锂离子电池储能系统设计指引

1、一设计原则1、储能系统配置说明电池类别、电池容量、电池电压、BMS、逆变器类型、监控系统、电池接地布局、交直流耦合、并网 /离网、系统功能、制造商说明、物料安全数据表。2、储能系统具体要求电池存放地点要求A电池放置空间物理尺寸、重量（承重）、结构、通风、环境（温度、阳光直射、天气、湿度） 空间开阔便于维护。无可燃物。电池、PCS等设备方便从门进出。B电池外壳电池柜、机架必须牢固接地。可锁屏蔽门避免电接触。镀锌角钢或金属机架。电池极耳需易于接触以便维护。防止昆虫和动物进入。通风。地震应对措施，减少对电池、逆变器或其他电子设备的损害。电池架/柜垂直和对角线部分应加强，保证足够强度。C防护屏或围栏保

2、证足够的机械强度电缆动力电缆越短越好，降低线阻导致的压降。电缆截面积要求必须能够承受最大电流，并且不破坏电缆绝缘。同时符合短路保护要求。并联电池组动力线缆要一样长、截面积要一样大。多根细电缆优于一根粗电缆。（电流集肤效应）电缆槽、PVC管、PVC线槽都可用于保护电缆。电缆弯曲不能小于制造商规定的最小弯曲半径。电缆电压等级要求。电缆截面积要求。电池阵列隔离隔离开关、断路器布置在电池柜外，与电池极耳越近越好。单个设备中实现隔离和电路保护，可采用熔断器+隔离开关的配置。每串电池有独立的熔断器 +隔离开关使得该串电池故障不影响其他串电池工作，保证不间断电源供应。每串电池有颜色区分。熔断器、断路器、隔离

3、开关需根据直流电流级别和故障电流来选择。标识仪表、信息、告警、隔离和保护设备需正确永久标识其用途和目的，放置在方便、可见、够得着的位置利于需要的人使用。安全标志是体现一个产品设计是否专业的重要指标。安全标志A限制访问标志包含火焰、烟雾危害，只允许授权人员接近，需穿着防护服。B电池电压和短路电流标志C燃烧和着火等紧急事件处置方法标志D关机程序标志合适的位置，可包含照片。切断熔断器或断路器隔离电池阵列，隔离发电设备,隔离新能源输入，正确的关机程序。E爆炸与电解质灼伤F电池化学类型标志放置位置A监管和警示标志放置在进入电池存储房间或电池外壳的入口B紧急事件相关信息放置在电池存储房间内或电池外壳门内安

4、全原则避免触电、短路、化学、爆炸、火灾、跌落危害。A避免触电方法设计上确保所有带电部分不会被触碰；当门或者覆盖物被打开时安全互锁装置自动切断高压 （类似于电动汽车的高压互锁）；电池极耳、电池连接片、电缆必须绝缘和机械保护，绝缘部分设计需易于移除以便检查极耳情况。B避免短路方法熔断器、断路器、隔离开关；如果未接地，每一极均应有熔断器或断路器；多个过流保护设备应放置在一起。过流设备应尽可能靠近电池极耳，要保护电缆，承受最大短路电流。多串电池时每串电池均应有保护设备，避免正常电池串电流注入失效电池串。C接地方法m范围内直流设备的外壳需要连接至一起并接地，接地线至少4mm2 （具体截面积要求需根据标准

5、选择），接地故障告警。D绝缘检测方法没有接地则需绝缘检测。E化学危险防护方法电池架/柜防腐蚀。F爆炸/燃烧危险防护G火灾防护LFP电池优选，管理系统主动防护，主被动通风降温，火灾响应机制 火灾烟雾传感器，灭火器。H跌落危害防护地面、外壳、护栏有足够强度。调试A安装检查B电池连接C初始充电按制造商规定的方法充电。维护常规维护、电池电压、单体电压、循环性能文档和图纸A文档建设和安装图纸建设材料提交设备图纸和规格操作和维护手册维护计划项目进度计划 测试计划和程序质量保证手册控制系统软件文档研究报告测试报告培训手册操作和维护手册B图纸（CAD格式）与建筑、土木、机械和电气活动有关的施工和安装图纸材料清

6、单接线、布线和电缆图可进行修订或修改的设备图纸C图纸审查设备布置、平面图、立面图和ZK意图单线和三线图（直流系统双线图）接线示意图管道和仪表图安装（现场开发，管道和布线，接地和现场通信示意图）D设计数据电池数据电池单体、电池模块、电池串的电压 （标称电压、 放电终止电压、 最高电压） 电流（最大和最小电流）、温度（最高和最低）、容量（ kWh ）、不同放电倍 率的循环效率（库伦效率和瓦时效率）。电池单体、电池模块、电池串的物理和结构特性（尺寸、重量、冷却要求）。PCS数据PCS的电气操作和性能特点，包括直流输入电压（最高、最低、标称）、交流输出电压和电流、输出波形和直流母线谐波含量、不同功率时

7、的单向充电和放电效率。PCS的物理和结构特性（尺寸、重量、冷却要求）。二设计、制造和施工要求1、系统级设计和性能要求主要设备包括电池（含BMS）、PCS、输出/隔离变压器、本地和远程监控设备、HVAC、布线、连接器、保护装置、接地、接线盒和外壳等。2、设备铭牌额定值系统额定有功功率和能量。系统额定无功功率。上升率（系统响应控制指令将输出从某一值转换至另一值的时间）。效率。3、系统用例峰值管理（PM ）旋转备用（SR）无功补偿/电压支持（VC/VS ）调频（FR）间歇资源支持（IRS）PM :控制系统减少其对电网峰值功率的需求。恒功率模式，以小于等于储能额定功率的功率持续放电一段时间，放电能量不

8、超过储能系统额定能量。峰值限制模式，当负载用电功率超过期望值时，超过部分的功率由储能系统提 供。SR:储能系统以不超过额定功率、额定能量、操作或安全限制的任何功率放电任何时间来响应电网实时控制信号提供SR服务。VC/VS :储能系统通过注入和吸收有功功率和无功功率为电网提供电压支持。FR:储能系统在一定的功率级别响应外部信号（如自动发电控制信号）进行充 电或者放电。IRS:储能系统通过消除或减少不期望的电压和功率波动、或稳定功率输出将间歇性能源整合进电网。电压闪变、缓变率控制、发电跟踪4、电池子系统设计要求电池单体可承受运输过程中的振动和冲击。电压采集线、温度传感器、极耳连接片（电缆）应防止运

9、输导致失效。极耳连接片（电缆）具有足够的载流能力。标签应包含制造商名称、电池类型、铭牌额定值、制造日期。电池极耳极性应标明。不低于95%额定容量。储能系统与地之间电压超过 150V的带电部分，当通电时不允许无资格人员接近。电池串电压超过 600V时，建议（非必须）电池串内包含可将电池串分段至不超过600V的隔离开关（无分断能力要求）以便于维护。具有暴露端子的电池单元开路电压不应超过60V。多组电池串并联时每组电池串应具有从系统分断的功能，并提供过流保护。断开装置应能在正常负载电流下运行。物理断开，可锁定或固定在断开位置，对维护人员可见。维护时应确保 PCS关闭，并且电池串回路中无电流。并联电池

10、串单元中的过流保护（交流或直流侧）需考虑其他电池串不会对该电池串造成故障。直流母线熔断器、断路器应与PCS功能和电池串保护协调一致，并应考虑直流系统相关区域的开关或其他瞬变以及电感/电阻（L/R）比。电池、接线、开关装置和所有直流电气部分应在最大预期电压加上适当的安全系数进行绝缘。直流母线和载流电缆的负载系数不应超过60% ,其他部件的负载系数不应超过 70%。电池系统应包含监控 /告警/维护系统，以检测异常电池单元并将情况通知适当人员。异常电池单元的情况包括充放电时不能提供额定容量，高阻抗或开路，高阻抗或电池连接开路，电池温度超阈值，电池内部短路。电池单元便于安装和维护。（替换一个失效单元的

11、时间短于2小时）所有电池架/柜需接地。电池架/柜应符合地震载荷和道路振动要求，并在地震时间和公路运输期间抑制电池移动。（ Zone4要求）4.3辅助系统5、PCS设计要求6、交流系统开关装置、交流母线、电缆、连接器、变压器、保护继电器将储能系统在PCC与电网连接。计量设备。系统短路电流、有功和无功功率、谐波、占空比、现场温度等。配电变压器高压侧断路器闭合之前，系统交流断路器必须断开。每个断路器均可在系统继电器控制面板或电网系统操作员或系统控制中心。保护和控制、充电和浪涌、辅助电源（风扇、灯及其他）。7、辅助电源辅助电源应包括系统运行所需的降压变压器，断路器，熔断器，电机起动器，继电器，面板，外

12、壳，接线盒，导管，轨道，接线和类似设备。辅助电源应包含独立的电压互感器和电流互感器，以便实时测量和记录辅助电源功耗，与 PCS或电池的功率分开。辅助电源应确保电网断电时系统有序停机。辅助电源还应具备系统停机后几天内自动重启的功能。8、控制和通讯控制系统一般要求控制系统需具备自动、无人值守操作。就地控制和远程控制。控制功能和协议控制系统应支持必要的控制功能和操作模式以实现系统用例。通讯协议。A控制功能Control FunctionBrief FunctionDescriptionA remote system instructs the SYSTEM. This mode can be use

13、d tCF1: Direct charge/dischargemanago support general energy arbitrage,peak load limiting, load follement modeowing, spinning reserve, and frequencyregulation.A remote system provides the SYSTEM with a specific schedule fCF2: Scheduledcharge/dischargemaor charging and discharging.This mode may be us

14、ed to supportnagement modegeneral energy arbitrage and other uses in which the chargingand dischargingis known in advance.Instructs the SYSTEM how to manage its own VAR output relativCF3: Autonomousvolt-VAR modee to the local service voltage.Instructs the SYSTEM how to vary its own VAR output relati

15、ve tCF4: Constant power factor modeo its real power output.CF5: Autonomousfrequency-wattmInstructs the SYSTEM how to limit its own watt level relative toodethe local system frequency.Instructs the SYSTEM how to limit its own watt level relative toCF6: Autonomousvolt-wattmodethe local system voltage.

16、Instructs the SYSTEM how to manage its own watt output to prCF7: Peak limitingmodeevent the power level at a point of reference from exceeding agiven threshold.Instructs the SYSTEM how to manage its own watt input/outputCF8: Load/generation-followingmodin order to follow (or partially follow) the po

17、wer level at a giveen point of reference.Instructs the SYSTEM how to dynamicallymodify its watt input/oCF9: Power smoothingmodeutput in response to fast changes in the power level at a givenpoint of reference.Instructs the SYSTEM how to provide dynamic additionalreactiveCF10: Dynamic reactive curren

18、t suppcurrent support in response to fast changes in the local systemort modevoltage.Instructs the SYSTEM how to provide dynamic real power supporCF11: Dynamic volt-wattmodet in response to fast changes in the local system voltage.CF12: Managedconnect/disconnectfRemotelyinstructs the SYSTEM to conne

19、ct/disconnectto/fromthunctione grid.CF13: Time adjustmentRemotely sets/adjuststhe time in the SYSTEM.B系统用例Use CaseSupportingControl Function(s)The SYSTEM shall support this use in three ways:Peak management,constant powerUsing CF1, a direct charge/dischargemanagementmode. Inthis mode, the SYSTEM is

20、instructed by a remote entity as to the power level that is presently requested.Using CF2, a scheduled version of CF1.Using CF8, an autonomousload-followingmode. In this mode, the SYSTEM is configuredto follow (an adjustableproportional level) a certain reference measurementwhen it exceeds a configu

21、rablethreshold.This use shall be supportedthrough theuse of CF7, a peak-limitingmode. In this mode, the SYSTEM acts to preventtPeak management,peak limitinghe power at a reference monitoringpoint from exceeding a configurablethreshold.This use shall be supportedthrough theuse of CF1, a direct charge

22、/dischargemanagementmode. In this mode, theSYSpinning reserveSTEM is instructedby a remote entity as to the power level that is presently requested.This use shall be supportedin two ways:Using CF4, a constant power factor mode.In this mode, theSYSTEM shall provide VAR output in proportionto its watt

23、output accordingto the power factor setting.Using CF3, an autonomousvolt-VAR mode.In this mode, the SYSTEM shall support a number of configurablevolt-VARcurves that enable it to autonomouslyand immediatelyvary its VAR output in response to the locally monitoredsystemVAR compensationand voltage suppo

24、rtvoltage. Consistent with the DNP3standard, the SYSTEM shall support the pre-configurationof up to 10 volt-VARmode curves and mode control and/or schedulingto switch between them.This use shall also be enhanced by thesimultaneoususe ofCF6, an autonomousvolt-watt function. This functionsatisfies the

25、 required use that the utility be able to adjust the degree to which VAR generationmay take precedenceover presently active wattfunctions.This use shall be supportedthrough theuse of CF1, a direct charge/dischargemanagementmode. In this mode, theSYSTEM is instructedby a remote entity as to the power

26、 level that is presently requested.When used for frequency regulation purposes, it is understoodthat the remote entity may pFrequency regulationrovide new direct charge/dischargecommands frequently.Frequency support shall also be supportedthrough the useof CF5, an autonomouswatt-frequencymode. Thism

27、ode allows for limits on the maximum power flow into and out of the SYSTEMas a function of the local voltage.Intermittentresource support, voltageThis use shall be supportedin threeways:flicker controlUsing CF10, a dynamic reactive currentsupport function. This function provides additionalreactive c

28、urrent to support the grid when voltage rises or falls rapidly.Using CF11, a dynamic volt-wattfunction.This function dynamically provides additionalwatts (producedor absorbed)to support the grid when the voltage rises or falls rapidly.Using CF9, a power smoothingfunction.This function dynamically pr

29、ovides additionalwatts (producedor absorbed)tocompensatefor variations in the power level of a monitored point of reference.This use shall be supportedthrough theuse of CF9, a powIntermittentresource support, ramp rateer smoothingfunction.Configurationsettings for thisfuncticontrolon, such as filter

30、ing time, may differ when used for this useratherthan for voltage flicker control.This use shall be supportedthrough theuse of CF8, an autonomous generation-followingfunction.In this mode, theSIntermittentresource support,generatiYSTEM is configuredto follow (an adjustableproportionallevon-following

31、el) a certainreference measurementonce it exceeds a configurable threshold.C其他控制功能a停机：直流接触器/断路器和系统交流断路器开路；非关键电源断电。b启动：直流接触器/断路器和系统交流断路器开路闭合；非关键电源通电;系统可响应任何操作控制功能。c启动关机：在下列情况时需启动关机并保持在关机状态，直到接收到复位信 号。紧急跳闸开关低压交流或电网电压损失交流断路器跳闸（变压器两侧）门互锁，门打开时启动关机，门互锁失效模式用于维护，互锁功能自动重启烟感/火灾报警控制逻辑故障直流接地故障自动重启尝试设定次数后无法从断开状态重启远程禁用电网