《储能导论》-课件 第7-9章 电力系统储能-能源转型背景下的储能政策及经济分析

第七章电力系统储能教育部战略性新兴领域“十四五”高等教育教材《储能导论》主要内容7.4储能电站电池管理系统7.2储能系统设计的基础理论7.3储能系统的架构与关键设备7.1概述7.8电力系统储能与能源互联网7.6储能电站的安全与监控7.7电力系统储能优化机制7.5储能电站电气系统7.1.1电力系统储能背景第一次能源革命：火第二次能源革命：化石能源（煤、石油，二次能源电力），缘起于18世纪60年代英国的产业革命第三次能源革命：核能，20世纪40年代，以可控核反应堆的发明为标志，第三次能源革命拉开序幕第四次能源革命：新能源，1973年第一次石油危机的发生，预示着石油时代的终结以及一场新的能源革命即将开始。石油价格不断攀升当代社会电能已成为最广泛的能源形式。能源是人类发展的核心要素。能源革命：主要指人类在能源开发利用和加工转换过程中取得的重大突破。针对化石能源短缺和枯竭的预期，以及全球气候变化的现实威胁，20世纪90年代以来，清洁能源利用的呼声日渐高涨。作为负责任的大国，我国提出了“双碳”目标。CO2目标影响7.1.1电力系统储能背景电力储能在新型电力系统中发电，输电，配电，用电4个环节中都发挥了重要作用。7.1.2电力系统储能的作用电力储能是新型电力系统的主要组成部分电力储能可以实现电能在时间和（或）空间上的转移，有效解决新能源大量接入下存在的波动性间歇性等问题。1.发电侧储能平抑风电发电侧储能主要为短中持续时间储能。快速调频、抑制低频振荡、自动发电控制(automaticgenerationcontrol，AGC)、平滑新能源出力波动、新能源出力计划跟踪、新能源出力爬坡控制；中长持续时间储能应用包括：微网黑启动、提供冷、热备用等。平抑光伏跟踪计划出力曲线7.1.2电力系统储能的作用7.1.2电力系统储能的作用2.电网侧储能优化新能源并网电网侧储能主要为短中长持续时间储能。优化新能源并网延缓输配电线路阻塞延缓设备升级优化潮流分布等。延缓设备升级3.用户侧储能用户/负荷侧储能主要为短持续时间储能。改善电能质量提供分布式能源供应参与市场调节电动汽车接入等。电动汽车与充电站智能微电网移动用电7.1.2电力系统储能的作用针刺无明火泡水不短路7.1.3电力系统储能未来发展趋势当前储能系统（特别是电化学储能）：燃烧，爆炸1.高安全存在危险过充自动断电…...未来储能系统：新型电池，新型检测技术等，进一步提升电力储能安全系数，事故发生率≈0。2.多种储能方式并存单一储能方式与电网的需求之间仍存在一定差异无法满足电力系统对储能的全部要求多种储能方式配合才是最优解多种储能方式并存集各家储能方式所长在功率、成本、寿命等全方面满足电力系统的需求。7.1.3电力系统储能未来发展趋势3.大规模广泛应用兆瓦级吉瓦级太吉瓦级（概念图）满足在输电等级下调节平衡等需求。高容量，兆瓦级到吉瓦级，甚至太瓦级发展低电压等级渗透到高电压等级7.1.3电力系统储能未来发展趋势4.智能化运检未来的储能系统将成为电力系统中不可或缺的重要设备，储能系统的运行、检修要匹配现有的电力装备，未来储能系统：打造安全可靠的电力数字基础设施构建能源数字化平台，助力构建高质量的新型电力系统发展“云大物移智链边”等数字技术和创新升级智能网架智能巡检无人机巡检7.1.3电力系统储能未来发展趋势5.大容量、长寿命和低成本的储能电池通过采用新材料、新结构和新工艺等方式提高储能系统的能量密度，延长电池的循环寿命，降低储能组件的维护成本和更换频率。宁德麒麟电池松下4680电池比亚迪刀片电池典型代表：各大厂家将电芯升级到305Ah、314Ah、320Ah、340Ah、560Ah等容量，循环次数达15000次，电芯在超过35℃条件下依然保持良好的衰减特性，无需冷却系统及外部辅助电源，极大提高了系统运行性能及效率，降低了系统成本。7.1.3电力系统储能未来发展趋势6.应用多元化储能将进一步渗透到电力工业的各个环节和领域储能具有更大规模的应用：特别是在用户侧，储能将充分参与用户侧响应，并且随着用户侧深入应用可能会产生新的商业模式。￥+1移动储能回馈电网商业模式7.1.3电力系统储能未来发展趋势7.释能时间更长可实现几小时，几天甚至几个星期的电能保障需求是解决可再生能源对电网冲击、降低储能度电成本、实现储能商业化的有效方案；是清洁能源高效利用，推进能源、工业、建筑、交通等各领域清洁低碳转型、应对极端天气、解决绿色-经济-可靠性能源不可能三角难题起着至关重要的作用；是端牢能源饭碗、保障能源安全、推动能源绿色低碳转型，建设新型电力系统和新型能源体系，构建能源强国的利器和重要抓手。长持续时间储能7.1.3电力系统储能未来发展趋势8.满足多种时间尺度能量供给需求现有储能的应用以能量型为主具有功能主要包括电网辅助服务、提高新能源并网发电平稳性、系统备用等缺乏短时间尺度的稳定控制方面（如惯性支撑）缺乏长时间尺度的无功控制方面（如中长期电压调节）不同储能适合不同时间尺度需求长时储能：>10h日间长持续时间储能（日内长持续时间储能）10-36h抽水蓄能、新型抽水蓄能、重力储能、压缩空气储能、液态空气储能、液态二氧化碳储能等机械储能技术。多日/周持续时间储能，36-160h显热储能、潜热储能、热化学储能、液流电池等电化学储能技术等。季节性时移储能，>160h储氢、热化学储能等。短时储能：0h-10h飞轮储能截至2023年底，储能装机容量达到86.5GW；这些储能系统满足电力系统对不同时间尺度能量存储、释放要求。未来储能在一定区域内集成多种储能技术通过协调管理和优化控制，实现储能应用功能的多目标集成满足系统多时间尺度平衡需求，提升系统稳定性和经济性。7.1.3电力系统储能未来发展趋势9.建立综合能源系统未来电力系统将融合多种能源形式，单一调控变得困难，因此需要建立统一、标准化的综合能源系统。综合能源系统有机地协调和优化系统中能源生产、输配、转化、储存和消费的各个方面，实现经济、灵活和安全的能源供应。7.1.3电力系统储能未来发展趋势主要内容7.4储能电站电池管理系统7.2储能系统设计的基础理论7.3储能系统的架构与关键设备7.1概述7.8电力系统储能与能源互联网7.6储能电站的安全与监控7.7电力系统储能优化机制7.5储能电站电气系统7.2.1模拟电路的基础理论模拟电路是指用来对模拟电信号进行传输、变换、处理、放大、测量和显示等工作的电路，是所有电子电路的基础，也是储能系统设计的重要基础。模拟电路中最核心的就是各种半导体器件，如二极管、三极管、MOS管、运算放大器等。1.二极管二极管是一种单向导通的半导体元件，也是最常用的模拟电路元件。二极管两端电压与流过它的电流之间的关系称为半导体二极管伏安特性，可以近似表述为：二极管的示意图锗二极管(2AP7)的伏安特性曲线硅二极管(2CP33B)的伏安特性曲线二极管具有单向导电性，正向电压导通，反向电压截止。当反向电压增加到一定值后，反向电流急剧增大，二极管发生反向击穿。发生反向击穿后，若PN结温度没有超过最高允许结温，这种击穿可逆，称为电击穿；若PN结温度超过最高允许结温，这种击穿不可逆，称为热击穿。2.三极管三极管又称为晶体管，是一种控制电流的半导体器件，其作用是把微弱信号放大成幅度值较大的电信号。典型共射极放大电路三极管是在一块半导体基片上制作两个相距很近的PN结，两个PN结把整块半导体分成三部分，中间部分是基区，两侧部分是发射区和集电区，排列方式有NPN和PNP两种。NPN型晶体管PNP型晶体管典型共射极放大电路也称为固定偏置共射极放大器，当放大电路的输入信号为零时，电路中晶体管各个电极的电流及电极之间的电压均只含有恒定的直流分量，其瞬时值不变，这时的工作状态称为静态。共射极放大电路的直流通路将电容器开路后等效电路静态工作点（Q点）：静态分析：求静态工作点的值静态分析方法：估算法（近似计算法）①②③7.2.1模拟电路的基础理论3.MOS管晶体管在工作过程中，管子内部的多数载流子和少数载流子都起着导电的作用，晶体管可分为两类：一类是双极性结型晶体管（BJT）；另一类是场效应晶体管（FET），称为单极晶体管。场效应晶体管是电压控制器件，输出电流取决于输入电压的大小，基本不需要信号源提供电流，输入电阻很高，可高达

Ω。场效应管按其结构不同可分为两大类：结型场效应管（JFET）和绝缘栅型场效应管（MOSFET）。绝缘栅型场效应管按其工作状态可以分为增强型与耗尽型两类，每一类又有N沟道和P沟道两大类。绝缘栅型场效应管又称为MOSFET或MOS管，N沟道的MOS管简称NMOS管，P沟道的MOS管简称PMOS管。增强型MOS管的符号7.2.1模拟电路的基础理论4.运算放大器集成运算放大器是线性集成电路中发展最早、应用最广的一族成员。由于在早期的模拟电子计算机中，广泛使用这种器件来完成诸如比例、求和、积分、微分、对数、反对数、乘法等运算，因而得名运算放大器，简称为运放。反相输入加法电路同相输入加法电路减法运算电路加法运算减法运算7.2.1模拟电路的基础理论7.2.2电力电子基础1.电力电子主要器件电力电子器件(powerelectronicdevice，PED)又称为功率半导体器件，主要为用于电力设备的电能变换、控制等方面的大功率电子器件，一般电流为安培级，电压在百伏以上。电力电子器件均具有导通和阻断两种工作特性，包括不可控器件、半控器件和全控器件三个大类。不可控器件主要是各种功率二极管，与模拟电子学中的二极管特性基本一致，不过导通电流较大，从几安培到几千安培。半控器件主要是各种普通晶闸管，作为三端器件，其门极信号能控制器件导通，但不能控制其关断，关断需要在晶闸管的阳极和阴极两端施加反压，使其电流过零。晶闸管是最早的电力电子器件，目前主要用于大功率可控整流设备中。全控器件其门极信号既能控制器件的导通，又能控制其关断，因此是当前应用中最多的器件类型，包括门极关断晶闸管(GTO)、电力晶体管(GTR)，电力场效应晶体管(PowerMOSFET)、绝缘栅双极晶体管(IGBT)等，在储能功率变换电路中应用比较多的是IGBT。7.2.2电力电子基础2.电力电子典型电路一般来说，储能系统的电池侧为直流，电网侧为交流，在二者间进行功率变换需要在直流—交流间进行双向变换，其中直流到交流的变换为逆变，交流到直流的变换为整流。带电阻负载的单相桥式全控整流电路主要波形单相桥式整流电路：T1、T3和T2、T4组成两只桥臂，由电源变压器供电，u1为变压器初级电压，变压器次级电压u2接在桥臂中点a、b端上，，R为负载电阻。在电源电压u2的正负半周中，T1、T4和T2、T3两组晶闸管轮流触发导通，将交流电转换成脉动的直流电；改变触发脉冲出现的时刻即改变角α的大小，ud、id的波形也相应变化，其直流平均值也相应改变。7.2.2电力电子基础2.电力电子典型电路变压器隔离型全桥逆变电路单相全桥逆变电路：从电路中可以看到，只有对角两个开关管同时导通，电源才能施加在负载上。如果Q1~Q4截止，或Q1、Q2截止，或Q3、Q4截止，负载电压均为零。电路中的负载一般都带有部分感性负载，为了在开关管截止期间提供电感电流通路，在桥臂每个开关管分别反并联一个二极管，为负载感性电流提供通路。非隔离型全桥逆变电路7.2.2电力电子基础2.电力电子典型电路单极性脉宽调制方式工作波形单相全桥逆变电路：不同的驱动波形可以得到下列不同的输出波形：（2）用互为反相的准矩形波分别驱动Q1(Q4)和Q2(Q3)，当关断Q1、Q4、Q2、Q3尚未导通时，负载电流不能突变；负载感应电势反向并增大，迫使D2、D3导通，使电感存储的能量返回电源。此时负载获得相似于推挽逆变电路电感负载次级的输出波形。但如果Q1、Q3两开关管由互为180°的矩形波驱动，Q2、Q4两开关管由互为180°的准矩形波驱动，可避免上述问题，输出为良好的准矩形波。（1）若用互为反相、宽度为180°的脉冲分别驱动Q1(Q4)和Q2(Q3)，这种控制方式的输出电压波形只有正、负两个电平，称为双极性输出。7.2.2电力电子基础2.电力电子典型电路单相全桥逆变电路：不同的驱动波形可以得到下列不同的输出波形：移相控制脉宽调制方式工作波形（3）因为Q1、Q3以及Q2、Q4不能同时导通，如果用相差180°的矩形脉冲分别驱动Q1、Q3，用另一组相差180°的矩形脉冲分别驱动Q4、Q2，驱动Q4、Q2的脉冲相对驱动Q1、Q3的脉冲有一个相移α，这就是移相控制。（4）全桥逆变电路的两个桥臂采用不同的开关频率和脉冲宽度进行控制。比如Q1与Q3采用载波频率开关工作，且其占空比由脉宽调制电路确定，而Q2和Q4

采用调制波频率互补工作。全桥逆变电路中开关管承受的电压为Uin

，在相同的输出功率和输入电压下，全桥逆变电路流过开关管的电流是半桥逆变电路流过的一半。主要内容7.4储能电站电池管理系统7.2储能系统设计的基础理论7.3储能系统的架构与关键设备7.1概述7.8电力系统储能与能源互联网7.6储能电站的安全与监控7.7电力系统储能优化机制7.5储能电站电气系统7.3.1电池储能系统的基本结构随着新型电力系统建设，不论在世界还是我国发展来看，新型储能因其建设用地少等优点受到越来越多的青睐。其中电化学储能装机容量增速更是一骑绝尘。电化学储能，即通过电化学反应完成电能和化学能之间的相互转换，从而实现电能的存储和释放。主要形式包括各种二次电池：电化学储能锂电池铅酸电池液流电池电化学储能系统示意图电池储能系统（BESS）主要组成：电池（组）。电池管理系统（BMS）。功率变换系统（PCS）。监控与调度管理系统（SCDM）。动环系统等。Others7.3.1电池储能系统的基本结构电化学储能中，锂离子电池具有能量密度高，循环寿命长等优点，在装机容量无可争议的占据首位，2023年底装机容量占新型储能总装机容量高于97%原理:通过锂离子在正负极之间的转移来完成充电和放电工作，具有独特而新颖的机理，因此被称为“摇椅式电池”锂电池原理图类型:根据使用材料不同可分为：钛酸锂、钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、三元锂五种类型，其中磷酸铁锂电池和三元锂电池占据市场主导地位。钴酸锂钛酸锂（格力钛）锰酸锂磷酸铁锂（刀片电池）三元锂（Tesla）正极材料名称LiCoO2NMCNCALiMn2O4LiFePO4晶型α-NaFeO2α-NaFeO2α-NaFeO2SpinelOlivine理论容量/(mA·h/g)274275275148170电压平台(V)3.73.53.54.03.4循环能力较好一般一般较差优过渡金属资源贫乏较丰富较丰富丰富丰富电导率/(S/cm)10-310-510-510-510-9不同类型锂离子电池性能对比1.电池和电池组——锂电池7.3.1电池储能系统的基本结构1.电池和电池组——电池组电池组一般包括电池单体、电池包、电池簇、电池堆等层级。电池单体是储能系统中的最小单位，由正极、负极、隔膜、电解质、壳体和端子等组成。电池包是将一定数量的单体串/并联后,进行管理控制的电池模组。对外主接线两条:电池包的正、负极。电池簇是将多个电池包串联,要求整个电池簇电压达到储能系统直流母线电压等级。电池堆是由多个电池簇通过直流母线进行并联后形成的电池组。电池组是BESS实现电能存储和释放的主要载体。定义结构电池包电池堆7.3.1电池储能系统的基本结构2.电池管理系统（BMS）定义BMS是一种由电子电路组成的对电池系统进行实时监测的系统。功能准确估测电池组的荷电状态。动态监测电池组的工作状态。实现单体电池间、电池包的均衡。7.3.1电池储能系统的基本结构3.功率变换系统（PCS）定义功率变换系统(PCS)也可以称为储能变流器,是连接于电池系统与电网(或负荷)之间的实现电能双向转换的装置。

PCS一般由若干个交直流变换模块及直流变换模块构成。功能接收能量管理系统的控制指令，并根据该指令完成电池充电或放电，实现电能的交直或直直双向转换。充放电时，PCS需要通过通信接口（CAN总线等）与BMS通讯，获取电池系统的状态，以便在其充放电过程进行保护，避免过充或过放，确保电池运行安全。7.3.1电池储能系统的基本结构4.监控与调度管理系统（SCDS）定义整个储能系统的高级控制中枢，是监控、测量、信息交互和调度管理核心。功能监控主机通信网络收集全部电池管理系统数据、储能变流器数据及配电数据向各个部分发出指令控制整个储能系统运行合理安排储能变流器工作7.3.1电池储能系统的基本结构5.动力环境系统定义动力环境环系统是电池储能系统的重要组成部分，它包括动力系统、环境系统、消防系统、安保系统等。功能动力系统提供配电回路环境系统保证储能系统工作于合适的温湿度环境消防系统感知、处理储能系统内部的异常火灾事故安保系统主要提供储能系统的安全防护集成监控系统，监视各设备运行状态，发现、记录、报警和处理参数异常或故障远程监控管理以及Web浏览等功能。电池单体7.3.2电池储能系统的主要参数1.额定电压和额定电流额定电压额定电流电池单体额定电压最终决定储能系统额定电压模组电池簇电池舱储能系统额定电流是指储能系统长期工作时通过的电流储能系统的额定电流也取决于电池单体的串并联方式。7.3.2电池储能系统的主要参数2.储能系统额定功率和容量额定功率储能系统额定功率是所有储能单元额定功率的总和额定容量储能系统容量是指系统储存电能的能力，是指安装的所有电池组容量，用焦耳（J）或千瓦时（kWh）表示。储能容量若储能电池类型不止一种，则为所有种类储能电池的容量和。储能系统容量常采用额定功率乘以时间常数获得，时间常数指储能的能量容量与最大功率的比率，又称为最小充电/放电时间，可以用来衡量电池充放电的快慢程度。7.3.2电池储能系统的主要参数3.储能效率储能系统效率是指储能元件输入能量与输出能量的比值。蓄电池储能效率关系到其寿命和成本，除了蓄电池自身构造如：元件材质、制造工艺、电解液配方等会影响系统的储能效率外，也与充电状态、充放电电流、充电电压、环境温度等外部因素有关。储能系统的效率一般是电池储能效率、储能换流器转换效率以及线路损耗效率的乘积。7.3.2电池储能系统的主要参数4.电池倍率电池倍率能反映电池的充放电能力，包含充电倍率和放电倍率，是表示充放电速度的一种量度采用放电电流与容量之间的比值关系。可以通过不同的放电电流来检测电池的容量，例如：容量为100Ah的电池用15A电流放电时，其放电倍率为0.15C。7.3.2电池储能系统的主要参数5.放电深度放电深度（DepthOfDischarge，DOD）指在储能系统使用过程中，系统放出的容量与系统额定容量的百分比。放电深度较小，电池衰减小，寿命越长；放电深度大时，电池衰减大，寿命就短。对同一电池，设置的DOD和电池循环寿命成反比。7.3.2电池储能系统的主要参数6.荷电状态与健康状态又称为剩余电量，表示系统剩余电量占额定容量的百分比。取值范围为0-1目前比较广泛使用的SOC估算方法有安时积分法、开路电压法、放电测试法，以及比较广泛使用的经典的卡尔曼滤波法等。荷电状态（StateofCharge，SOC）0%100%Qr表示可用剩余容量，单位为Ah；QBat表示当前容量，单位为Ah；SOC0为SOC的初值，It为充放电电流，单位为A。chargedischarge安时积分法开路电压法卡尔曼滤波法7.3.2电池储能系统的主要参数6.荷电状态与健康状态式中，Qnow为当前电池充满后能够放出的最大容量，Qnew为电池初始的最大容量。健康状态（StateofHealth，SOH）表示当前可用容量与额定/初始容量的比值。健康状态（StateofHealth，SOH）随着电池使用，SOH稳步下降，规定SOH下降到80%时为截止寿命（Endoflife，EOL）。7.3.2电池储能系统的主要参数7.成本储能系统的成本一直是制约其发展的重要因素，包含储能全寿命周期从建设、运行、维护到退役全过程的投资和运维成本。7.3.2电池储能系统的主要参数8.响应时间响应时间是储能系统面对电网变化时做出相应响应动作所需时间，包括充电响应时间和放电响应时间。充电响应时间是指热备用状态下，储能系统本地监控自收到控制信号起，从热备用状态转成充电，直到充电功率首次达到额定功率90%所需的时间。放电响应时间是指热备用状态下，储能系统本地监控自收到控制信号起，从热备用状态转成放电，直到放电功率首次达到设定功率90%所需的时间。充电响应时间示意图放电响应时间示意图7.3.2电池储能系统的主要参数9.比能量和比功率储能系统比能量是指单位质量或单位体积储能单元能够储存的能量储能系统的质量包括电池单体和其相应的外壳、连接线等，所以储能系统的比能量会小于电池单体的比能量。电池的功率指的是在一定的放电模式下，单位时间内输出的能量，单位为W或kW。而单位质量或者单位体积的电池输出功率为比功率，单位为W·kg-1或W·L-1，比功率的大小表征电池能承受的工作电流。7.3.2电池储能系统的主要参数10.工作温度和工作海拔高、低温会引起电池不同的老化机制工作温度超过50℃，储能系统的电池寿命会快速衰减。温度低于-10℃时，电池也会无法正常工作。工作海拔高海拔地区主要是存在压强差和温度差因素影响电池运行。压强的变化会造成电池内部结构变化电池的热稳定性随着海拔高度的上升逐渐下降。循环老化日历老化电池热失控更容易主要内容7.4储能电站电池管理系统7.2储能系统设计的基础理论7.3储能系统的架构与关键设备7.1概述7.8电力系统储能与能源互联网7.6储能电站的安全与监控7.7电力系统储能优化机制7.5储能电站电气系统7.4.1BMS的基本功能1.电池状态估计主要包括电池状态计算、动态数据采集与检测、均衡管理、热管理、安全保护、信息管理主要包括荷电状态（SOC）估计、健康状态（SOH）评估、内温估计等。3.均衡管理实时采集电池组中的每块电池的单体端电压和温度、充放电电流及电池组至系统的总电压。2.动态数据采集与检测通过均衡电路，弥补单体电池实际容量之间的差距，使每个单体电池容量较一致，提高整个电池组的充放电效率。7.4.1BMS的基本功能4.热管理主要包括电池状态计算、动态数据采集与检测、均衡管理、热管理、安全保护、信息管理根据电池系统内的温度分布规律，可采取风冷、液冷（目前主要是乙二醇及水）等方式，以便充分发挥电池性能并延长其循环寿命。6.信息管理主要包括在线故障诊断和安全控制。在线故障诊断通过传感器信号，利用诊断算法快速判断故障类型；安全控制是指在判断出故障类型后，进行早期预警，通过控制保护器件或者通知消防系统，采取措施及时干预。5.安全保护对系统集成的多个功能模块进行通信，实现上递信息、下发指令的信息交互功能。7.4.2BMS的拓扑结构1.集中式架构BMS架构主要分为所有电池统一管理的集中式架构以及分级管理的分布式架构其特点是只需安装一个主控制器，将所有电池单体监测与控制集中于该主控制器，适用于小规模系统。每个从控制器负责对一组电池组进行信息采集和管理，从控制器之间通过总线的方式与主控制器相连接，将信息依次通过了总线传输给主控制器，完成电池簇管理。2.分布式架构优点：成本较低、通信负载较小缺点：系统可靠性低、维护困难优点：扩展性好、连接可靠、易于维护缺点：成本相应增加7.4.2BMS的拓扑结构3.三级架构（从控、主控、总控）BMS架构主要分为所有电池统一管理的集中式架构以及分级管理的分布式架构在主控之上，增加了一层总控，实现从电池模组—簇—堆的分级管控。第一级：电池管理单元（从控），通常叫做BMU(BatteryManagementUnit)。主要是实现电池单体电压、温度的采集，负责电池均衡策略的执行。第二级：电池簇控制管理单元（主控），通常用BCU（BatteryClustermanagementUnit）表示。主要功能是实现电池簇电压、电流、电池簇绝缘信息的采集，电池组保护用接触器的控制，对第一级BMU信息的采集，电池状态（SOC）估算等。7.4.2BMS的拓扑结构3.三级架构（从控、主控、总控）BMS架构主要分为所有电池统一管理的集中式架构以及分级管理的分布式架构在主控之上，增加了一层总控，实现从电池模组—簇—堆的分级管控。第三级：堆级管理单元（总控），通常BAU（BatteryArrayUnit）表示。这一级的主要功能是采集第二级BCU传输的信息，对信息进行存储、显示等，具备实时告警功能，具备总断路器的控制和触点反馈功能，具备与PCS、EMS和就地监控的实时通信功能。另外，BAU也实现对空调、消防等动环设备信息的传输和控制功能。优点：分层结构布线清楚简明，遇到故障维修方便；分层结构增强了储能系统的可扩展性；采集与计算功能分离，计算效率高。7.4.3BMS的参量检测

BMS实现对电池组的管理，必须依靠相关的参量作为基础。因此，BMS首先需要测量电池的多类参量，并以此为基础开展电池组的管理与评估。需要检测的参量包括：电量参数、温度参数、机械参数、绝缘参数7.4.3BMS的参量检测1.电量参数主要包括电量参数、温度参数、机械参数、绝缘参数电池主要的作用是实现电能的储存与释放，此过程涉及较多的电参数，主要包括：

a）电压：单电池电压、电池包/簇电压、直流母线电压、交流侧电压等；

b）电流电池电流、直流母线电流、交流侧电流等；

c）电阻电池内阻、阻抗；

d）电池状态SOC、SOH等；

e）系统电量参数功率、能量、效率等。

7.4.3BMS的参量检测2.温度参数主要包括电量参数、温度参数、机械参数、绝缘参数电池在充放电的过程中，会由于电池的内阻、导线和电化学反应等原因产生大量的热，进而会导致电池升温。如果电池的温度过高，导致电池热失控，进而燃烧爆炸，因此，必须测量电池单体、电池组的温度。7.4.3BMS的参量检测3.机械参数主要包括电量参数、温度参数、机械参数、绝缘参数电池本身正常情况下会是外壳平整、内部压力在正常范围内。由于电池成组时电池之间间隙小，因此，电池由于内部原因导致变形会影响整组电池。需要测量电池的内部应力、平整度等参数。7.4.3BMS的参量检测4.绝缘参数主要包括电量参数、温度参数、机械参数、绝缘参数储能电站正常运行时，电池正负极对地是绝缘的，长期运行过程中，储能电站由于工况变化、部件老化、线路受潮等情况，会导致系统绝缘性能降低，绝缘强度与系统及人身安全密切相关。通常储能电站绝缘参数是指电池总正和电池总负对地的绝缘阻抗值，一般取二者最小值作为系统的绝缘阻抗，衡量储能系统的绝缘状态。7.4.4BMS的均衡技术储能电站运行过程中，电池单体间微小的内部性能差异，会随着充放电过程不断累积，显著表现为电池系统的一致性变差、充放电性能劣化、可用容量大幅衰减等随着循环次数增加，不一致性会逐步放大BMS应具备电池均衡功能，能够防止单体电池过充或过放，提高电池组可用容量和循环寿命。电池制造过程存在微粒电池均衡技术是通过采取均衡策略平衡组内电池单体的电压或SOC，尽可能保证单体正常使用时能保持一致的状态。根据能量处理方式可分为能耗型和非能耗型，也称为被动均衡和主动均衡7.4.4BMS的均衡技术1.被动均衡通过能量消耗方式，将电压较高单体的能量消耗掉。在电池组单体的两侧并联分流电阻以及可控开关属（MOS管），均衡电流通过控制均衡开关属的占空比或开关周期来控制，均衡过程的多余能量通过分流电阻以热的形式被动耗散可控开关电阻式被动均衡电路可控开关电容式主动均衡电路2.主动均衡用外部电路主动地实现电池单体间能量的转移，实现单体电池之间的“削峰填谷”电路工作时，MOS管互补导通。奇偶开关的不同切换使得电容对被均衡电池进行相应充放电，使得电池电量趋于一致。7.4.4BMS的均衡技术3.均衡评价均衡电流（均衡速度）和均衡后电池一致性（均衡质量）是评价作为储能BMS均衡能力的重要指标。正弦波

均衡电流的平均值大小决定了电池均衡速度，常见的三种电流的波形：电池一致性主要是用电池外电压及容量这两种参量进行评价方波三角波外电压容量7.4.5BMS通信目前储能电站通信主要包括控制器局域网（CAN）总线、RS485、以太网等三级架构中的BMU、BCU、BAU的信息交互，BMU主要将采集到的电池单体内各种参量及均衡信息通过了总线上传至第二级BCU中，对第一级BMU信息的采集，以及电池状态估算等信息采CAN总线以及RS485（备用）方式与第三级BAU通信1.内部通信2.外部通信外部通讯主要是指BMS与EMS、PCS之间的通信联络。BMS与EMS通常采用以太网传输，BMS向EMS上传电池单体、模组、簇、堆等信息，EMS向BMS下达保护设定值、报警阈值等信息；BMS与PCS之间则为单向传输，BMS为主，PCS为从，PCS接受BMS告警信息后应进行相应保护动作，通常采用CAN或RS485通信。7.4.6BMS设计BMU主要包括核心控制单元、各参量采集单元（簇电压、簇电流、绝缘电阻、温度、压力等参量）、电池状态估算单元（SOC、SOH）、均衡模块（电池簇间均衡）、充放电管理、热管理、故障报警、故障隔离以及通信接口。1.BMU从控设计7.4.6BMS设计1.BMU从控设计1）核心控制单元设计基本结构为完整的可编程的数字处理与控制系统。2）通信模块设计通信模块的主要功能是在BMU与BCU之间传输信息，通常采用CAN总线方式。包含CAN总线收发器、CAN总线控制器、MCU、CAN通信接口以及隔离电路组成。设计步骤：①分析电池包管理单元的功能要求；②根据功能确定核心控制单元的配置；③确定核心控制单元的电路结构。基于ARM核的处理器单元电路结构CAN总线通信模块3）软件设计首先，启动系统并初始化，完成相关硬件模块的设置；然后，采集电池包以及包内单体的相关参数；最后，启动通信程序将数据通过CAM总线发送给本电池包所属的BMU从控模块。7.4.6BMS设计BCU主控模块主要包括核心控制单元、各参量采集单元（簇电压、簇电流、绝缘电阻、温度、压力等参量）、电池状态估算单元（SOC、SOH）、均衡模块（电池簇间均衡）、充放电管理、热管理、故障报警、故障隔离以及通信接口。2.BCU主控设计7.4.6BMS设计2.BCU主控设计1）核心控制单元设计核心控制单元与BMU基本一致，一般也是由最小计算机系统构成。2）热管理单元热管理单元根据电池簇管理单元收集的温度数据，通过空气冷却、液体冷却等方式进行电池温度控制。空气冷却主要由控制器、开关、空调、风道等组成，液体冷却系统主要包括控制器、开关、泵、液冷管道、散热器等。风冷结构故障隔离控制3）故障隔离单元主要功能是将出现故障的电池簇从电池系统中隔离出来，在故障电池簇恢复正常后又可以将其并入电池系统中。如果电池簇直接并入，采用直流开关隔离；若通过直流DC-DC并入，则采用直流开关加DC-DC模块隔离；如通过交流并入，则采用交流断路器加DC-AC模块隔离。4）软件设计与BMU基本一致。7.4.6BMS设计BAU是储能电站BMS的顶层控制单元，连接各个BCU单元负责接收、储存和监控整个电池储能系统（堆）的所有电池单体的状态信息，BAU能与PCS和EMS通信，实现对各电池簇的充放电。BAU还配备有人机交互界面，一方面可展示本地所有电池的信息，另一方面也能够远程控制储能系统部件，便于电站的电池管理。目前，工控机是系统主控模块的首要选择。3.BAU总控设计7.4.6BMS设计IEC标准，电磁兼容（ElectromagneticCompatibility，EMC）是指在有限空间、有限时间、有限频谱资源条件下的各种用电设备可以共存，不使设备可靠性、安全性降低的性能。BMS上的电磁兼容性主要指是抗扰性和干扰抑制，其中抗扰性是指产品抵抗外部电磁干扰，保持正常工作的能力；干扰抑制是指产品自身工作时不对其他电子产品造成干扰的性质；4.电磁兼容设计1）静电放电干扰抑制静电放电分为直接耦合放电和辐射耦合放电。前者会造成成属控制单元的永久损坏或使工作性能降低，后者只在放电发生时影响成属控制单元正常工作。由于大地是最好的静电电荷吸收器，因此抑制静电干扰最有效的方法是使BMS中的BMU等部件可能产生静电放电的部位通过导电外壳、导电条等良好接大地，这样使静电电荷有一个低阻抗通路，将电荷泄放入大地，不对BMS部件造成影响。7.4.6BMS设计4.电磁兼容设计2）减小电网电压跌落和短暂中断影响控制单元内部的电源模块由外部电源供电，变换后产生单元所需电压，电网电压的跌落和短暂中断会使BMS控制单元电源模块输出电压降低甚至短时失压，BMS控制单元不能正常工作。减小这类影响主要从硬件方面，BMS控制单元的电源模块设计时应采用宽输入电压范围并带有储能电感和电容的开关电源结构；软件方面，通过在软件中设置对交流电源供电情况的监视3）滤除快速瞬变脉冲群干扰BMS控制单元继电器、接触器的接点在闭合过程中弹跳，运行现场的真空断路器分断操作时的电弧不稳定，都会造成快速瞬变脉冲群干扰。这类干扰主要通过电源、二次采样互感器和模拟量通道影响BMS控制单元工作。抑制这类干扰措施有设置电源线路滤波器、消除对模拟量输入通道的干扰、抑制瞬态电压和去耦7.4.6BMS设计4.电磁兼容设计4）电压电流浪涌吸收常见的浪涌为雷电引起的浪涌电流和电网开关操作产生的浪涌电压。抑制措施：在监控器供电电压输入端的线路滤波器前和电源模块输出的直流电压侧设置浪涌能量吸收器件。常用浪涌抑制器件：压敏电阻、气体放电管、TVS。5）PCB电路板抗干扰的措施数字电路与模拟电路分开布置，分开供电；采用双面基板时，尽量加宽板上电源进线与回线线宽；PCB的强电区域与弱电区域严格分离；通信部分采用与中央控制模块完全隔离的独立电源供电；与数据线联系密切的芯片尽可能集中布置，减少总线长度；减少平行走线的数量和长度，尽量加大线宽和线间的距离；PCB的基板采用多层板。6）软件的抗干扰措施内存单元在电磁干扰下其内容可能会发生变化，导致程序工作紊乱，不能正常工作。主要应对措施包括使用看门狗（Watchdog）监视程序、软件定时器；使用无扰动的重恢复技术如冷启动和热启动、容错保护、功能和任务标志、输出封锁。主要内容7.4储能电站电池管理系统7.2储能系统设计的基础理论7.3储能系统的架构与关键设备7.1概述7.8电力系统储能与能源互联网7.6储能电站的安全与监控7.7电力系统储能优化机制7.5储能电站电气系统7.5.1电气系统拓扑1.集中式电池储能系统的电气系统拓扑集中式PCS拓扑需要对电池进行大规模串/并联接续来满足储能系统功率和能量的需求。PCS对电池系统进行交直流转换之后，经过去变压器，实现中高压并网功能。该模式的PCS一般功率在500kW以上，以降低整个系统的功率成本，适合10MW以上的储能电站。集中式PCS的电气系统拓扑7.5.1电气系统拓扑2.模块化电池储能系统的电器系统拓扑交流侧并联型PCS拓扑是指PCS模块在输出的交流侧并联，电池分组接入简化管理，多个PCS并联易于扩展储能容量，且可降低电力电子器件耐压要求，但存在低压侧电流大、效率低、电压频率协调难等问题，并联模块数量有限制。交流侧并联型PCS的电气系统拓扑7.5.1电气系统拓扑2.模块化电池储能系统的电器系统拓扑直流侧并联型PCS拓扑将PCS的DC/DC与电池模组结合，直流并联后通过高功率DC/AC并网，优点是无电压频率管理问题，缺点是需大功率DC/AC模块。直流侧并联型PCS的电气系统拓扑7.5.1电气系统拓扑3.采用高压直挂型储能系统电气拓扑集中式PCS因交流侧电压低需工频变压器，增加体积和成本。高压直挂型储能系统通过模块串联和多电平变换器，直接实现高压输出并灵活调控，典型拓扑包括CHB（H桥级联型变换器）。基于CHB的储能系统电气拓扑7.5.1电气系统拓扑3.采用高压直挂型储能系统电气拓扑MMC（模块化多电平变换器）采用模块化设计，每模块包含电池组、BMS和全桥/半桥电路。高压直挂型储能系统通过多级串联和多电平变换器接入中高压电网，输出电平多、谐波小，但开关器件多、管理复杂、成本高。基于MMC的储能系统电气拓扑7.5.2典型案例淮安官塘15.12MW/26.4MW·h储能电站的设计工程背景：2017年，淮安全社会用电量172.92亿千瓦时，装机容量4899.19MW，其中煤电1980MW、燃气1280MW、风电247.7MW、光伏435.80MW。预计2019-2021年风电新增360MW。为提升金湖电网接纳新能源能力、缓解供电压力、满足调峰调频需求，建设金湖储能电站十分必要，以确保电网安全经济运行。淮安官塘储能电站站址选在已退役的35kV官塘变站內，已退役的35kV官塘变位于金湖县官塘集镇附近。35kV老官塘变占地面积较小，受限于储能电站场地大小，最多可布置储能电站规模约15.12MW，老官塘储能电站站址如下图。官塘变电站站址7.5.2典型案例淮安官塘15.12MW/26.4MW·h储能电站的设计本工程建设规模15.12MW/26.4MWh，本期建设完成。拟建站址为长方形场地，面积2600㎡。站区北侧露天布置16座预制舱式储能电池，靠近东侧围墙处布置消防水池及消防水泵房；生产综合楼布置于站区南侧，含10kV配电装置室、PCS及升压变室、二次设备室、辅助用房，采用单层框架结构，独立基础；SVG布置于生产综合楼西侧；站区中部设置尽端式道路，回车场尺寸为12×12m，进站道路从东侧引进，长约27.7m。总平面布置如图所示。官塘储能电站总平面布置图7.5.2典型案例淮安官塘15.12MW/26.4MW·h储能电站的设计主接线：淮安官塘储能电站规模为15.12MW/26.4MWh，采用10kV电压等级接入电网。接入方案为2回10kV线路分别接入110kV官塘变10kV侧，通过升压至10kV后汇流至两段母线，再接入官塘变10kV侧不同母线备用间隔。新建线路总长2×1.3km，其中电缆段长2×0.45km，架空段长2×0.85km。本期接入利用官塘变现有10kV备用间隔，并配套改造10kV备用间隔2个。储能电站主接线管理界面7.5.2典型案例淮安官塘15.12MW/26.4MW·h储能电站的设计储能系统设计方案：本工程储能系统包括储能电池、BMS、PCS、站端监控系统和汇流变压器等。储能单元采用1.26MW/2.2MWh磷酸铁锂电池组柜方案，每组配置2个630kW单元串联，优化性能和安全。2个PCS柜并联接入800MVA高压侧，再接至10kV配电汇流装置。升压变压器为三相双绕组、户内干式，变比10.5±0.2.5%/（0.4-0.4）kV，容量2800kVA/1400，接线形式D/(Y11-Y11)，阻抗Ud=8%。官塘储能电站的电池舱7.5.3储能电站的相关标准储能电站设计与建设需严格遵循专业标准，以保障项目设计、安装、运维及安全的科学性，确保系统的高效性、可靠性、经济性及可持续性，并降低运营风险。本部分将阐述关键标准，包括电池性能评估、系统集成、能效优化和安全性评估等方面，为储能电站项目从规划到实施提供重要依据，确保项目顺利推进并实现长期稳定、安全运营。标准号标准名称GB/T36558-2023电力系统电化学储能系统通用技术条件GB/T36276-2023电力储能用锂离子电池GB/T43526-2023用户侧电化学储能系统接入配电网技术规定GB/T42726-2023电化学储能电站监控系统技术规范GB/T34120-2023电化学储能系统储能变流器技术要求GB/T36548-2018电化学储能系统接入电网测试规范GB/T36547-2018电化学储能系统接入电网技术规定7.5.3储能电站的相关标准DL/T5862-2023电化学储能电站施工图设计内容深度规定DL/T1989-2019电化学储能电站监控系统与电池管理系统通信协议NB/T31016-2019电池储能功率控制系统变流器技术规范NB/T33014-2014电化学储能系统接入配电网运行控制规范NB/T33012-2014分布式电源接入电网监控系统功能规范NB/T33012-2014分布式电源接入电网监控系统功能规范NB/T32015-2013分布式电源接入配电网技术规定Q/GDW11265-2014电化学储能电站设计规范Q/GDW1884-2013储能电池组及管理系统技术规范Q/GDW1886-2013电池储能系统集成典型设计规范Q/GDW1769-2012电池储能电站技术导则主要内容7.4储能电站电池管理系统7.2储能系统设计的基础理论7.3储能系统的架构与关键设备7.1概述7.8电力系统储能与能源互联网7.6储能电站的安全与监控7.7电力系统储能优化机制7.5储能电站电气系统7.6.1储能电站安全1.储能电站安全性定义主要电能存储单元储能系统的安全性是指在储能工作过程中，运行是否稳定可靠、是否能够安全地进行能量的储存和释放。7.6.1储能电站安全2.储能电站安全问题分析2011年至今，全球电化学储能电站发生了超过100起安全事故；2022年至今，发生约42起安全事故，引发爆炸、火灾等；造成巨大的经济损失；严重影响社会稳定和环境安全。橙色线为FailuresperdeployedGW，处于逐步下降趋势，表明电池系统的安全性在逐步提升。7.6.1储能电站安全时间：2021年7月30日地点：澳大利亚吉朗市附近的特斯拉“维多利亚大电池”储能项目容量450MWh，功率300MW，NMC三元锂电池起火原因：锂离子电池冷却系统泄漏，导致电气组件短路，引发电池仓起火处理过程：超过30辆消防车和约150名消防员参与了救援，持续约4整天澳洲特斯拉Megapack储能火灾事故2.储能电站安全问题分析7.6.1储能电站安全时间：2024年5月15日地点：美国加利福尼亚州圣迭戈县奥泰梅萨工业园区的Gateway储能电站容量：250MWh功率：250MW电池类型：韩国LG公司生产的锂电池起火原因：锂电池发生热失控处理过程：锂电池热失控引发火灾，持续约一天被扑灭，但在随后的一周内又发生了两次复燃，半个月后才完全控制。美国加州圣地亚哥Gateway储能设施火灾2.储能电站安全问题分析7.6.1储能电站安全时间：2021年4月16日地点：北京市丰台区北京国轩福威斯光储充技术有限公司储能电站25MW光储充一体化电站起火原因：磷酸铁锂电池发生内短路故障，引发热失控起火人员伤亡：2名消防员牺牲，1名消防员受伤，电站1名员工失联财产损失：直接财产损失1660.81万元4·16北京储能电站火灾事故2.储能电站安全问题分析7.6.1储能电站安全发生时间短。单体电池热失控发生后，在3s在内温度便能急剧攀升至300℃以上，短暂的时间窗口使风险一旦爆发，难以有效控制。扩散速度快。热失控在储能电站中具有连续性，一旦某个电池单体因故障发生热失控，易引发周边电池热失控，形成连锁反应。可能导致电芯级故障迅速升级为电池簇层级的故障。危险性极高。在化学反应过程中，电池会释放大量助燃可燃气体，氢气、一氧化碳和烷类等，这些气体的存在，增加了火灾和爆炸的风险。而且，电池着火后有极强复燃能力，需要采取特别的控制措施来应对。2.储能电站安全问题分析7.6.1储能电站安全部分储能电站安全事故统计2.储能电站安全问题分析7.6.1储能电站安全电池储能系统事故原因统计分析Cell/Module:主要是至由于电池内短路，引发热失控。故障原因包含：电池设计与制造缺陷、安全不正确或者电池滥用。

Controls:传感、逻辑电路和通信系统故障。包含：BMS、EMS等控制器及任何子系统的安装不正确、不兼容等。BOS:除了电池及控制器之外的故障。包含：母线、电缆、外壳、PCS、变压器、灭火系统等。Source:EPRI,InsightsfromEPRI’sBatteryEnergyStorageSystems(BESS)FailureIncidentDatabase2.储能电站安全问题分析7.6.1储能电站安全Design:各组件或储能系统的结构、功能和布局设计上缺陷或缺少必要的保护功能。Manufacturing:储能系统制造过程的缺陷，包含：异物引入电池、零件缺失或组装错误等。Operation:储能系统的充放电超出设计范围出现故障，包括：电流/电压/温度等传感错误，超出储能系统的温度、倍率、荷电状态及电压限制等。Source:EPRI,InsightsfromEPRI’sBatteryEnergyStorageSystems(BESS)FailureIncidentDatabaseIntegration,Assembly&Construction:储能系统集成度差、组件不兼容、元件安装不正确或调试不充分。电池储能系统事故原因统计分析2.储能电站安全问题分析7.6.1储能电站安全Source:EPRI,InsightsfromEPRI’sBatteryEnergyStorageSystems(BESS)FailureIncidentDatabase使用率？电池储能系统事故原因统计分析大部分原因不明2.储能电站安全问题分析7.6.1储能电站安全储能电池安全问题绝缘安全问题系统可靠性安全问题人员管理安全问题环境安全问题可能的安全问题归纳如下:2.储能电站安全问题分析7.6.1储能电站安全绝缘安全问题定义：绝缘性下降或绝缘失效等问题会引起引发储能电站电流冲击及短路等问题，带来储能系统的安全隐患。常见问题：（1）直流母线上的负载发生短路时，短路电流会传递给电池簇，引发事故；（2）直流母线的绝缘要求较高，存在缺陷可能发生电弧火花，不易熄灭，易引发火灾。2.储能电站安全问题分析7.6.1储能电站安全系统可靠性安全问题（1）储能元件可靠性（储能电池等）

质量不可靠、性能不稳定会导致储能电站性能下降，影响电站的运行效率。（2）辅助设备的可靠性（制冷模块、通风模块等）

若发生停机会引发储能电站安全事故发生。（3）控制和保护电路可靠性

设计不合理、存在缺陷或受干扰误操作等情况，可能导致系统无法有效应对异常情况。（4）预警系统可靠性

导致系统无法对热失控等安全问题进行有效识别，增加故障升级风险。2.储能电站安全问题分析7.6.1储能电站安全人员管理安全问题电站建成后，人员培训不足、安全意识薄弱、人员操作失误和人员管理不善。2.储能电站安全问题分析7.6.1储能电站安全环境安全问题空气温湿度、灰尘污染、高海拔地区气候、沿海地区盐雾、自然灾害等。暴雨沙尘暴高海拔环境（西藏日喀则）2.储能电站安全问题分析7.6.1储能电站安全3.储能电站安全等级划分储能电池安全等级定义：通过对储能系统进行量化分析和评估，对安全性质量进行分类。评定方法：主要采用打分法，即按照打分结果将风险从高到低依次将储能电站分为重大风险（分值＜70）、较大风险（70≤分值＜80）、一般风险（80≤分值＜90）、低风险（分值≥90）四个等级。评估内容：建设手续（不列入评分，仅进行重大风险判断）、站址与平面布置、电池储能系统、消防系统及运行维护与应急管理。电池类型站址与平面布置电池储能系统消防系统运行维护与应急管理磷酸铁锂电池20%30%30%20%铅酸/铅炭电池20%35%20%25%全钒液流电池20%35%20%25%不同电池种类的储能电站评分占比7.6.1储能电站安全3.储能电站安全等级划分储能电站安全等级依据标准定义的局限性：标准的制定周期较长，无法及时适应储能技术快速发展的需求。标准的划分和分类需要充分考虑各种机制和因素，以确保其准确性和可操作性。标准的推广需要具备较强的社会认可性和监管力度，以实现储能技术的安全性总体提升。7.6.2储能电站安全特性的参量监测1.电气参数监测储能电站电压和电流是安全状态监控的基础参量，是电池运行状态的直接反映。当电池内部发生故障或容量退化时，其电压和电流可能会出现异常变化。例如，电池内部短路或断路可能导致电压骤降或电流异常增大。电压和电流的变化还可以作为预测电池故障的重要指标。通过对电压和电流的实时监测和分析，及时发现电池存在的容量衰减、内阻增大等问题。这些信息的获取有助于提前采取措施，防止故障进一步恶化，从而降低热失控等严重故障的发生概率。常用的监控设备有电压传感器、电流传感器、数据采集与监控系统（SCADA），所采集的电压和电流数据可与EMS的数据共享。7.6.2储能电站安全特性的参量监测2.温度监测温度是影响电池性能和寿命的关键因素之一，过高或过低的温度都可能对电池造成损害，从而引发故障，主要表现在：化学反应速率：在高温下，反应速率加快，导致电池过热，进而引发短路、电解液泄漏等故障。在低温下，内部反应速率降低，导致电池性能下降，引起容量减少、内阻增大等现象。热失控风险：当电池内部温度持续升高并超过一定阈值时，可能触发热失控，导致电池起火或爆炸。电池老化：在长期高温或低温环境下工作，会加速电池老化，引发电池故障。安全性评估：电池工作过程中产生的热量如果无法有效散发，会导致局部温度过高，从而增加故障和安全事故的风险。温度的检测目前常用的方法包括：1）热敏电阻法2）热电偶法3）红外法4）其他方法7.6.2储能电站安全特性的参量监测3.阻抗监测作为电化学系统的重要特征参数，阻抗被认为是电化学分析的重要工具。电池阻抗反映了带电粒子在电池内部移动所受到的阻力，阻抗的测量具有极大的使用价值。评估电池性能：电池阻抗是评估电池性能的重要指标之一，能够反映电池内部反应和充放电过程中能量转化效率的情况，以及电池容量和寿命的变化情况。在电池设计和生产过程中，需要测量电池阻抗以了解电池的质量和性能，以便对电池进行优化和改进。检测电池健康状态：电池阻抗的测量可以帮助检测电池的健康状态，例如电池内部的负极极化或阳极膜形成等问题，从而及时诊断和解决问题，避免电池损坏或故障。7.6.2储能电站安全特性的参量监测4.气体监测过充至热失控过程各产气的摩尔分数气体是电池热失控过程中的直接产物。在热失控条件下，电池内部的电解液、正极材料、负极材料以及隔膜等都会发生热分解或化学反应，生成多种气体，如：O2、CO2、CO、H2、CH4等。气体产生和积累会加剧电池热失控的严重程度。随着气体的不断生成，电池内部的压力会逐渐升高，可能导致电池壳体破裂或电解液泄漏。此过程会进一步加速电池内部的化学反应，释放更多的热量和气体，形成恶性循环。一旦电池热失控发展到这一阶段，就很难进行有效的控制和干预，可能导致电池起火、爆炸等严重后果。7.6.2储能电站安全特性的参量监测5.压力监测电池压力的监控是确保电池安全运行、延长使用寿命的关键。在充电和放电过程中，电池的内部压力会逐渐变化，导致电池形变。由于电池中所使用的电解液、隔膜等物质具有一定的挥发性，电池内部存在的安全隐患（如电池温度过高、电池内部短路、过充等）会导致电池内部气体不断增加，从而引发电池爆炸等安全事故。因此，根据压力变化特性可对以上故障及时预警，避免安全隐患。薄膜压力传感器压阻式压力传感器7.6.2储能电站安全特性的参量监测6.绝缘监测储能电站的绝缘性能够反映绝缘缺陷，对防止电池组内部故障、避免潜在的安全风险具有重要意义。绝缘监测系统可以根据设备的绝缘状态数据，进行分析处理，对设备的故障预兆进行预警，以减少可能发生的故障状况。储能系统绝缘特性监测的主要方法有如下三种：（1）交流绝缘电阻测量法（2）电流传感法（3）电桥测量法7.6.2储能电站安全特性的参量监测7.其他安全参量监测近些年来，声音监测也取得了一些研究进展。电池内部的安全阀开启的声音、气液溢出物的声音等，都可以通过声音检测进行捕捉和分析。这些声音特征的变化能够反映电池的工作状态，有助于预防电池安全隐患的发生。声音检测还可以与其他传感器技术相结合，形成多参量预警系统。例如，结合光学传感器和气体传感器，可以实现对电池火灾隐患的高灵敏辨识和预警，进一步提升储能电站的安全运行水平。除了以上监测参量外，还可以对储能舱的冷却液流量、空气湿度等环境参量和辅助设备运行参量进行监测。7.6.3储能电站预警过充过放自放电内短路电池一致性机械损伤老化……常见故障类型容量衰减热失控时间尺度上存在差异典型故障树7.6.3储能电站预警定义：可能出现突发变化的参数，这种突变通常意味着发生了热失控或设备故障，例如温度、电压、气体等。温度急速攀升热失控开始电池内部开始发生放热反应温度上升较为缓慢电压骤降至0早于温度变化7.6.3储能电站预警渐变型变量预警定义：渐变型参量是随着时间逐渐变化的参量。特点：不会在短期内造成严重后果，但长期的渐进变化同样会对电池系统的安全性产生影响。常见类型：容量衰减，内阻增加7.6.3储能电站预警突变型变量预警温度特征预警电压特征预警内阻特征预警气体特征预警声音特征预警气压特征预警温度电压内阻气压7.6.3储能电站预警未来趋势：1.多级预警按照安全的严重程度设定不同的预警级别根据预警级别选取不同的处置方案7.6.3储能电站预警未来趋势：2.多维传感器联合电、气、压等多类传感器系统的综合判断分析电池热失控过程电、气、压等多类传感监测参量的变化规律7.6.3储能电站预警未来趋势：3.故障树的构建电池系统多类故障之间的关联性建立故障预警研判的故障树7.6.3储能电站预警基于规则的预警方法：渐变型变量在基于特征预测的基础上，可以进一步进行时间序列预测早期预警7.6.3储能电站预警未来趋势：4.多时间尺度根据故障演变的时间尺度，确定分级预警体系7.6.3储能电站预警小结电池安全测试是发现隐患，提升安全性的重要手段；电池安全预警多采用基于规则的方法，多级预警及不同传感器联合预警是未来重要的发展趋势。从电池、模组设计、电池管理及预警等多个层面体系电池系统的安全性7.6.4储能电站安全事故处理自然灾害处置人身伤亡事故处置火灾与爆炸事故处置突发环境事件处置涉网电网异常事件处置锂电池火灾与常规电气火灾区别。7.6.4储能电站安全事故处理不同类型灭火剂原理及优缺点火灾事故处置7.6.4储能电站安全事故处理火灾事故处置储能系统的火灾监测与预警装置不同灭火剂对电池表面的降温效果水>全氟己酮>七氟丙烷（HFC-227ea)>ABC干粉>CO2水比热容高，气化过程大量吸热，效果较好7.6.4储能电站安全事故处理一旦收到电池火灾预警，应密切监控预警电池的温度、电压和可燃气体浓度等数据变化。在必要时，应停止该电池所在的储能系统运行，并通知相关人员按应急响应要求做好应急准备。火灾事故处置主要内容7.4储能电站电池管理系统7.2储能系统设计的基础理论7.3储能系统的架构与关键设备7.1概述7.8电力系统储能与能源互联网7.6储能电站的安全与监控7.7电力系统储能优化机制7.5储能电站电气系统7.7.1电力系统储能优化目标容量配置和运行调度是电力系统规划和运行的两个关键问题。储能的容量配置问题储能的运行调度问题问题描述合理选择储能装置的容量和功率，既要满足系统需求，又要最大程度地降低成本，确保系统的经济性和可靠性。储能容量和功率如何合理利用，以实现系统的稳定性、经济性等运行目标，是一项挑战性的任务。计算方法经验选择法优化计算法逻辑判断法优化计算法本节将从优化问题的基本形式出发，介绍电力储能的容量配置和运行调度优化策略。7.7.2电力系统储能优化基本方法

优化问题是利用数学模型解决生产实际和自然科学中的具体问题的一种方法。通过对所要解决的具体问题进行分析研究，建立优化问题的数学模型。以最小化优化问题为例，其基本形式如下：

式中：表示问题的待求解变量，又称决策变量，为n维实欧氏空间中的一点；函数表示问题的求解目标，又称目标函数；函数表示所求解需要满足的前提条件，又称约束方程，subjectto常被简写为s.t.。7.7.2电力系统储能优化基本方法

优化问题依据其目标函数和约束条件形式可以分为线性优化问题和非线性优化问题，依据其决策变量形式可以分为离散优化和连续优化。

7.7.2电力系统储能优化基本方法

7.7.2电力系统储能优化基本方法

7.7.2电力系统储能优化基本方法根据新能源机组的发电功率、负荷的用电功率以及电网要求，为储能制定调度优化策略是电力系统储能优化的重要环节。储能优化调度策略可通过整合电力系统的优化目标、决策变量和约束条件，关联多个基本优化问题，形成涵盖多储能类型、多细分环节、多时间尺度、多空间层级、多优化目标等方面的协同策略。1）目标函数1.电力系统储能优化调度策略（1）经济性指标（2）稳定性指标（3）环保性指标7.7.3电力系统储能优化调度策略与容量配置的优化2）约束条件1.电力系统储能优化调度策略（1）功率平衡约束（2）并网运行限制（3）设备运行限制7.7.3电力系统储能优化调度策略与容量配置的优化从系统运行的角度来看，