2MW-5MWh微网储能项目整体技术方案设计

1微网储能项目2 4 4 4 4 5 7 7 8 9 1、3集装箱设计方案 1、3.3集装箱照明 1、4电池管理系统(BMS)设计方案 1、4.1电池监测电路(CSC)概述及功能 1、4.2从电池管理单元(SBMU)概述及功能 1、4.3主电池管理单元(MBMU)概述及功能 24 25 29 31、5.1电芯生产过程控制 2.1供货范围 353.1方案说明 3642MW/5.11MWh储能系统设计方案本项目需求为2MW/5.11MWh(标称能量)储能系统，根据储能系统功率2MW、充放电倍率0.5C要求，每套1MW/2.55MWh。每个集装箱单元包含2个1、279MWh电池单元，共包含12个电池柜、1个控制柜及2个汇流柜。每个电池柜由17个磷酸铁锂电池箱串联系统组成，由1套电池管理系统进行管理。每个电池箱由14个280Ah电芯通过1P14S方式进行成组，由1个SBMU电池监测单元来管理。2个子单元的高压直流总线汇流到2个高压电气汇流柜上。每个控制柜控制2个子单元，为每个电池柜提供CAN通讯汇总■用高强度结构设计，保障电池系统在长途运输及极端情况下(如地震)的安全性；■集装箱内设置手\自动一体化的全氟己酮气体灭火系统；本项目2MW/5.11MWh储能系统由2个1MW/2.55MWh集装箱组成。5图1-11MW/2.55MWh储能单元电气图■2个子单元共计12个电池柜的直流电缆连接到高压电气柜直流输入母排上；1、1、3电池储能系统功能说明本系统用CATL成熟、可靠、大批量生产的磷酸铁锂方形铝壳280Ah的电芯，额定电压3.2V,最大1)提供一个设计需求的储能容量，根据系统需求存储能量或放出已储存的能量；2)具有自我维护与保护的管理系统，使电池在长期使用过程中，保持平衡，并自我保护，确保电池3)具有良好、快速的数据采集及与PCS、上层监控设备保持实时通讯，使整个系统运作实现自动化64)模块化的设计，非常便于系统的安装、维护及系统的升级。1)系统级保护2)设备级保护告故障。全部设备均能被完全隔离出系统的电气连接，不影响其它正常设备的运行，以确保故障影响最小3)通讯异常保护整个电池储能系统的控制与调度是设在储能电站监控系统与就地监控系统的通讯的基础上的。所以当储能电站监控系统退出或意外中断运行时，电池储能系统将按上一次接收到的来自储能电站监控系统的控常后立刻将此设备从系统中隔离开来。同时将故障状态上报储能电站监控系统，通讯恢复后系统与设备均■电池管理系统对电池数据采集，运行控制和故障报警的功能7储能单元(集装箱):1MW/2.55MWh;本设计方案用CATL成熟的由全自动生产线生产的标准的280Ah磷酸铁锂(LFP)方形铝壳电芯，单表1-1280Ah电芯参数表123工作电压范围4工作温度范围充电：0℃~55℃56电芯重量7电芯尺寸(W*D*H)8电箱的设计是进行电池串联设计，根据电箱的尺寸和所选的电芯，电箱以14个电芯进行串联，串联后电箱为1P14S,电压为44.8V1电池串并联23电压范围45工作温度67尺寸(W×D×H)电柜内部主要安装电池箱、主控箱配套电线电缆，主控箱包括电池管理系统、高低压电器保等。电柜的设计用分组分层设计，机柜外观用免维护技术。本项目电柜主要安装17个电箱、1个主控1293电压范围45电池箱6主控箱78尺寸(W*D*H)图1-5电池柜构成示意图(具体以实物为准)每个1MW/2.55MWh集装箱设计配备1个控制柜及2个高压电气汇流柜，其主要功能如下：(1)高压电气汇流柜为2个1、279MWh子单元提供高压直流总线并联汇流，并配置防雷保护器件(2)高压电气汇流柜为12个电池柜共计2个子单元和总控柜内的电池监控系统提供系统紧急退出(3)控制柜提供12个电池柜共计2个子单元CAN总线汇总，集成一套单元系统电池管理系统，(6)待机状态下，通过储能电站监控系统对储能单元下发命令，能够完成系统调度功能。图1-6控制柜及汇流柜示意图(具体以实物为准)1)电池柜内元器件安装及走线整齐可靠、布置合理，电器间绝缘符合相关标准。2)电池柜内内直流回路分布合理、清晰，进出线用魏德米勒及其它知名品牌接线端子，接线端子3)电池柜设计有隔离开关，确保检修时能逐级断开系统；4)直流正负导线用不同色标；5)高低压及信号线分开不同线槽，进出线用下进下出的引线及连接线方式；6)强电、弱电的二次回路的导线分开敷设，每个接线端子只接一根导线。电流端子和电压端子明7)柜内元件位置编号、元件编号与图纸相同，并且全部可操作部件均有标识标明功能。内部接线本项目储能系统用集成化设计，将储能电池柜、电池管理系统集成到安装在一个40尺集装箱内，放置全逃生系统、应急系统等自动控制和安全保障系统。集装箱尺寸按标准40尺高柜集装箱设计，便于堆码。12放电深度345约35t2MW/5.11MWh系统由2套1MW/2.55MWh储能系统组成，单个1MW/2.55MWh集成安装在1个40尺集装箱中，共包含12个电柜、2个汇流柜、1个控制柜、消防系统、空调系统等。集装箱布置如下图所示：2)集装箱具备良好的防腐、防火、防水、防尘(防风沙)、防震、防紫外线、防盗等功能，保障4)集装箱整体防护等级IP56,集装箱门板与外界连通的部位用密封条防护，防止在户外遭遇风5)具有防尘(防风沙)功能：保障在集装箱的进、出风口和设备的进风口加装可方便更换的标准10)具有门禁功能，门禁系统可以通过环网交换机接入上层服务器。1)一般照明选用具有节能效果的LED灯具。2)应急照明选用具有应急出口标识的灯具。当系统出现故障导致交流供电中断时，应急照明灯点亮。本项目集装箱内壁用50MM厚的金属面岩棉夹芯板作为隔热层，夹芯板岩棉防火等级为A级，耐火极限不小于1h,使系统具备储热保暖、隔热、阻燃功能。考虑到储能系统实地运行环境，为确保电池长期可为满足集装箱内温度保持在一定范围内以满足电池对温度适应性的要求，既要补充集装箱在夜间低温空调选用嵌入式工业空调，安装在集装箱端部，依据集装箱内环境入式安装在集装箱端墙板上，冷风/热风从空调内循环出风口通过集装箱风道平均分配参数型号外形尺寸(宽×深×高)工作环境范围℃噪声等级IP防护等级RoHS认证制冷/加热能力8内循环风量电源制式电源范围A的功能，将空调制冷或加热的风接入集装箱风冷风冷风热风1)集装箱内选用手动、自动一体化气体灭火系统4)集装箱内壁选用防火等级为A级的金属岩棉夹芯板，厚度：50MM,耐火极限不小于1h;本项目消防系统由火灾报警控制器/气体灭火控制盘、复合型探测器(包括可燃气体探测、烟雾探测、温度探测等)、声光报警器、警铃、放气指示灯、手动紧急启/停按钮、业务箱灭火装置(含灭火剂储存瓶、电磁驱动装置、压力信号器)、业务箱配套件(喷头、高压软管)、供电箱灭火装置(含灭火剂储存瓶、电磁驱动装置、压力信号器)组成。消防系统功能1)灭火系统设有自动控制、手动控制和机械应急操作三种启动方式。3)灭火系统设有自动、手动操作转换开关，能将自动操作转换为手动4)灭火系统设有独立的应急手动操作机构，以备其他6)电池预制舱设置一个消防控制主机。消防控制主机应支持多种通讯方式，可上传站内探测器工作出预警信号给到BMS,BMS将信号发送至变流器控制回路，当发生故障时，能够识别并告知用户，同时集装箱的螺栓固定点与整个集装箱的非功能性导电导体可靠联通，同时，集装少2箱体接地点和两个设备接地点，向用户提供的接地点须与整个集装箱的非功能性导电导体形成可靠的集装箱内部有接地铜排，电池柜、直流柜等的地线接至内部接地铜排上，由铜集装箱顶部配置连接可靠的高质量防雷系统，防雷系统通过接地扁钢或接地圆钢在不同的2点连接至1)安全通道设计：在集装箱设计时集装箱内部电柜用双列布置，中3)逃生门及逃生锁设计，紧急情况下在消防通道安全出口能安全逃生的锁。同时具有安防的功能。如图1-12逃生门和逃生锁(参考)4)自动灭火气体释放声光报警器设计：图1-13自动灭火气体释放声光报警(参考)集装箱按现场条件选择安装固定方式。集装箱底部须要有足够强度的混凝土基集装箱固定有焊接与螺栓连接两种方式，焊接是将集装箱底部四个角件直接与螺栓连接是将集装箱底部四个角件与预埋支座1)集装箱内电池柜安装及柜间走线整齐可靠、布置合理，绝缘设计符合相关标准。2)集装箱中电柜动力线缆缆走线同二次控制电线，通讯线分开摆放，美观有序，防止干扰。3)集装箱电柜动力电缆从电池柜底部出线通过集装箱内底部线槽连接至汇流柜的直流断路器。如下图图1-17集装箱内动力线和信号线布置示意图本方案通过在集装箱内安装高清监控摄像机，监控方案系统图如下所示：显示点对点光纤接入点对点光纤接入点对点光纤接入前端子系统图1-19监控方案系统示意图图本方案在箱体中配置2台高清摄像机，利用箱内电源保障设备24小时，时时在线，同多口光纤收发器，将摄像机的网络信号转化光信号，以便远距离传输。半球型网络摄像机性能参数图1-20摄像机外观示意图半球型网络摄像机功能●最高分辨率可达2M(1920×1080)@25fps;●支持3D数字降噪，支持120dB宽动态；●支持旋转模式，背光补偿，自动电子快门功能，适应不同监控环境；●用高效红外灯，使用寿命长，照射距离可达20-30米；●支持1对音频输入(Linein)输出接口(-S);●支持2对报警输入/输出接口(-S);序号通讯接口通讯规约备注1电池监控系统对外本着通法神集本着通法神集2BMS对PCS/EMS1.4电池管理系统(BMS)设计方案元(SBMU)、主电池管理单元(MBMU)、高压线路控制单元、储能柜预充电(并联)线路、高压检测单元、电压、温度及单柜总电流，计算电池柜电池SOC,存储相关电以下简称BMS)中的关键部件，主要用来检测电池模组(BatteryModule)中电池的单体电压及温度，对单①完成电池模组14通道的电压检测。通过高精度16位ADC进行模数转换，将电池电压数据发送到CSC的管理系统。②对电池模组4通道的温度检测。温度检测需要通过外接NTC电阻完成，单次完成4通道的温度检测。用了标准的CAN2.0协议进行通讯，通讯速度为50SBMU(SlaveBatteryManagementUnit)(3)烟雾检测(4)电柜温度检测(5)输入电源电压电流检测(6)可设ID配置SBMU具有硬件可设ID配置，能够根据系统的不同架构，进(7)电流采样(8)电柜的wakeup信号检测(9)辅助触点检测(10)风机控制(11)智能高边驱动MBMU(MasterBetteryManagemen通过MCAN网完成监测电池系统的总电流和充、放电信息，来计算SOC;同时挂接PC机(用于多柜汇流模式监测)或触摸屏(用于单柜模式监测)每个电池单列柜含一套完整的电池管理系统，由1个SBMU和17个CSC及其它外围检测电路和实施1)实时检测每个电池单体电压和温度。(由CSC完成)2)检测电池组充放电电流，用独立采样通道及控制，能跟踪电流的快速变化(由SBMU完成)3)隔离检测负载端高压(HV+对HV-电压),提供高压管理信息。(由SBMU完成)4)检测高压系统漏电电流，判定系统绝缘状况。(由SBMU完成)DisCAP:累计放电容量(表征循环圈数);全部系统运行的详细数据及各种状态，将存储于电池单元系统就地监控电脑中，记录周期不高于10S,记录不少于1年的历史数据。通讯功能，实时将此信息给PCS,使在系统因为其它故障可能极限运行时，能尽快报警，告在电池柜内部电池出现不能尽快恢复的严重故障时(例如：单体电压异常高或异常在电池柜切入系统时，能自动控制预并联电路，通过电路中的预充电大功率电阻可通过上位机发送指令进行闭合与断开动作，同时当工作电源停止供电时，继电池柜在运输、安装及维护过程的安全，继电器也直接受控于急停开关，在紧急情况开继电器，以保护电池组与系统的安全。当管理系统检测到电池超出正常工作条件检测绝缘不良时，尽快切断高压输出，并发出警报。提供应急按钮，在紧急情提供人工操作的高压断路器，在系统不停机情况下，可以人工分立某个电池预并联线路由另一个高压继电器控制，由管理系统根据检测到的内外参数，过就地监控系统往上层监控系统上报，报警信息分3级：监控单元没有处理反应，管理系统将强行将电池系统退出运行(此功能可设置)。1)散热及热均匀管理2)预热及低温运行管理锂离子电池，在低温状态下如果不加管理地进行充电，由于其内部阻抗大幅增加(主要是由电解液的离子导电率大幅下降引起),其内部将出现锂金属析出，从而导致电池性能下降、容量不可逆永久损失，储能电站，常处于环境相对恶劣与偏僻的地点，因此有机会电池堆在安装、调试各种原因，其处于低温下工作，电池堆的热管理功能须充分考虑此方面的需求交换不可控的弊端。使电芯与环境的热交换基本可控(BMS管理风扇是否启动)系统控制柜对外提供3路完全独立的通讯接口：c)储能电站监控系统下达给蓄电池2.此外，系统总控柜还对内提供一路CAN接口，实现总控柜内MBMU与各电柜之间的信息交 电压检测电路电压检测电路步骤2:比较VP1和VN1的大小并产生区分两种情况的标志(是接近，还是差别很大),闭合值较大一侧的检测开关，例如VP1>VN1,则闭合K1,利用引入的标准电阻RSTD来测量计算RN的值。RN=(VP1-VP2)/VP2*RSTD*(1步骤5:判定电池系统绝缘电阻，按步骤1和步骤4的结果，分两种情况：情况1:VP1≈VN1(即差值不超过20%)且RN>100Q/V(阻值够大，不存在对称性绝缘故障，如果此条件不满足，归入情况2判定),则认为两端绝缘情况较好，均无故障发生，系统绝缘值取两极之和即上例中情况2:VPI>>VN1(如果VP1<<VN1类似推算),认为N极绝缘存在故障，系统绝缘故障按此较小值计算，即系统绝缘电阻为RN(这里举例假设VPI>>VN1,如果VP1<<VN1,则系统绝缘电阻为闭合图中K2测量的RP值)。RSTD要足够大，才不会有危害),所以在同一组高压母线上，最好只有一套监测电路，才不会互相影响。对于蓄电池储能系统中存在多个电柜并联的情况(每个电柜含有高压切断开关和高压预并联电路),在进行1)为了保障测量精度，测量电路的输入阻抗要足够大，最好能达到10MQ以上的，对信号处理的2)选择合适的标准电阻值RSTD。既满足测量精度，又防止测量电路破坏系统绝缘电阻，对于1000V独立配220V交流市电，同时在控制柜内配不间断备用电源(UPS),用于给各电池柜的电池管理系统提供与安全。在市电掉电等不正常情况下，系统内UPS可确保管理及控制系统继续安全运行，并留出足够世间1)监控数据全直流系统全部电池单体电压(2字节)、每个电池模块最大、最小电压值(4字节)、温度4个字节、均衡信息2个字节及最高最低温度值(2字节),每台电池柜的充放电流(2字节)及SOC(1字节)及其状态(5字节)。则每个储能单元3台单列电池柜电池的数据总量为：2)数据刷新快：在子系统内部用内外双路CAN,全部CAN工作在500K/S,电池柜内17个CSC和SBMU间内部CAN、3)数据稳定时性。特别适用于汽车计算机控制系统和环境温度恶劣监控信息回路总控忠脑提取、存储、转发详细信息.总控箱电脑控控制参考信息回路pcscaN2实时性·准确性优先a牛牛RB+≈牛≈牛其(各电池柜高压输出并联)电池柜1R≈图1-24电池系统监控CAN、LAN双信息回路示意图4)电池储能系统能够自动化运行，运行状态可视化程度高。电池储能系统各部分均用自动化控制技术，能够按设定程序在无人工干预状态下自动运行。各部分的状态检测及报警信息会自动记录，并通过通讯接口尽快传送到监控室。本系统配备一个控制柜，控制柜内配一台电池堆运行监控电脑，可显示各个电池柜组成的系统的电池具体运行状态，包括每个电池柜的充放电电流、电压、SOC及相关预警信息，并可根据需要存储数据。同时在每一个电池柜上安装电池柜工作指示灯指示电池柜的工作状态。储能系统直流回路各个部件在CSC和SBMU协同下，能尽快发现故障或异常运行情况，能自动保护电可与PCS控制器进行通讯，实现可视化人机交互，并实时显示变流器的各项运行参数。电池堆监控单元系统显示内容截屏示意图如下所示：15.0开#宁德时代国磷酸铁锂电池储能实时监控系统amkn开开开开开开开开开刚露宁德时代风机故牌加热故障预充维电器主正闭合主负闭合主正粘连主负粘连绝缘电用环境温度内部通信温度极值电压极值磷酸铁锂电池储能实时监控系统FSRMSOIW●识言·user普通用