15 分钟。

2.4 储能柜设计

2.4.1 储能柜体布局设计

本方案经过测算，单个储能柜基本可以满足实际系统要求，具体以实际设计为准，建议规格：1620*1500*1900MM，其中含 1 套 100kW PCS、1 套 60KW MPPT 模块、电池架、消防、EMS 柜、空调及照明、烟感等。

2.4.2 系统散热方案

2.4.2.1 电池室散热方案

电池室采用空调进行散热，空调的选用，需要考虑电池充放电时候的发热量，集装箱箱体的传热量等。

2.4.2.2 配电室散热方案

配电室的主要设备是 PCS 及 EMS 系统，可采用风冷散热。

2.4.3 消防方案

电池室采用全覆盖式气溶胶自然灭火器，保证 8s 内有效灭火，同时配置声光告警系统和气体放电指示灯。

配电室考虑到机柜的保护相对比较完善，有完善的过热保护、短路保护等，起火属于非常极限的工况，而且有烟雾传感器，一旦检测到告警信号，系统关机，此处可采用干粉灭火器备用灭火。

2.4.4 门禁系统与照明方案

电池室和配电室均配置常规照明和应急照明，与门禁系统配合，开门时，常规照明开启，关门后，常规照明关闭，开门且常规照明断电时，应急照明开启，应急照明时间保证不低于 30 分钟。

2.4.5配电方案

储能柜内部供电基本都为 220V 交流，主要有：消防预警供电、空调供电、烟雾照明系统供电、故障灯供电等。

3.设备清单

说明：

a、本项目涉及项目实施地点、施工、安装问题及相关辅件均未考虑；

b、采用户外安装，系统柜规格需根据具体实施情况而定；

c、各部件容量需以最后合同定量为准；

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