《综合智慧能源管理》课件-项目二 蓄电池储能并网光伏发电系统设计

蓄电池储能并网光伏发电系统设计参考资料01并网储能系统的配置02特定负荷的选择和定容03储能蓄电池选型与定容04光伏阵列容量配置05参考资料PART01图3无电池储能的并网光伏发电系统示例储能系统在并网光伏发电系统中的应用图4并网光储系统示例储能系统在并网光伏发电系统中的应用供电可靠性；削峰；尽可能减小光伏发电与电网间的电量交换。储能系统在并网光伏发电系统中的应用图5并网光储系统的设计和安装步骤判定驱动选择架构选着和评估规定负荷选择并设定电池组容量设定光伏阵列容量选择和设定光伏控制器容量（如适用）选择和设定逆变器容量评估整体效率和光伏产量设计接线和安装方案PART02并网储能系统的配置图2.1配置1：单台多模式逆变器多模式逆变器直流侧与光伏阵列及电池储能连接，交流侧与特定负荷及电网连接。（1）在电网正常运行状态下，多模式逆变器功能如下：1）管理储能电池的充电水平：多模式逆变器将电池充电水平维持在规定的水平内，并优先使用光伏阵列产生的电能进行充电，当无法从光伏阵列获得电能时可从电网取电。2）输出光伏发电过剩的电能：当储能电池充满后光伏阵列仍有电能产生，则将多余的电能输送到电网。（2）在电网异常情况下，如停电，多模式逆变器功能如下：1）断开与电网的连接：内部保护会动作，将系统与电网解列。多模式逆变器会继续检查电网状况，当电网恢复正常后重新并网。2）给特定负荷供电：在多模式逆变器断开与电网的连接后，利用光伏阵列（可用时）或电池储能为特定负荷供电。（3）如果该系统设为削峰模式，则在峰值负荷期间多模式逆变器功能如下：1）断开与电网的连接：系统将离网运行，由电池储能为特定负荷供电。2）给特定负荷供电：系统离网后，利用光伏阵列（可用时）或电池储能为特定负荷供电。图12.5含电池储能的并网光伏系统拓扑1按照流行的业界最佳实践或相关标准，开关柜内可能需要两个隔离器。（1）并网逆变器到电网的连接，将用于从光伏输出功率到电网、从电网供电给电池组和从电网给连接到逆变器的特定负荷供电，这通常称为太阳能供应总开关。这个设备非常重要，因为它也是保护开关柜和逆变器之间电缆的保护装置。（2）逆变器到脱网期间需要供电的特定负荷的连接（假定也有非特定负荷）。所有连接到逆变器的特定负荷电路必须标记为连接到备用电源系统（或UPS）。图2.2配置2：带独立光伏控制器的单台逆变器

光伏控制器与光伏阵列及储能电池连接，负责从光伏阵列向储能电池充电。光伏控制器一般采用最大功率点跟踪，但也可以只是一个标准的PWM控制器。在离网运行时，如果光伏发电可用，光伏控制器将光伏所产生的电能储存到储能电池中。多模式逆变器直流侧与电池储能连接，交流侧与特定负荷及电网连接。（1）在电网正常运行状态下，多模式逆变器功能如下：1）给储能电池充电（多模式逆变器包含电池充电器时）：如果光伏阵列产生的电能无法满足储能电池充电的要求时，电池将通过多模式逆变器从电网充电。2）输出光伏发电过剩的电能：当储能电池充满后光伏阵列仍有电能产生，则将多余的电能输送到电网。（2）在电网异常情况下，如停电，多模式逆变器功能如下：1）断开与电网的连接：内部保护会动作，将系统与电网解列。多模式逆变器会继续检查电网状况，当电网恢复正常后重新并网。2）给特定负荷供电：在多模式逆变器断开与电网的连接后，利用电池储能与光伏阵列（可用时）中的电能为特定负荷供电。（3）如果该系统设为削峰模式，则在峰值负荷期间多模式逆变器功能如下：1）断开与电网的连接：系统将离网运行，由电池储能为特定负荷供电。2）特定负荷供电：系统离网后，利用电池储能与光伏阵列（可用时）中的电能为特定负荷供电。图12.6含电池储能的并网光伏系统拓扑2按照流行的业界最佳实践或相关标准，开关柜内可能需要两个隔离器。（1）并网逆变器到电网的连接，将用于从光伏输出功率到电网、从电网供电给电池组和从电网给连接到逆变器的特定负荷供电，这通常称为太阳能供应总开关。这个设备非常重要，因为它也是保护开关柜和逆变器之间电缆的保护装置。（2）逆变器到脱网期间需要供电的特定负荷的连接（假定也有非特定负荷）。所有连接到逆变器的特定负荷电路必须标记为连接到备用电源系统（或UPS）。图2.3配置3：通过互连开关装置相连的两台逆变器

并网逆变器直流侧与光伏阵列连接，交流侧与互联开关装置连接。互连开关装置通过并网逆变器控制光伏发电的流向。正常情况下，光伏所发的电输送到电网。在异常情况下，光伏给特定负荷供电，如果需要的话也可以通过多模式逆变器向电池充电。电网异常时内部保护并不会动作，因为多模式逆变器（即电池储能）可以提供与电网相类似的交流电流参考值。多模式逆变器直流侧与储能电池连接，交流侧与互连开关装置连接。具备电池充电功能但不含光伏控制器。（1）在电网正常运行状态下，多模式逆变器（通过互联开关装置）实现电池充电管理：如果电池需要充电，多模式逆变器会从电网向电池储能充电。（2）在电网异常情况下，如停电，多模式逆变器（通过互连开关装置）功能如下：1）给特定负荷供电：如果光伏发的电无法满足特定负荷的供电需求，则多模式逆变器可使用电池储能为特定负荷供电。2）给电池储能充电：如果在满足特定负荷供电后光伏仍有盈余的电能输出，则多模式逆变器可在规定的充电水平内向电池充电。（3）如果系统设为削峰模式，则在峰值负荷期间多模式逆变器（通过互连开关装置）功能如下：1）给指定负载供电：当互联开关装置将电网解列后，由多模式逆变器为特定负荷供电。2）给电池储能充电：如果光伏发电有盈余，多模式逆变器将给储能电池充电。3）管理光伏输出：如果特定负荷供电需求完全满足，并且电池储能已处于充满状态，将发送信号给并网逆变器以限制光伏发电的出力（该信号可以通过不同的方式传送，主要取决于其传输介质）。

互连开关装置与并网逆变器（光伏阵列）、多模式逆变器（电池储能）、指定负载及电网连接。它是一个交互式的开关控制器，控制着所有这些组件之间的功率流。（1）在电网正常运行状态下，互连开关装置功能如下：1）连接电网与多模式逆变器：为多模式逆变器提供并网接口，从而为电池储能充电。2）连接电网与特定负荷：互连开关装置将特定负荷接人电网。3）输出光伏发电：互连开关装置将光伏所发的电全部送到电网。（2）在电网异常情况下，如停电，互连开关装置功能如下：1）断开与电网的连接：内部保护动作将系统与电网解列，包含并网逆变器、指定负.载与多模式逆变器。断开后继续检查电网情况，当电网恢复正常后重新并网。2）连接交流电源与特定负荷：互连开关装置连接光伏阵列与多模式逆变器，利用光伏发电（可用时）与电池储能为特定负荷供电。3）连接光伏阵列（通过并网逆变器）与多模式逆变器：如果在满足特定负荷供电需求后光伏发电仍有盈余，则互连开关装置将光伏输出连接到多模式逆变器，将光伏产生的电能储存到电池中，直至电池充电到达指定水平。（3）如果该系统设为削峰模式，则在峰值负荷期间互连开关装置功能如下：1）断开与电网的连接：系统将离网运行，由电池储能为特定负荷供电。2）特定负荷供电：互连开关装置通过连接并网逆变器，即利用光伏阵列（可用时）的电能输出及多模式逆变器，即利用电池储能中的电能为特定负荷供电。3）连接光伏阵列（通过并网逆变器）与多模式逆变器：如果在满足指定负载供电需求后光伏发电仍有盈余，则互连开关装置将光伏输出连接到多模式逆变器，将光伏产生的电能储存到电池中，直至电池充电到达指定水平。图2.4所示的系统可同时显示电网输人值（G）及负荷值（L）。（a）离网运行时的运行信息（b）电网向电池充电时的运行信息.图2.4含电池的SMA并网系统显示图12.10总发电量计量图12.7含电池储能的并网光伏系统拓扑3

该系统有三个开关箱和开关柜之间的连接。因此，可能需要三个隔离器。（1）并网逆变器到电网的连接，将用于从光伏阵列输出功率到电网，这通常称为太阳能供应总开关。这个设备是非常重要的，因为它也是保护开关柜和并网逆变器之间电缆的保护装置。（2）多模式逆变器到电网的连接，将用于从电网给电池供电和从电网给连接到开关柜的特定负荷供电，这将被称为后备逆变器，或类似的设备。这个设备非常重要，因为它也是保护开关柜和多模式逆变器之间电缆的保护装置。（3）逆变器到脱网期间需要供电的特定负荷的连接（假定也有非特定负荷）。所有连接到逆变器的特定负荷电路必须标记为连接到备用电源系统（或UPS）。图2.5配置4：含并网逆变器的两台逆变器直接并网

多模式逆变器直流侧与储能电池连接，交流侧与特定负荷及电网连接。具备电池充电功能但不含光伏控制器。（1）在电网正常运行状态下，多模式逆变器功能如下：1）进行电池充电管理：如果电池需要充电，多模式逆变器会从电网向电池储能充电。2）给特定负荷供电：电网通过多模式逆变器向特定负荷供电。（2）在电网异常情况下，如停电，多模式逆变器功能如下：1）断开与电网的连接：如果在逆变器内部检测到逆变器向电网端口供电，内部保护会动作，将系统与电网（与光伏阵列）解列。多模式逆变器会继续检查电网状况，当电网恢复正常后重新并网。注意该配置中，电网端口被认为是所有逆变器唯一的充电电源，因此当电网出现故障，这些端口处将没有交流电源能为储能电池充电。2）特定负荷供电：在多模式逆变器断开与电网的连接后，利用电池储能为特定负荷供电，光伏阵列产生的电能将无法使用。（3）如果该系统设为削峰模式，则在峰值负荷期间多模式逆变器功能如下：1）断开与电网的连接：如果在逆变器内部检测到逆变器向电网端口供电，内部保护会动作，将系统与电网解列，由电池储能为特定负荷供电。2）给指定负载供电：系统离网后，利用电池储能中的电能为特定负荷供电。图12.10总发电量计量图12.8含电池储能的并网光伏系统拓扑4

含电池储能的并网光伏系统拓扑4如图12.8所示。该系统有三个开关箱和开关柜之间的连接。因此，可能需要三个隔离器。（1）并网逆变器到电网的连接，将用于从光伏阵列输出功率到电网，这通常称为太阳能供电总开关。这个设备非常重要，因为它也是保护开关柜和并网逆变器之间电缆的保护装置。（2）多模式逆变器到电网的连接，将用于从电网给电池供电和从电网给连接到开关柜的特定负荷供电，这将被称为后备逆变器，或类似的设备。这个设备非常重要，因为它也是保护开关柜和多模式逆变器之间电缆的保护装置。（3）逆变器到脱网期间需要供电的特定负荷的连接（假定也有非特定负荷）。所有连接到逆变器的特定负荷电路必须标记为连接到备用电源系统（或UPS）。图2.6配置5：含并网逆变器的两台逆变器直接与特定负荷连接

多模式逆变器直流侧与电池储能连接，交流侧与特定负荷、并网逆变器及电网连接。具备电池充电功能但不含光伏控制器。（1）在电网正常运行状态下，多模式逆变器功能如下：1）进行电池充电管理：如果电池需要充电，多模式逆变器会利用光伏发电（在满足特定负荷供电需求后仍有盈余）或从电网向电池储能充电。2）给特定负荷供电：多模式逆变器补充光伏发电并向特定负荷供电，如果需要可以从电网取电。3）向电网供电：在满足特定负荷供电需求和储能电池充电后光伏发电仍有盈余，则通过多模式逆变器向电网供电。（2）在电网异常情况下，如停电，多模式逆变器功能如下：1）断开与电网的连接：内部保护会动作，将系统与电网解列。多模式逆变器会继续检查电网状况，当电网恢复正常后重新并网。2）给特定负荷供电：如果需要，多模式逆变器可以利用电池储能补充光伏发电的不足，为特定负荷供电。3）进行电池充电管理：如果光伏发电有盈余，且多模式逆变器允许从负载端充电，则多模式逆变器将使用盈余的光伏发电为电池充电直至达到规定的水平。4）对盈余光伏发电管理：假设允许负载端充电，且储能电池已经处于充满状态，而光伏所发的电超过了特定负荷的用电需求，则多模式逆变器将发信号给并网逆变器以降低光伏阵列的输出功率。（3）如果该系统设为削峰模式，则在峰值负荷期间多模式逆变器功能如下：1）断开与电网的连接：系统将与电网解列允许，由光伏发电及电池储能为特定负荷供电。2）给特定负荷供电：系统离网运行时，多模式逆变器可以利用电池储能补充光伏发电的不足，为指定负载供电。3）进行电池充电管理：如果光伏发电有盈余，且多模式逆变器允许从负载端充电，则多模式逆变器将使用盈余的光伏发电为电池充电直至达到规定的水平。4）对盈余光伏发电管理：假设允许负载端充电，且储能电池已经处于充满状态，而光伏所发的电超过了指定负载的用电需求，则多模式逆变器将发信号给并网逆变器以降低光伏阵列的输出功率。图12.9含电池储能的并网光伏系统拓扑5

按照流行的业界最佳实践或相关标准，开关柜内可能需要两个隔离器。（1）多模式逆变器到电网的连接，将用于从光伏输出功率到电网、从电网供电给电池组和从电网给连接到逆变器的特定负荷供电，这通常称为光伏阵列主开关。这个设备非常重要，因为它也是保护开关柜和逆变器之间电缆的保护装置。（2）逆变器到脱网期间需要供电的特定负荷的连接（假定也有非特定负荷）。所有连接到逆变器的特定负荷电路必须标记为连接到备用电源系统（或UPS）。多模式逆变器和并网逆变器之间还需要安装-一个隔离开关，这样并网逆变器就被隔离开，而不会影响对特定负荷的供电。所有配置都可以采用净计量图12.11净计量佛职院智能微电网的配置图5并网光储系统的设计和安装步骤判定驱动选择架构选着和评估规定负荷选择并设定电池组容量设定光伏阵列容量选择和设定光伏控制器容量（如适用）选择和设定逆变器容量评估整体效率和光伏产量设计接线和安装方案PART03特定负荷的选择和定容图5.1确定特定负荷选择的成本约束作用的可能方法选择特定负荷定义特定负荷再评估特定负荷计算所需光伏阵列面积计算所需逆变器功率大小计算所需储能电池容量评估系统成本成本可接受？是否转入系统设计将可靠性作为主要驱动因素的业主，当已有特定负荷时会要求在任何时间都有一个可靠稳定的电源。(1)关键负荷。是指失去电源后，可能导致巨大损失或对人的生命构成威胁的负荷。这可能包括工厂中某些生产线设备、医院或家庭中某些医疗设备。当备用电源启动之前，这些关键负荷能够承受瞬间掉电。但是需要特别注意的是，在随后的特定时间内必须使备用电源达到满电量。1.1驱动因素1:可靠性(2)敏感负荷。是指电源短暂掉电后，可能导致设备损坏或其他问题，例如计算机系统之类的负荷。这些敏感负载可能并不需要一个长时间的备用电源，但该备用电源的响应速度是至关重要的。(3)关键和敏感负荷。某些可能会同时归属于两个类别的负荷，例如生命维持设备或手术室的设施设备。此类设备可能需要-个完整的、持续的电力供应。1.1驱动因素1:可靠性(4)低质量的供电负荷。一些系统可能不含有关键或敏感负荷，但由于电网故障频率较高或故障持续时间较长，负荷需要可靠的替代电源用于日常生产。例如偏远地区的采矿设备，偶然的掉电可能不会导致显著的经济损失，但由于电网频繁发生供电故障，这些负荷要求有替代电源。在这种情况下，特定负荷的选择是灵活的，因此需要与系统业主进行协商并确定。负荷有不同的优先级，尤其是在一个备用系统中，在选择特定负荷时应该重点考虑。1.1驱动因素1:可靠性系统业主若有平抑峰值负荷的强烈需求，则需要选择运行在峰值电价时段的特定负荷。当选择好需要平抑的特定负荷时，则需要统计从储能电池向负荷供电的频次。该供电频次和持续时间受电价结构影响，即受电力价格峰值出现的频率影响。1.2驱动因素2:平抑峰值负荷图5.2夏季居民用户的各种负荷平均需求曲线（来源：资源、能源和旅游部）图5.3冬季居民用户的各种负荷平均需求曲线（来源：资源、能源和旅游部）若业主想减小从电网获取的电量和光伏系统向电网输送的电量，则在完成系统设计时可能有以下原因:(1)系统业主可能对主要由煤和天然气发电的电厂存在环境问题的担忧。为此，他们希望尽可能多地用光伏发电为自己的负荷提供电力。(2)系统业主可能因为光伏系统输出到电网的电价成本显著低于电网供电成本的利益驱动。因此，将多余的光伏电量存储起来用于在夜间使用的系统具有更高的经济效益。这与平抑峰值负荷具有一些相似之处，但它更普遍，并适用于无定价时间的业主。1.3驱动因素3:电网与光伏系统之间交换电量最小化在一些地区，光伏系统向电网输送的电量可能受到限制。这可能是一个连接到分布式馈线的系统，而该系统可能导致馈线电压显著提升，其中光伏出力可能导致电网故障及操作引起的并网逆变器故障。还可通过以下驱动因素进行特定负荷选择:①现有的或所期望的光伏阵列大小;②该系统业主希望特定负荷尽可能多地由光伏阵列向其供电;③特定负荷的规模范围可以从单个装置的供电(例如冰箱)到整个家庭供电，此时电网仅仅作为备用供电电源，在大多数时间充当用户离网光伏系统。当含电池储能单元的并网光伏系统脱网运行时，对于光储系统能够在预期的一段时间内为特定负荷提供预期的电力供应非常重要。因此，有必要进行准确的负荷评估，以了解特定负荷的特点。2特定负荷评估评估特定负荷的性质之前，对预期脱网频率及脱网时长评估是很重要的。对于将可靠性(驱动因素1)作为驱动因素的系统，例如提供备用电源将取决于预期电网故障的频率和时长。对于将平抑峰值负荷(驱动因素2)作为驱动因素的系统，这将取决于峰值电价的频率和时长。对于将电网与光伏系统之间交换电量最小化(驱动因素3)作为驱动因素的系统，这将取决于光伏发电模式与消费模式的对比。2.1预期脱网评估2.2脱网期间的能量需求评估——使用表单设备描述（第1列）功率/W（第2列）运行/h（第3列）用电量/（V·h）（第4列）功率因数（第5列）最大需求/VA第6列）浪涌因子（第7列）浪涌/运行功率/VA（第8列）总用电量（小计1）/（W·h）任一时刻所需要的最大功率（小计2）/VA逆变器浪涌要求（小计3）/VA2.2脱网期间的能量需求评估——使用表单表5.2主要不同类型的负荷及其各自的功率因数负荷类型设备功率因数阻性负载加热设备、白炽灯、电烤炉、热水器1.0感性负载马达、变压器、荧光灯、冰箱、洗衣机0.2~0.7感性负载（含功率因数校正）与上述相同设备（含功率因数校正）可达0.98电子负载紧凑型荧光灯（节能灯）、电视、计算机、音响系统0.4~0.7设备描述功率/W运行时长/（小时数×天数）耗电量/（W·h）功率因数最大功率需求量/VA收银机12607.5×358501260收银机22607.5×358501260照明1007.5×322501100冰箱8004×3240000.9800÷0.9=890合计耗电量/（W·h）37950任一时刻的最大功率需求/VA1510表5.4超过3天停电时间的用电量设备描述功率/W运行时长/h耗电量/（W·h）功率因数最大功率需求量/VA照明1007.57501100冰箱800432000.9800÷0.9=890合计耗电量/（W·h）3950任一时刻的最大功率需求/VA990表5.5由光伏发电提供电量的负载设备描述功率/W运行时长/h耗电量/（W·h）功率因数最大功率需求量/VA电冰箱40028000.8500计算机25012500.9278电视+娱乐系统20036000.9223照明400312000.9446洗衣机平均为500W最大为1000W15000.7不适用的①烘干机2000220000.82500洗碗机平均为600W最大为1200W16000.8750合计耗电量/（W·h）5950任一时刻的最大功率需求/VA4697表5.6峰值电价期间的耗电量（17：00-22：00）该家庭每天晚上需要用洗衣机洗衣服，然后再用烘干机将其衣物烘干。显然，洗衣机和烘干机将不会同时使用。由于烘干机的能耗更高，因此在这两种设备中烘干机被用作最大功耗设备。表5.7设备的日耗电量设备描述功率/W运行时长/h耗电量/（W·h）功率因数最大功率需求量/VA冰箱/冰柜200816000.9200微波炉100010min1661没有包括在内电热水壶20003min10012000电视+娱乐系统10022001100照明504200150洗衣机30026000.9没有包括在内逆循环空调平均为250W最大为700W12500.95730洗碗机40014000.95420合计耗电量/（W·h）3516任一时刻的最大功率需求/VA3520考虑到负荷和浪涌不可能在同一时间出现，因此系统容量设计时不需要考虑它们同时发生的情况。当确定系统最大功率和浪涌功率需求时，考虑负荷的多样性尤其重要。在考虑负荷的多样性时，需要确定负荷/设备同时运行的可能性，或同时具有浪涌的可能性。2.4负荷的多样性针对负载多样性对系统容量设计的影响，可接受的负荷/设备同时运行的可能性取决于系统业主的需求。例如，眼科手术中同时使用不同类型的医疗设备的可能性较低，但如果必要的话，他们仍然希望供电电源具有这样的能力及灵活性。业主可能宁愿限制同时使用设备数量，也不愿为了额外的容量支付更多的费用。如果所有负载同时运行(不具有负荷多样性)，那么可能需要将所有最大负荷累加，并根据最大负荷设计系统容量。2.4负荷的多样性图5.6具有负荷多样性和最大能量需求的例子如果负荷不可能在同一时间运行(即存在负荷多样性)，那么系统容量可以被设计得更低。这可能会发生在一些具有很短的使用时间并且之后会关闭的设备，并且这些设备不会同时使用。例如，一个家庭用户具有多个娱乐和烹饪设备，当这些设备打开时具有浪涌需求，但所有这些设备被同时打开的可能性较低。另外，还需要考虑负荷多样性随季节的变化情况。例如，用于制冷的空调和用于取暖的油汀不太可能在一年中的同月使用。表5.3用于确定年均能源消耗随季节性差异的负荷评估表设备描述功率/W功率因数夏季负荷冬季负荷运行时间/h用电量/（W·h）最大需求量/VA运行时间/h用电量/（W·h）最大需求量/VA总用电量/（W·h）夏季：冬季：任一时刻最大功率需求/VA夏季：冬季：一些负荷/设备的电机启动时存在浪涌功率。浪涌功率尽管只是一个瞬态过程，但可导致逆变器和保护装置跳闸等问题。在配置逆变器时需要考虑该问题，以避免故障情况的发生。当前，许多电机驱动设备等感性负载采用软启动实现电流逐渐增加。带软启设备以减少浪涌因子的电机负载需要包含到负荷评估中去。2.5基于负荷曲线分析减少浪涌需求估算脱网期间能量需求的一个更准确的方法是使用交流功率分析仪。此设备通过测量一段时域内的负荷/设备的实际状态，从而提供更为准确的高峰负荷需求、运营小时和能量消耗等信息。2.6脱网期间的能量需求——使用交流功率分析仪当使用交流功率分析仪时，最优办法是对负荷/设备监测几个星期，至少超过几天，以保证典型的状态已被记录到。更长的监测时间可以保证更具说服力负载分析的结果。此外，通过较长时间的负载跟踪，可以识别设备的运行时间和停机检修时间，比如区分白天、晚上和周末。当使用交流功率分析仪时，可以对负荷/设备进行装置级别或单个电路级别的测量。PART04储能蓄电池选型与定容业主将可靠性作为首要目的时，需要电池组能够在给定的时间内，可能是预计最长的电网故障时间，充分满足指定负载的电力供应。从电网断开的频率，其预计值取决于电网质量，应该与业主协商评估决定。除非电网故障频发，否则，电池组的充电时间可能并不是关键。因此，系统的电池组通常不需要频繁充电，但充电深度较深。同时电池的快速充电能力可能不是必要的，而需要自放电较小。因此，电池技术选择锂电池或新兴的如溴化锌可能比较合适。目的1:可靠性业主将削峰作为首要目的时，需要电池组能够根据电价结构，按给定的频率在给定的时间内给指定负载供电。根据峰值电价的特性，可能一天1次或2次。这意味着电池组的充电时间可能非常重要，如果电池组不能在设定的时间进行充电，将需要配置更大容量的电池，从而可以深度充电来减少充电频率。因此，该系统的电池组通常会频繁地充放电，并在相同的时间尺度内持续提供相同的功率。这意味着电池可以高成本效益为目的进行准确地容量配置。由于频繁充电，电池的自放电率可能不那么重要，充电时间相对更重要。因此，电池技术如铅酸、锂离子或镍氢可能比较合适。目的2:削峰业主将尽可能减少光伏发电与电网间的电量交换作为首要目的时，需要电池组按给定的频率在给定的时间内给指定负载供电。电网断开的频率取决于光伏发电模式与用电模式的差别，这意味着充电时间可能非常重要。因此，该系统的电池组通常会频繁充放电，但负载大小及供电时长会有所不同。对于某些系统，可能需要配置大容量的电池组。电池的充放电时间及自放电率都很重要。在某些系统中电池对环境的影响也很重要，某些系统可能储能成本非常重要。因此，电池技术如锂离子、铅酸或新兴的溴化锌可能比较合适。目的3:尽可能减少光伏发电与电网间的电量交换由于电池组可能是系统中最昂贵的部分，因此考虑每种电池技术的成本、电池容量与其成本之间的关系非常重要。例如，一些电池可能基础投资成本较高，但增容成本较低。有些电池可能系统容量较小时性价比较高，但对于较大的系统将变得非常昂贵。系统约束条件与电池安装位置相关的约束条件也很重要。包括电池组需要的物理空间、通风以及运行温度。例如:(1)一些电池，如液流电池，需要较大的空间。其他如锂离子电池，能量密度高，需要的空间较小。(2)一些电池，如排气式电池，通风条件必须要好，以防止氢气积聚。其他如密封电池，可以放置在通风稍差的地方。(3)一些电池，如锂离子电池，工作的温度范围有限，无法在0摄氏度以下的环境中充电。其他如铅酸电池，工作温度范围更宽。系统约束条件(1)与电网断开期间必须保证供电的特定负荷的大小。(2)与电网断开的时长/备用供电时长。(3)从电网断开的频率。(4)业主需要电池充电的时间。对于大多数系统而言，电池容量由准则(1)、(2)和(3)确定。在此之前，必须针对不同目的情况进行负载评估，为设计准则提供输入。准则(4)的重要程度取决于系统建设的主要目的。因此，这需要与系统业主协商决定。储能电池组容量设计准则：要确定并网光储系统中电池组的电压，需考虑以下几点:(1)电池组的电压决定了为满足指定负载能量需求流过的最大电流。(2)电池组电压与逆变器的匹配。(3)选择合适的电池单体电压。对于任何系统，电池的电流决定了电缆的选择及系统的运行效率。显然，电流低，则需要的电缆电流承载能力相对小，系统损耗更低，可以降低电缆成本。电池组的电压与其最大电流输出有关，电池组电压越高，所需的电流越小。确定储能电池组电压还应考虑电流需要流经的时长，系统电流值大但时间短，与相同电流值但持续较长时间的系统设计可能不同。图6.1基于负荷需求的电池组电压指南确定储能电池组电压如果系统电压接近这些建议临界值，那么其他一些因素，如电池与电源间的距离必须考虑，因为这会影响到电缆的损耗。当确定电池组电压时，应考虑逆变器的电压。目前逆变器电压一-般为12~120V。如果系统非常大，需要使用230V的电池组时，应考虑备用发电机。由于不同电池技术的电池单体有不同的额定电压，因此选择电池技术类型时合适的单体电池电压也很重要。例如，铅酸电池单体额定电压为2V，因此电池组电压应该是2V的倍数。锂离子电池单体额定电压为3.6V,则电池组电压只能是3.6V的倍数。电池容量最小值取决于电网故障期间所需供给的能量，计算公式为储能电池组容量配置除了所需的总能量，电池组容量还取决于:①最大放电倍率，取决于最大功率需求及，最大浪涌需求;②最大充电倍率，取决于充电电流与充电时间。电池组的实际安装容量可能会大于其需求量。但需要注意，电池组的容量要根据多模式逆变器的充电能力决定，不能过大，即如果电池组容量由于异常高的需求而被使用，系统的充电能力(含光伏及电池充电)可能不足以在合理的时间内为电池充电，将造成该系统的备用功能受到影响。特定负荷评估用于确定系统离网运行期间需要系统供电给特定负荷的总能量。但必须考虑系统的供电效率。因此，系统需要的总能量与电池组能够提供的总能量是不同的。电池组必须提供的总能量为1、储能电池组必须提供的总能量系统必须提供的总能量还应考虑要求延续的天数，特别是在电网故障时系统用作备用电源时最相关。如果不常发生供电故障，系统所需的电池容量通常只需满足单一电源备用事件下的功率要求。然而，如果系统经常发生停电事件，如一周数次，或业主要求在系统设计时增加供电安全性，电池在停电期间可能无法充电。因此，电池的容量需要调整为能够提供额外的延续容量，在一个以上的电网故障情况下为特定负荷供电。1、储能电池组必须提供的总能量提供多天的延续将增加电池的容量，从而增加电池组的成本。但是，由于电池放电倍率的平均深度将低于大容量的电池，电池的潜在寿命会更长。此外，电池容量多于最小延续量将使终端用户可以更灵活地改变总的负载备用，例如正在使用的设备发生了变化。注意负载改变时，对延续的天数及储能预计寿命的影响必须评估。1、储能电池组必须提供的总能量放电深度是指在系统运行过程中，电池放出的容量占其总容量的多少，其值取决于电池放电达到这一水平的频率。例如，如果电池经常放电，设置较低的放电深度比较好，可以最大限度地提高电池寿命，且该值不应超过由制造商确定的不同类型电池的最大放电深度。例如，铅酸电池建议的最大放电深度为70%，因此，如果系统使用铅酸电池，设计放电深度时不能大于70%。2、最大放电深度一旦EToT-GD与DODMAX计算结果确定，电池组容量就可以进行初步计算。利用最大放电深度确定电池组容量的方程为电池组容量配置要能够满足逆变器给特定负荷供电时最大功率与最大浪涌的需求，保证逆变器电压不会降到低于截止电压。该截止电压是为了防止电池过放。提供最大功率需求时所需的最大放电电流值取决于电池技术及制造商的规格。当使用电池组作为电网故障不频发时的备用电源，电池很可能进行深度放电循环，因此10~20h的放电率是比较合适的。铅酸电池的最大放电电流可通过5倍率放电时的容量(Ah)除以5h进行估算，或通过10倍率放电时的容量(Ah)除以10h进行保守计算。3、最大功率需求和最大浪涌需求电池组的最大充电倍率取决于电池技术和制造商的规格。选择的多模式逆变器控制时需要保证电池组的充电电流不超过其允许值。如果逆变器不可控，且电池充电电流超过其允许值，则电池将需要增容(提高允许的充电电流值)。如果系统需要电池组在特定的时间内进行充电，则电池组(及逆变器)可能需要更大容量。4、最大充电倍率电池串联决定了系统的电压，再经过并联则决定电池总容量。按照标准在每个电池串的正负极都应该安装熔断器及隔离装置。此外，还需提供电池的过流保护。不建议电池并联或电池串并联。如果系统设计中包含并联电池或电池串，应考虑重新设计以避免电池或电池串的并联。可以通过增加电池的容量进行串联来建立电池组所需的电压及容量。当没有其他合理的选择时，电池或电池串的并联可能是必要的。例如，当足够容量的电池类型并不适合系统需求，或电池安装处存在重电池的运输、处理和安装问题时，并联电池/电池串可以考虑。5、电池单元并联设计系统配置中电池/电池串的并联设计与安装时，需要特别注意此类配置的具体操作要求。电池与电池串中的电池必须来自同一制造商，必须使用相同类型。相同型号、相同单体容量的电池，电池串中电池数量必须相同，从而确保并联电池/电池串间充放电的平衡。电池安装时所有并联电池/电池串间的电缆及互联线路截面积必须相等，电缆尺寸及连接器的类型必须相同，以保证充放电的平衡。5、电池单元并联设计练习1:设备描述功率/W运行时长/（小时数×天数）耗电量/（W·h）功率因数最大功率需求量/VA收银机12607.5×358501260收银机22607.5×358501260照明1007.5×322501100冰箱8004×3240000.9800÷0.9=890合计耗电量/（W·h）37950任一时刻的最大功率需求/VA1510表5.4超过3天停电时间的用电量练习2:设备描述功率/W运行时长/h耗电量/（W·h）功率因数最大功率需求量/VA电冰箱40028000.8500计算机25012500.9278电视+娱乐系统20036000.9223照明400312000.9446洗衣机平均为500W最大为1000W15000.7不适用的①烘干机2000220000.82500洗碗机平均为600W最大为1200W16000.8750合计耗电量/（W·h）3516任一时刻的最大功率需求/VA4697表5.6峰值电价期间的耗电量（17：00-22：00）该家庭每天晚上需要用洗衣机洗衣服，然后再用烘干机将其衣物烘干。显然，洗衣机和烘干机将不会同时使用。由于烘干机的能耗更高，因此在这两种设备中烘干机被用作最大功耗设备。练习3:表5.7设备的日耗电量设备描述功率/W运行时长/h耗电量/（W·h）功率因数最大功率需求量/VA冰箱/冰柜200816000.9200微波炉100010min1661没有包括在内电热水壶20003min10012000电视+娱乐系统10022001100照明504200150洗衣机30026000.9没有包括在内逆循环空调平均为250W最大为700W12500.95730洗碗机40014000.95420合计耗电量/（W·h）3516任一时刻的最大功率需求/VA3520PART05光伏阵列容量配置在设计光伏阵列大小时，将采用以下一个或者两个设计准则:(1)根据光伏阵列在白天或某个特定时段用来给电池组充电量进行系统容量设计。(2)根据并网或离网条件下特定负荷在白天的能量需求进行系统容量设计。如果光伏阵列用于在离网条件下给特定负荷的供电，则光伏阵列的容量必须遵守相应的设计导则。光伏电站业主需要充分了解光伏系统每日出力波动与预测功率之间的关系，以及光伏出力波动对电池储能的可靠性以及电站配置选择产生的影响。同时，业主还需要充分意识到不同季节系统的运行限制以及在系统使用过程中必须采取的折中方案。任何系统的设计都需要根据业主需求确定对电池储能系统的安全水平。光伏系统的配置形式将对光伏阵列的容量配置产生以下影响:(1)系统效率及收益。(2)光伏阵列是否可以为储能系统充电。(3)在离网模式下光伏系统是否可以为特定负荷提供充足电能。表7.1不同拓扑形式光伏阵列的功能列表配置形式光伏系统是否可以直接为电池充电（白天）光伏系统在离网模式下是否可以为特定负荷供电（白天）配置1：单个储能逆变单元是是配置2：带独立光伏板控制器的单个储能逆变器是是配置3：带切换开关的双逆变器否①是双逆变器，与电网直接连接的并网逆变器否①否双逆变器，与特定负荷直接连接的并网逆变器是②是表示光伏系统可以间接为电池充电，即光伏系统将电能输出给电网，然后再由电网给电池充电。表示仅当特定负荷供电有剩余时光伏系统才可对电池进行充电。因素1:系统可靠性将可靠性作为主要指标的系统需要考虑如下两个设计标准。(1)标准1:设计光伏阵列在白天或某个特定时段用来给电池组充电。当电网故障时，储能电池组需要达到满充状态。如果光伏阵列是电池充电的主要电源或唯一电源，那么在电网故障条件下，光伏阵列需要