2018大容量电池储能站能量转换系统技术规范

Q/CSG—前言本标准由…提出。本标准由…归口。本标准的起草单位：。本标准的主要起草人：。本标准的建议和意见向…反映。

大容量电池储能站能量转换系统技术规范范围本规范规定了功率500kw且容量500kwh以上的大容量电池储能站用能量转换系统(以下简称PCS)的使用条件、技术要求、检验试验项目及要求、标志、包装和贮运。本规范适用于大容量电池储能站建设与改造工程的非车载PCS装置的选型、配置与检验。其他功率、容量的储能系统可参照本标准执行。规范性引用文件下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本规范的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本规范，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本规范。GB/T2900.1-2008电工术语基本术语GB/T2900.33-2004电工术语电力电子技术GB/T2423.1 电工电子产品基本环境试验规程试验A：低温试验方法GB/T2423.2 电工电子产品基本环境试验规程试验B：高温试验方法GB/T2423.3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/T2423.10 电工电子产品基本环境试验规程试验Fc：振动(正弦)GB/T3859.1 半导体变流器基本要求的规定GB/T3859.2 半导体变流器应用导则GB/T12325-2008 电能质量供电电压允许偏差GB/T14549-1993 电能质量公用电网谐波GB/T15543-2008 电能质量三相电压允许不平衡度GB/T15945电能质量电力系统频率允许偏差GB/T12326-2008 电能质量电压波动与闪变GB/Z17625.3电磁兼容限值GB/T178830.2S和0.5S级静止式交流有功电度表GB/T4365-2003电工术语电磁兼容GB/T17626.2 电磁兼容试验和测量技术静电放电抗扰度试验GB/T17626.3 电磁兼容试验和测量技术射频电磁场辐射抗扰度试验GB/T17626.4 电磁兼容试验和测量技术电快速瞬变脉冲群抗扰度试验GB/T17626.5 电磁兼容试验和测量技术浪涌(冲击)抗扰度试验GB/T17626.6 电磁兼容试验和测量技术射频场感应的传导骚扰抗扰度GB/T17626.11 电磁兼容试验和测量技术电压暂降、短时中断和电压变化的抗扰度试验GB17799.3 电磁兼容通用标准居住、商业和轻工业环境中的发射标准GB17799.4 电磁兼容通用标准工业环境中的发射标准GB/T191 包装储运图示标志GB/T13384-2008机电产品包装通用的技术条件GB4208外壳防护等级(IP代码)DL/T781-2001电力用高频开关整流模块DL/T448电能计量装置技术管理规定DL/T614多功能电能表DL/T645多功能电能表通信协议DL/T5202电能量计量系统设计技术规程IEEE1547 分布式电源与电力系统互联标准UL1741-2010 变流器及分布式电源互联设备安全标准名词术语和定义电池储能站BatteryEnergyStorageStation，BESS电池储能站是指以电池为能量载体，通过能量转换系统进行充放电，并可与电力系统实现多种形式的有功和无功能量交换的储能电站。能量转换系统PowerConversionSystem，PCS能量转换系统(PCS)是实现电池与交流电网之间双向能量转换的装置，其核心部分是由电力电子器件组成的换流器。孤岛Islanding电网失压时，储能站仍保持对失压电网中的某一部分负荷继续供电的状态。孤岛可分为非计划性孤岛和计划性孤岛：计划性孤岛IntentionalIslanding按预先配置的控制策略，有计划地进入孤岛运行状态。非计划性孤岛UnintentionalIslanding非计划、不受控地进入孤岛运行状态。防孤岛Anti-islanding防止非计划性孤岛的发生。注：非计划性孤岛发生时，由于系统供电状态未知，将造成以下不利影响：①可能危及电网线路维护人员和用户的生命安全；②干扰电网的正常合闸；③电网不能控制孤岛中的电压和频率，从而损坏配电设备和用户设备。恒功率充电ConstantPowerCharge电池充电过程中保持功率恒定，电池电压随充电的进行逐步升高。当最高单体电池电压大于或等于规定的电压值后，停止充电。直流电压纹波系数RippleFactorofVoltage电压纹波系统定义为直流电压脉动量峰值与谷值之差的一半与直流输出电压平均值之比，按以下公式计算：式中：δ－纹波系数；Uf－直流电压中脉动峰值；Ug－直流电压中脉动谷值；Up－直流电压平均值。并网充电状态并网充电状态是指PCS装置的交流侧与电网交流母线连接，直流侧与电池相连，且根据电池的荷电状态，通过外接交流母线吸收有功对电池进行充电。并网放电状态并网充电状态是指PCS装置的直流侧与电池相连，交流侧与电网交流母线连接，根据电网需要，按照监控系统或自身控制器给定的有功功率和无功功率输出指令，将电池能量逆变送往外接交流母线的过程。孤网运行状态孤网运行状态是指PCS装置的计划性孤岛，储能站的一台或多台PCS装置在容量允许的范围内，不依赖大电网的支持，独立带负载运行，并提供符合电能质量要求的电能的运行状态。待机状态待机状态是指PCS装置准备进入工作状态或某一工作状态完成之后的热备用状态，此时直流侧、交流侧断路器均处于合闸位置，PCS装置仅封锁脉冲。停机状态停机状态是指PCS装置封锁脉冲，同时断开直流侧和交流侧的接触器的状态，可分为紧急停机、严重故障停机。总则PCS是一种具电力电子双向换流装置，且同时具备有功和无功解耦控制的四象限运行功能，PCS装置应具有为电池系统安全充放电的能力。使用条件正常使用的环境条件温度设备运行期间周围环境温度不高于50℃，不低于–20℃。湿度日平均相对湿度不大于95%，月平均相对湿度不大于90%，不凝露。海拔高度海拔高度≤1000m；海拔高度>1000m时，应按GB/T3859.2规定降额使用；振动、冲击和磁场干扰设备安装使用地点无强烈振动和冲击，无强电磁干扰，外磁场感应强度不得超过0.5mT。安装垂直倾斜度不超过5%。其它设备安装地点不得有爆炸危险介质，周围介质不含有腐蚀金属和破坏绝缘的有害气体及导电介质。交流输入电气条件若无其他规定，符合本标准的PCS装置在下列电网条件下，应能以正常方式运行频率电网频率范围47.5~51.5Hz。交流电压波动范围电网电压允许偏差为额定电压的-10%~+15%。交流电压不平衡度三相电压不平衡度应不超过GB/T15543规定的数值，允许值为2%。交流电压谐波公用电网谐波电压不超过GB/T14549中第4章规定的限值。技术要求基本技术参数PCS装置应满足以下各项基本参数要求：直流侧泄漏电流小于50mA；电网发生短路故障时，PCS装置提供的最大短路电流应小于2倍额定电流；装置在额定工况运行时在距离1m处测得的噪音等级应小于70dB；防护等级IP20；转换效率PCS装置工作在充电或放电状态时，最优效率不低于93%；（注：该效率指PCS装置整体的整流或逆变效率，考虑各DC/DC和DC/AC环节的损耗、工作电源损耗和冷却系统的损耗；不包括升压变压器损耗，但包括隔离变压器损耗和制冷机组损耗）交流侧电能质量PCS装置向电网或者本地交流负载输送电能的质量，在谐波、电压偏差、频率偏差、电压不平衡度、电压波动和闪变等方面应满足国家相关标准。谐波和波形畸变PCS接入电网后不应造成电网电压波形过度畸变和注入电网过度的谐波电流，以确保对连接到电网的其他设备不造成不利影响。与电网连接点的谐波电压和谐波电流的限值应同时满足GB/T14549-1993《电能质量公用电网谐波》和IEEE1547标准的要求。电压偏差正常工况下，PCS交流输出端电压的允许偏差不应超过GB/T12325－2008《电能质量供电电压偏差》的规定的允许偏差。电压不平衡度PCS接入电网后，公共连接点的三相电压不平衡度应不超过GB/T15543-2008《电能质量三相电压不平衡》规定的限值，正常运行时公共连接点的负序电压不平衡度应不超过2%，短时不得超过4%；其中由PCS引起的负序电压不平衡度应不超过1.3%，短时不超过2.6%。频率PCS并网时应与电网同步运行。PCS孤网运行时交流输出端频率的最大允许偏差为±0.5Hz，电网额定频率为50Hz。电压波动和闪变PCS并网运行时在低压供电系统中产生的电压波动和闪变应满足GB/T12326-2008《电能质量电压波动和闪变》的规定。直流分量并网运行时，PCS向电网馈送的直流电流分量应不超过其输出电流额定值的0.5%。直流侧电能质量要求PCS装置对电池充电时应满足电池对充电电压、电流的电能质量要求。直流电压纹波系数≤2%绝缘耐压性绝缘电阻(1)一次回路PCS装置的直流侧电路对地、交流侧电路对地绝缘电阻应不小于10M。(2)二次回路用开路电压为直流500V的测试仪测量各回路之间的绝缘电阻，应满足：a)所有带电回路(或与地有良好接触的金属框架)之间的绝缘电阻应不小于0.5M；？？？？b)无电气联系的各带电回路之间的绝缘电阻应不小于0.5M；绝缘电阻只作为绝缘强度试验参考。绝缘强度PCS的直流侧电路对地、交流侧电路对地以及直流侧电路对交流侧电路应承受50Hz的正弦交流电压1min，试验电压的方均根值见表1，不击穿，不飞弧，漏电流<20mA。试验电压应从零开始，以每级为规定值的5%的有级调整方式上升至规定值后，持续1min。表1 绝缘强度试验电压额定电压ＵN(V)试验电压(V)ＵN≤60100060＜ＵN≤3002000300＜ＵN≤6902500690＜ＵN≤8003000800＜ＵN≤100035001000＜ＵN≤15003500注1：整机绝缘强度按上述指标仅能试验一次。用户验收产品时如需要进行绝缘强度试验，应将上列试验电压降低25%进行；注2：不带隔离变压器的PCS不需要进行直流侧电路对交流侧电路的绝缘强度测试。过载能力PCS装置应具备一定的过载（过电流）能力，在120%额定电流以下，PCS连续可靠工作时间应不小10分钟。机体和结构质量机体结构PCS的结构和机柜本身的制造质量应符合下列要求：机架组装有关零部件均应符合各自的技术要求；油漆电镀应牢固、平整，无剥落、锈蚀及裂痕等现象；机架面板应平整，文字和符号要求清楚、整齐、规范、正确；标牌、标志、标记应完整清晰；各种开关应便于操作，灵活可靠；各类按钮、开关等操作件的操作寿命不应少于1000次。防振动装置应能承受IEC255-21-1：1998中3.2.1规定的严酷等级为1的振动响应试验，试验期间及试验后装置性能应符合该标准5.1的规定。装置应能承受IEC255-21-1：1998中3.2.2规定的严酷等级为1的振动耐久试验，试验期间及试验后装置性能应符合该标准5.2的规定。接地为了消除设备之间的电位差和噪声干扰，机柜内应有足够截面的铜接地母线，机柜和设备都应该有接地端子，并用截面不小于4mm2的多股铜线连接到铜接地母线上来接地。电能计量PCS装置应能够计算直流侧电能，计算误差±3%。电磁兼容性发射要求正常工作的PCS的电磁发射应不超过GB17799.4规定的发射限值。静电放电抗扰度静电放电抗扰度应符合GB/T17626.2标准抗扰度等级3的要求，即空气放电8kV和接触放电6kV，试验结果应符合GB/T17626.2标准第9条中b类要求。射频电磁场辐射抗扰度射频电磁场辐射抗扰度应采用GB/T17626.3试验等级3的要求，试验场强10V/m，试验结果应符合GB/T17626.3标准中a类要求。电快速瞬变脉冲群抗扰度电快速瞬变脉冲群抗扰度应采用GB/T17626.4试验等级2的要求，电源端±1kV，试验结果应符合GB/T17626.4标准中a类要求。浪涌(冲击)抗扰度应对电源端口施加1.2/50us的浪涌信号，试验等级为线对线±1kV，线对地±2kV，试验结果应符合GB/T17626.5标准中第9条b类要求。射频场感应的传导骚扰抗扰度传导抗扰度应采用GB/T17626.6中试验等级3，试验结果应符合GB/T17626.6标准中a类要求。电压暂降、短时中断和电压变化的抗扰度根据PCS的预期工作环境，按GB/T17626.11中附录B的规定选择试验等级，PCS应能承受所选试验等级的电压暂降、短时中断和电压变化的抗扰度试验。装置的控制启动与关停PCS装置能实现就地和远程启动与关停，启动时应进行自检，具有完善的软硬件自检功能，装置故障或异常时应告警并详细记录相关信息。启动时间：从PCS装置收到启动命令到额定功率运行时间不超过5s。关停时间：任意工况下，从PCS装置接受关停指令到交流侧开关断开所用时间不超过100ms。装置的控制方式PCS装置应设置四种控制方式：LOCKOUT(锁定退出)，LocalSBS(就地手动)，LocalAuto(就地自动)，Remote(远方)，控制方式优先级依次提高Lockout、LocalSBS、LocalAuto、Remote。装置的运行状态PCS运行状态有充电、放电、待机和停机，且能相互切换，从额定功率并网充电模式状态转为额定功率并网放电状态所需的时间应小于200ms。通用技术要求PCS装置可接收监控系统的控制指令对电池进行充放电。PCS装置应能和电池管理系统配合以保障电池的安全。PCS装置应与分系统内的电池管理系统（BMS）通信，依据电池管理系统提供的数据动态调整充放电参数、执行相应动作，实现对充放电电压和电流的闭环控制。并网充电技术要求电压纹波直流侧电压纹波≤2%限压特性当PCS装置处于恒功率充电状态，且电池组中任一单体电池电压达到允许的规定值时，充电电流应自动减小。充电电压自动调整范围应满足电池充电要求。限流特性充电开始阶段，应根据电池的需要采取必要的限流措施，避免冲击电流对电池及PCS自身的损害。当PCS装置处于稳压充电状态，且充电电流达到电池允许的规定值时，充电电压应自动减小。电流自动调整范围应满足电池充电要求。充电截止判据当收到BMS过充电告警信号、电池单元端电压值升高到充电截止电压，或者充电电流降低到一定限值时停止对电池的充电。其它当不能通过热管理设备使电池模块内温度控制在规定值范围内时，应自动减小PCS装置的充电电流。当BMS中单体电池电压监测电路发生故障，或PCS与BMS通信中断时，PCS装置应自动停止充放电。并网放电技术要求并网PCS装置应能自动与电网同步。电能质量PCS装置应具有相应的控制功能确保交流输出电能质量满足本规范6.3节的要求。输出功率控制PCS应能在容量范围内接受监控系统的指令，快速连续调节输出有功功率(P)和无功功率(Q)，实现有功、无功解耦控制。PCS装置的最大功率变化率应满足并网标准和调度要求。电池放电控制当有接收到BMS的过放电告警信号，或者电池最低单体电池电压低于最低允许放电电压时时停止电池的放电。当不能通过热管理设备使电池模块内温度控制在规定值范围内时，应自动减小PCS装置的放电电流。当BMS中单体电池电压监测电路发生故障，或PCS与BMS通信中断时，PCS装置应自动停止放电。孤网运行技术要求运行条件单个PCS装置宜具备独立孤岛运行能力，多个PCS装置宜具备并列孤岛运行能力。PCS装置应区分计划与非计划孤网运行，通过防孤岛保护来避免非计划孤网运行。计划孤网运行时，PCS装置应按照设定的条件脱离主网，在容量范围内为部分负荷提供频率和电压稳定的电能。电能质量当电阻负载0%～100%范围内变化时，应满足：电压精度±3%以内，电压总畸变率<5%，输出频率50Hz±1％，电压过渡变动范围10％以内，恢复时间小于40ms。并列运行控制PCS装置宜具备在孤岛运行情况下与其它PCS装置并列运行的功能，确保孤岛运行时，多个PCS设备能按照统一的电压、频率向负荷稳定供电，同时能承受正常的负荷波动冲击。电池放电控制当有接收到BMS的过放电告警信号，或者电池最低单体电池电压低于最低允许放电电压时停止电池的放电。当不能通过热管理设备使电池模块内温度控制在规定值范围内时，应自动减小PCS装置的放电电流。当BMS中单体电池电压监测电路发生故障，或PCS与BMS通信中断时，PCS装置应自动停止放电。保护PCS装置应同时配置有硬件保护和软件保护，保护功能配置完善，保护范围应交叉重叠，无死区，能确保在各种故障情况下的系统安全。PCS装置保护功能应至少包含以下内容：硬件故障保护PCS装置的硬件故障保护应包括：IGBT模块过流IGBT模块过温直流母线过压短路保护当装置检测到上述紧急故障后，应立即封脉冲，跳交直流两侧接触器，停机告警。故障清除后，需就地手动复归故障标志，PCS装置方可继续投入使用。直流电压保护PCS装置应配置直流母线电压保护，宜设置直流母线过压速断保护、直流母线过压定时限保护、直流母线欠压速断保护和直流母线欠压定时限保护。直流过流保护PCS装置应配置直流过流保护，宜设置直流过流速断保护和直流过流定时限保护。交流电流保护PCS装置应配置交流电流保护，宜设置交流过流速断保护和Ⅱ段式定时限过流保护。频率异常(高频/低频)当PCS并网放电时应具备一定的耐受系统频率异常的能力，长期正常工作频率范围为47.5Hz~51.5Hz。防孤岛保护PCS必须具备快速监测孤岛且立即断开与电网连接的能力，其防孤岛保护应与电网侧线路保护相配合。防孤岛保护分为主动式和被动式两种，优先采用被动式防孤岛保护，主要有频率变化率、电压变化率、电压相位跳动、3次电压谐波变动等。低电压穿越PCS装置应具有低电压穿越能力。低电压穿越能力的技术要求如图１所示，当并网点电压在图1中电压轮廓线及以上的区域内时，储能站必须保证不间断并网运行；并网点电压在图中电压了轮廓线以下时，允许储能站停止向电网线路送电。000.10.20.30.40.50.60.70.80.91.01.11.2-101234时间（s）.电网故障引起电压跌落要求PCS不间断并网运行PCS可以从电网切出并网点电压（p.u.）图1PCS低电压穿越要求恢复并网保护系统发生严重扰动后，在电网电压和频率恢复正常范围之前PCS装置不允许并网，且在系统电压频率恢复正常后，需要经过一个可调的延时时间后才能重新并网，这个延时一般为20秒到5分钟，取决于当地条件。其它保护包括极性反接保护、相序保护、三相不平衡保护等。通信与信号通信方式PCS装置应具备CAN、RS485和双以太网通讯接口。PCS装置应具备对时功能：应满足能接受IRIG-B（DC）码来满足对时要求，且GPS标准时钟的误差应不大于1ms。GPS对时接口的端子排上应有明确的标识，以方便外部对时信号缆线的接入。上送信号要求PCS上送信号包含软报文信号以及硬件点信号。PCS的通过硬接点上送的信号至少应包含：PCS装置失电PCS装置故障/异常PCS保护动作（至少需所有保护动作的事故总信号）交流接触器（分、合位置）交流断路器（分、合位置）直流接触器（分、合位置）PCS的软报文信号应包含其需上送的所有信号。信息交互(1)与监控系统的信息交互上传量：PCS上传告警信息、开关量、模拟量等必要信息至储能站监控系统。下行量：储能站监控系统下达运行策略信息、控制信息等必要信息至PCS。通信接口：PCS与储能站监控系统间应具有通信接口，由监控厂家提供规约转换器。(2)与BMS的信息交互发送信息：BMS发送电池充放电控制相关信息、告警信息等必要信息至PCS。通信接口：BMS与PCS间应具有通信接口，其通信的可靠性和传输速度需满足电池安全运行。(3)与BMS的硬接点接口PCS应具备接收和处理BMS的硬接点告警信号。事件记录与故障录波装置可以保存至少5000条动作报告和操作记录，停电不丢失。装置配置一定容量的存储介质，可以保存多次全过程记录的录波数据，且录波的长度可以通过定值自行设置。运行参数的修改、告警信息、保护动作、充放电次数、充电和放电开始/结束时间等均应有记录，且时间记录应精确到秒。事件记录具有掉电保持功能。每个报警记录包含所定义的限值、报警参数，并列明报警时间、日期以及报警值时段内的峰值。用户界面用户界面采用液晶显示，可实时显示电流、电压、压板状态、定值区等信息，以及就地控制面板等，可根据用户要求配置。装置还应具有参数整定和操作权限密码管理功能，任何改变运行方式和运行参数的操作均需要权限确认。检验和试验项目出厂试验和型式试验项目见表5。表中带“√”号为应做试验项目。表5检验和试验项目序号试验项目型式试验出厂试验试验方法1机体和结构质量√√2转换效率试验√√3并网电流谐波试验√√4功率因数测定试验√√5直流分量试验√6噪声试验√7电压波动和闪烁试验√GB/Z17625.38发射试验√GB177999静电放电抗扰度试验√GB/T17626.210射频电磁场辐射抗扰度试验√GB/T17626.311电快速瞬变脉冲群抗扰度试验√GB/T17626.412浪涌(冲击)辐射抗扰度试验√GB/T17626.513射频场感应的传导骚扰抗扰度试验√GB/T17626.614电压暂降、短时中断和电压变化的抗扰度试验√GB/T17626.1115过/欠压试验√√16过/欠频试验√17防孤岛效应保护试验√√IEEE154718恢复并网试验√19过流保护试验√20极性反接保护试验√√21过载保护试验√√22通讯接口√√23绝缘电阻测定√24绝缘强度测定√√25低温工作试验√GB/T2423.126高温工作试验√GB/T2423.227温升试验√GB/T3859.128振动试验√GB/T2423.1029防护等级试验√GB4208标志、包装、运输和储存标志产品标志产