大容量储能系统的设计监控和保护技术

1、2021/8/61大容量储能系统设计、监控管理大容量储能系统设计、监控管理和保护和保护卢卢 祥祥 军军 博博 士士鸥瑞智诺能源科技鸥瑞智诺能源科技(北京北京)有限公司有限公司Original Energy Technology Beijing Inc.2010112021/8/62内内 容容 储能、智能能源与智能电网 大容量储能系统的设计、监控和保护 应用实例2021/8/63储能与智能能源储能与智能能源 储能技术在智能电网中是不可或缺的。 智能能源和智能电网的不同，智能电网强调通信和计算技术，但智能能源只需要平衡发电和用电，强调储能和放能。法国的例子已经告诉我们不用智能电网也能做到这一点。

2、阻碍智能电网发展的瓶颈实际并不是技术问题。上海世博会的思科馆展示了2020年人类的智能化生活，同现在完全不同，有很大进步。但是你会发现，现在的很多技术已经可以应用到2020年人们的生活中，什么阻止它们应用到现在呢？ 不是技术水平，而是标准和资金！2021/8/64智能能源与智能电网智能能源与智能电网 智能能源可以实现单个用电器件或区间的能源合理和最大效率的使用，但只有形成网络后才能体现出优势。 在智能电网中，电力系统不仅仅终止于电表，而是要延伸到洗衣机、干衣机、电视机、电饭煲等各种电器，这实际上就提供了更大的潜力来平衡发电和用电。电力公司发送价格信息给电器，后者根据价格的高低决定是否工作。这就

3、是家用智能系统，同智能电网相连。 这种技术实际上非常简单，家里的电器只要有IP地址就能逐个控制。技术实际上已经存在，问题是没有形成认同一致的标准。 只有有了统一的标准，不同国家的制造商（海尔、LG、西门子、通用电气）才能将技术用于产品销往全世界，这样才能建立起互通的国际市场。 只有有了标准，才能形成一个统一的智能电网。2021/8/65智能电网示意图智能电网示意图2021/8/66标准对智能电网的意义标准对智能电网的意义 标准对智能电网发展体现在 1、电力系统的发电、输电、配电、电表等环节过去都是分开设计的，但是未来会通过智能电网联系在一起，这是个相当复杂的系统。如果没有标准，将无法整合。 2

4、、能够允许不同的设备提供商相互竞争。如购买电表，要求不同厂家的电表能够通用、互换。当它们混合在一起时，随便拿一个就能安装、使用。 3、标准对电力行业来说尤其重要。电力基础设施的使用寿命都很长，达到二三十年，这是电力行业和电信业的主要不同。打电话时碰到断线我们重拨就行，但是电力系统不行，必须保持稳定。 智能电网的有些标准已经比较成熟，被广泛接受。 如IEC的5个核心标准已被公认为基础，中国国网公司的路线图就是建立在这5个标准之上的，NIST和德国的路线图也是如此。2021/8/67 储能系统在智能电网中的作用储能系统在智能电网中的作用 如果没有大型储能电站作为支撑，而是靠建立火电厂作为旋转备用，

5、智能电网的建设是难以想象的。 储能技术通过功率变换，及时进行有功/无功功率作业 1、可以保持系统内部瞬时功率的平衡，避免负荷与发电之间大的功率不平衡，维持系统电压、频率和功角的稳定，提高供电可靠性; 2、可以改善电能质量，满足用户的多种电力需求，减少因电网可靠性或电能质量带来的损失;可以利用峰谷电价有效平衡负荷峰谷，减少旋转备用，实现用能的经济性，提高综合效益; 3、储能还可以协助系统在灾变事故后重新启动与快速恢复，提高系统的自愈能力。2021/8/68二、大容量储能系统的设计、监控和保护二、大容量储能系统的设计、监控和保护2021/8/69设计原则设计原则 功能优先 可靠性优先 成本优先 易

6、通讯、监控 自保护免维护2021/8/610功能选择功能选择 存储电能-平衡发电（削峰填谷） 并网-集中和优化电网结构 应急及平衡电网2021/8/611储能体系的选择储能体系的选择 物理储能：机械储能（如抽水蓄能、压缩空气储能、飞轮储能等）、电磁储能（如超导电磁储能等） 化学储能：钠硫电池、液流电池、铅酸电池、锂离子电池、超级电容器等）2021/8/612各种电池的比较各种电池的比较内内 容容铅酸电池铅酸电池硅能电池硅能电池磷酸铁锂电池磷酸铁锂电池钠硫电池钠硫电池液流电池液流电池重量比能量重量比能量（C20）30-35 Wh/kg45-50 Wh/kg100-110Wh/kg350-400W

7、h/kg35-45Wh/kg温度特性温度特性-545-2560-2075300-3500-40效效 率率45-65%75-90%95-98%95-98%75-80%寿命寿命( (次次75%)75%)8001500 100001900013000维护费用维护费用($/KWh)500-1550300-50050-100500-600300-650环境要求环境要求含铅/占地大含重金属/占地大绿色绿色/占地极小占地极小加热/占地大占地大2021/8/613磷酸铁锂电池磷酸铁锂电池超长循环寿命超长循环寿命2021/8/614大容量储能电池的选择大容量储能电池的选择 大容量场合: 场地大-液流电池 场地小

8、-锂离子电池 大功率场合: 场地小-锂离子电池/钠硫电池 场地大-液流电池/锂离子电池建筑物多使用锂离子电池/钠流电池电网多使用铅酸电池/液流电池/钠流电池2021/8/615大容量电池储能系统设计思路大容量电池储能系统设计思路 大容量蓄电池储能系统的主要组成： 发电站/电网、蓄电池组充电与控制设备、蓄电池组，蓄电池管理系统、蓄电池放电与控制设备、并网功率变换器（PCS）、隔离变压器7部分组成。 辅助组成有： 防雷、热管理系统、三防系统（防尘、防潮、防腐）、消防、照明装置、监控计量装置、故障报警、应急辅助供电装置、机械控制装置、系统通讯、保护装置（接地与安全）等。2021/8/616储能电池组

9、的连接方式储能电池组的连接方式 采用先并后串的方式对电池成组、并联时考虑环流电流必须小于电池单体的最大工作电流； 采用标准电池模块，只允许并联使用，不允许串联使用，若要组建一个100兆瓦的储能电站则需要200个标准储能模块并联； 电池组不能直接与发电站/电网的输出相连，在每个电池组串联支路上要加充电限流装置； 电池放电端不能直接和电网相连，电池组的工作电流是由回路中的阻抗决定的，所以在每个电池组串联支路上要加放电限流装置。2021/8/617 100 100兆瓦储能工程系统原理框图兆瓦储能工程系统原理框图1234ABCD4321DCBABMS充电放电DC/DCDC/DCBMS充电放电DC/DC

10、DC/DCBMS充电放电DC/DCDC/DC.12200电网发电站逆变器变压器2021/8/618风场储能管理系统实例风场储能管理系统实例123456789101112ABCD121110987654321DCBAM1发电机发电与变换系统发电系统电流检测M2发电机电流检测模块RT1RT风电电流采样风电设备温度采样充电与控制子系统-+总正总负. . . . . . . . . . .M8蓄电池组电池组充放电电流采样电流采样输出M9电池组电流采样模块电池电压采样电压信号输出M？3电池组电压采样模块R1RES4R2RES4放电与控制子系统充电与控制子系统BMS系统供电放电与控制子系统充电与控制子系统

11、去中控室LCD充电与控制子系统放电与控制子系统电池与BMS子系统ABCNUVWDC-3-ACABCN40kWSHX140KVA_UPS电源逆变并网与辅助供电手动开关输出手动开关输入LED照明电源D16LEDD17LEDD18LEDD19LEDD1LEDD15LEDD14LEDD13LEDD12LEDD11LEDD10LEDD9LEDD8LEDD7LEDD6LEDD5LEDD4LEDD3LEDD2LED. . . . . . . . . . . . . . .GY1复合消防探测器GY2复合消防探测器GY3复合消防探测器GY4复合消防探测器GY5复合消防探测器GY6复合消防探测器GY7复合消防探测

12、器GY8复合消防探测器GY9复合消防探测器GY10复合消防探测器GY11复合消防探测器GY12复合消防探测器GY13复合消防探测器GY14复合消防探测器去中控室SHX15摄像头SHX14摄像头SHX13摄像头SHX12摄像头SHX11摄像头SHX10摄像头SHX9摄像头SHX8摄像头SHX7摄像头SHX6摄像头SHX5摄像头SHX4摄像头SHX3摄像头SHX2摄像头照明消防传感器视频摄像头15kWfan？1散热风机1.0KWfan？2散热风机1.0KWfan？3散热风机1.0KWfan？4散热风机1.0KWfan？5散热风机1.0KWfan？6散热风机1.0KWfan？7散热风机1.0KWfa

13、n？8散热风机1.0KWfan？9散热风机1.0KWfan？10散热风机1.0KWfan？11散热风机1.0KWfan？12散热风机1.0KW储能站消防设备用电其他设备用电3kW日期 ： 年 月 日 时 分 秒电池容量：电池总电压：单体电池平均电压单体电池最高电压单体电池最低电压充电电流：放电电流：电池组环境平均温度：电池组环境最高温度：电池组环境最低温度：电池组工作状态：充电 放电 搁置 检修电池组故障：过充 过放 过流 过温 短路 开路 高阻 漏电M？8总信息显示屏单体电池位置 电压值 第一电池箱 1第一电池箱 2第一电池箱 3第一电池箱 4第一电池箱 5第一电池箱 6第一电池箱 7第一电

14、池箱 8第一电池箱 9第一电池箱 10第一电池箱 11第一电池箱 12第一电池箱 13第一电池箱 14第一电池箱 15第一电池箱 16第一电池箱 17第一电池箱 18第一电池箱 19第一电池箱 20单体电池位置 电压值 M？9单体电压显示屏充电控制放电控制系统急停分段控制12345678910消防设备启动消防设备停止报警设备启停LCDM19中控室手动开关控制柜室内4个摄像头第一组8个摄像头第二组8个摄像头第三组8个摄像头M？5电池组摄像监视系统XX X X 风能发电站储能管理系统储能管理系统总信息单体电池信息工作环境温度信息系统设备工作信息信息记录与保存信息查询M？7系统信息目录LCD消防报警

15、控制器M？6消防报警控制器M23声光报警器M24声光报警器M25声光报警器M26声光报警器M27声光报警器M22声光报警器M21声光报警器M20声光报警器声光报警设备电池充放电电流BMS辅助电源充电故障输出放电故障输出过流输出. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 电池电压采样电池温度采样过温输出总线信息开关量输出总线输出M？BMS巡检输出模块inout3.7MW限流不断电，放电控制系统1.输入直流电压3400V，输出最大电流1100A2.实时检测来自发电站、充电机、电池系统的工作情况，3.实时检测与发送放电系统的工作情况并调整本系统的工

16、作情况4.具备过温、过流、过压、防反充电功能6.具备分类故障告警功能5.具备手动自动转换功能M33.3MW放电控制系统放电与控制子系统6.充电电压最高3375V、最大电流500Ainout1700kW充电机1.具备脉冲充电的功能，自动调整均充、浮充充电模式5.受手动与自动控制2.实时监测发电站、放电系统、电池组的信息，3.实时给相关设备发送本系统的工作信息4.本系统具备电池识别功能，同时具备短路、过压、过温、自动调整本系统的工作模式防反充、保护功能M21.7MW充电机2021/8/619三、三、 应用实例应用实例2021/8/620 全钒液流电池示范应用工程全钒液流电池示范应用工程 A sum

17、mary of VRB energy storage systems supplied by VRB Power,V-Fuel Pty and SEI序序 号号地地 点点储能系统规模储能系统规模功功 用用研发单位研发单位时时 间间1爱尔兰2MW6h风/储发电并网加拿大VRB power Systems Inc.2006年8月2美国犹他州250kW8h削风填谷2004年2月3澳洲金岛200kW8h风/储/柴联合2003年11月4丹麦15kW8h风力/储能发电2006年6月5南非250kW/520kWh应急备用2002年6美国南卡罗来纳州30/60kW2h备用电源2005年10月7美佛罗里达州25kW4h