储能电站设计关键技术分析

储能电站设计关键技术分析典型案例分析应用场景及设计难点设计要点010203削峰填谷；参与需求侧响应，提供有偿辅助服务；构建微网、主动配电网等源网荷储系统的组成部分。促进新能源消纳，解决新能源发电的波动性、间歇性；参与调峰、调频、调压、备用、黑启动等辅助服务。的紧急支撑；促进新能源消纳

和送出；延缓电网的投资；提

升电能质量。参与系统的调峰、调频、调压；备用、黑启动；作为电网事故发电用户•

01应用场景输电配电如何优化接线及

布置，提高设备

转换效率，降低

站用电损耗，降

低度电成本？如何提高电池等

设备的循环使用

寿命，降低度电

成本？如何采取“消

+

防”措施，保证

储能电站的高安

全？占地面积大、电

池等设备庞多，

监控信息多杂，

如何提升运维管

理的水平？安全运维成本寿命•

01设计难点典型案例分析应用场景及设计难点设计要点010203•02设计要点—规程规范

《电化学储能电站设计规范》（

GB

50148-2014）

《电化学储能系统接入电网技术规定》（GB/T36547-2018）

《电力系统电化学储能系统通用技术条件》（GB/T36558-2018）

《电力储能用锂离子电池》（GB/T36276-2018）

《电化学储能系统储能变流器技术规范》（GB/T34120-2017）

《电化学储能电站用锂离子电池管理系统技术规范》（GB/T34131）

《电化学储能系统接入电网测试规范》（GB/T36548-2018）

《储能变流器检测技术规程》（GB/T34133-2017）

《电化学储能系统接入配电网技术规定》（NB/T33015-2014）

《储能系统接入配电网设计规范》（Q/GDW

11376-2015）

《储能系统接入配电网技术规定》（Q/GDW

1564-2014）

《电池储能系统集成典型设计规范》（Q/GDW

1886-2013）•02设计要点—接入方式储能系统接入电网电压等级按照应用场景、额定功率、接入点网架结构、系统中地位等确定。接入方式一般采用专线接入公网、T接接入公网、用户变配电站房接入几种方式。储能系统接入电网电压等级储能系统容量范围并网电压等级8kW及以下220V/380V8~1000kW380V500kW~8MW10kV8MW~100MW35~110kV100MW以上220kV及以上•02设计要点—电能质量储能并网不应对电网电能质量产生不利影响，为此对储能引起的电压偏差、电压波动和闪变、谐波、三相电压不平衡和直流分量进行了规定，并提出相关监测和治理措施。电能质量

电压偏差；

电压波动和闪变

谐波；

三相电压不平衡；

直流分量。l电能质量问题治理：

储能变流器采用三电平拓扑；配置有源滤波器抑制谐波；配置静止无功

补偿器。l电能质量监测：储能系统公共连接点处装设电能质量在线监测装置。频率范围f（Hz）要求f<48电化学储能系统应立即与配电网断开连接。48≤f<49.5电化学储能系统不应从配电网获取电能。49.5≤

f≤50.2正常运行。f>50.2电化学储能系统不应向配电网输送电能。并网点电压要求<50%N并网点电压低于50%N持续0.2s以上时，断开连接。50%N≤<85%N并网点电压50%N≤<85%N

区间的持续时间大于2s时，断开连接。85%≤回≤110%N正常运行110%N<<120%N并网点电压110%N<<120%N

区间的持续时间大于2s时，断开连接。120%N<网点电压高于120%N持续0.2s以上时，断开连接。电压异常响应要求频率异常响应要求•02设计要点-电网异常响应要求参数铅炭电池磷酸铁锂电池三元锂电池电芯能量密度（Wh/kg）35160240成本（元/Wh）0.70.80.95充放电倍率<0.3C<3C<4C系统循环次数2000次左右5000次左右6000次左右充放电深度50%左右90%左右90%左右优缺点价格低，

能量密度

低、安全特性好能量密度高、安全特性好、低温性能差能量密度最高、低温

性能好、安全特性差•02设计要点-储能电池•02设计要点-储能电池电芯的一致性是影响储能电站安全高效运行关键要素，影响储能电站的成本、寿命、安全、运维。BMS管理运维手段环境温度制造工艺大容量电芯运行方式接入条件效率拓扑结构过载能力充放电转

换时间规约•

02设计要点-PCSPCS是实现储能电站交直流变换的核心器件。BMS监控电池的各种状态，并将电池状态与报警

信息及时上传监控系统，监控系统控制PCS对电

池组进行有序充放电。电芯电压、温度，电池簇电压、电流、温度采集；

SOC和SOH诊断；主动均衡维护功能；热管理功能；绝缘监测，充放电接触器控制等；故障诊断、报警、保护功能；消防联动。•

02设计要点-BMS•02设计要点-电气主接线储能电站的电气主接线应根据储能电站应用场景、电压等级、规划容量、线路和变压器连接元件总数、储能单元设备特点等条件确定，一般采用线路变压器组、单母线、单母线分段、桥形接线等简单接线方式。

方案一：接线形式简单，但变压器数量多，

能效低，经济性差，占地面积大；

方案二：双分裂变压器设备成本较高；

方案三：两台PCS主从控制避免环流，双

绕组变压器成本低。PCS变压器单元接线630V500kw

500kw

5

sw

500kw△

△

250

V630

V方2500kw500kwOO△△

•02设计要点-总平面布置储能电站的总平布置根据储能电池类型、站址条件、应用场景、建设工期等条件确定。铅酸（炭）、液流电池电池可采用户内布置或预制舱户外布置。三元锂电池、磷酸铁锂电池一般宜采用预制舱户外布置。供电可靠性：中大型储能电站建议采用双电源供电。站用电负荷：主要包括照明、空调、风机、水泵、监控、保护、通信负荷等，空调是储能电站占比最高的站用电负荷。站用电优化措施：

采用热导系数小的保温隔热材料；

设置遮阳措施；

优化空调和风道设计；

根据季节和运行方式合理设置环境温度；

配置光伏等分布式电源。02设计要点-站用电系统•02设计要点-计算机监控系统采用分层分布式结构，由站控层和间隔层组成。站控层配置EMS服务器、数据服务器、通信网关机等；

间隔层包括BMS、

PCS、保护测控装置、录波装置等。网络架构可采用冗余配置。l

提高储能电站的运行检修的安全性；l提高储能电站的运行检修的效率和设备利用率；l延缓储能电池性能衰减和离散，提升储能电池寿命和

性能，提高全生命周期收益。•

II区加运检采集服务器•

III区加运检数据处理服务器和运检系统系

统应用服务器•02设计要点-智能运维•02设计要点-消防安全采取“预防为主、防消结合”的设计理念。（1）模组结构。在电池模组设计上，保证电芯以及电池架距离，达到散热、防火隔离目的。表面喷覆环氧树脂粉末保护，各机柜器件考虑足够的爬电距离，空气间隙避免电器短路起火。（2）材料选择。电池模组的塑胶结构件选用熔沸点高的材料，提升电池模组的防火耐火性能。集装

箱内壁上填充不燃级保温隔热材料，能够达到保温、隔热、阻燃的效果。（3）

BMS：

BMS对电池进行常态监测、评估和保护。具体包含：荷电状态过高保护、荷电状态过低保护、电池簇过压保护、电池簇欠压保护、电池簇过流保护、单体电池过压保护、单体电池欠压保护、单体

电池过流保护、单体电池过温度保护、单体电池低温保护、短路保护。（4）电芯温控措施。通过传感器将实时监测到的电压、电流、温度等参考量逐步上传，并通过上级

管理单元进行汇总、评估和仲裁，当电池温度超过温度阀值（如：60℃)时，

BMS会发出指令使系统停机，

杜绝热失控发生。（5）采用可燃气体探测器。接入BMS和火灾报警系统，当发生火灾时，设置两级阙值，分别启动报

警、关闭簇级开关和PCS、启动消防设施。（6）设置水消防、七氟丙烷、细水雾等消防设施。典型案例分析应用场景及设计难点设计要点010203由于镇江谏壁电厂3台33万千瓦机组已于2017年迎峰度夏后全部关停，

而原规划2018年上半年投运的镇江丹

徒燃机2台44万机组因故无法按计划建

成投运。

2018年夏季用电高峰用电分

区用电存在缺口

，

随着用电负荷的增

长，

镇江东部电网供电紧迫形势短期

内仍持续存在。

为缓解镇江地区2018

年电网迎峰度夏供电压力

，

保证地区

生产生活用电

，

提高电网的供电可靠

性，本储能电站项目建设迫在眉睫。北山

石桥

质检站

至东乡

\

（现有40回）一五峰

绍隆Q

○银山

——Q丁岗

一至东乡220千伏变电站110千伏变电站220千伏线路110千伏线路35千伏线路10千伏线路10千伏接入的电站

本工程24兆瓦项目背景及必要性说明：图中虚线为本工程新建项目至姚桥至东乡至辛丰

至黄墟

至谏壁电厂奇美至普庆至新竹至访仙至金凤至高桥至姚桥至新竹图例金东大路大港至化工可供储能系统充电的时段主要包括：

（

1

）

3:00—6:00

。

持续时间4小时

，供储能系统充电的裕度较

大；

（2）12:00—13:00

。

持续时

间1小时；

（3）

18:00—19:00。持

续时间约1小时

，

可供储能系统充电，

以满足晚高峰时段放电需求。运行策略镇江电网侧储能“多充多放”运行模式一、

二次设备高度集成

，

采用标准预制舱体布置形式

，

实现设计方案模块化、

设备基础通

用化、施工建设标准化，缩短建设周期，节约建设成本。

智能总控舱、电池舱、

PCS升压舱、汇流舱、

SVG舱，

舱体数量多。电池舱与PCS升压舱

（

2台PCS+1台升压变）

一一对应

，

前者有空调

，

后者通风

，

前者采

用七氟丙烷气体自动灭火系统（全淹没灭火方式）

，均装设红外测温高清探头。监控系统：

储能电站的核心部分

，

实现对储能站中储能系统、

升压

变压器、

SVG等进行信息采集、处理、

实施监视、有功自动控制、

无功电压控制、

与调度通信和运

行管理等功能。控制与调节：支持远方和就地模

式，

包括站内断路器、

隔离开关、变压器分接头遥控遥调等。江苏省调、镇江地调对BMS、

PCS进行信息采集、处理和控制，包括：

遥测：电池组单元SOC、

SOH，电池组单体最高电压、电池组单体最高电压编号、电池组单

体最低电压、电池组单体最低电压编号、电池组单体平均电压值、电池组单体最高温度、电池组

单体最高温度编号、电池组单体最低温度编号、电池组单体最低温度编号、电池组单体平均温度

值。

PCS运行状态（包括停机、待机、充电、放电）直流侧电流、电压、总功率，交流侧电流、

电压、有功功率，无功功率、功率因数、频率，总放电量、总充电量、当日总放电量、当日总充

电量、变流器模块温度。

遥信：电池组SOC过高、电池组SOC过低、电池组充电过流、电池组放电过流、电池组过压

、电池组欠压、电池组过温、电池组欠温。PCS开/关机状态、

PCS交流侧开关状态、

PCS直流侧

开关状态、事故总信号、告警信号。

遥控：PCS开机、关机。电池舱消防系统：电池舱采用七氟丙烷气体自动灭

火系统和火灾自动报警系统。

当防护区发生火情时，

感温、

感烟探测器发出火灾告警信号。

通过火灾自

动报警装置的逻辑分析后

，

发出灭火指令

，

启动容

器阀

，

释放灭火剂；阀上设有手动按钮

，

紧急情况下可进行机械应急手动操作灭火。智能辅助控制系统

：

智能辅助控制系统主要由图像

监视及安全警卫子系统、

火灾自动报警及消防子系

统、

环境监测子系统构成。

其中

，

电池舱和PCS舱

内采用带红外测温功能的高清摄像头。源网荷总体策略：

按层级切负荷

，

每个子站分6个层级

，结合不同故障（省外直流故障、

锦苏直流故障、

锡泰直流故障、

雁淮

直流故障）

，

子站设置不同优先级切负荷。储能策略：执行：储能系统直接按最大能力满放

（至

少持续1s

，

不接受其