安科瑞 劉秋霞
1.概述
大容量電池儲能系統(tǒng)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用已有20多年的歷史，早期主要用于孤立電網(wǎng)的調(diào)頻、熱備用、調(diào)壓和備份等。電池儲能系統(tǒng)在新能源并網(wǎng)中的應(yīng)用，國外也已開展了一定的研究。上世紀(jì)90年代末德國在Herne1MW的光伏電站和Bocholt2MW的風(fēng)電場分別配置了容量為1.2MWh的電池儲能系統(tǒng)，提供削峰、不中斷供電和改善電能質(zhì)量功能。從2003年開始，日本在Hokkaido30.6MW風(fēng)電場安裝了6MW/6MWh的全釩液流電池（VRB）儲能系統(tǒng)，用于平抑輸出功率波動。2009年英國EDF電網(wǎng)將600kW/200kWh鋰離子電池儲能系統(tǒng)配置在東部一個11KV配電網(wǎng)STATCOM中，用于潮流和電壓控制，有功和無功控制。
總體來說，儲能電站（系統(tǒng)）在電網(wǎng)中的應(yīng)用目的主要考慮“負(fù)荷調(diào)節(jié)、配合新能源接入、彌補(bǔ)線損、功率補(bǔ)償、提高電能質(zhì)量、孤網(wǎng)運(yùn)行、削峰填谷"等幾大功能應(yīng)用。比如：削峰填谷，改善電網(wǎng)運(yùn)行曲線，通俗一點(diǎn)解釋，儲能電站就像一個儲電銀行，可以把用電低谷期富余的電儲存起來，在用電高峰的時候再拿出來用，這樣就減少了電能的浪費(fèi)；此外儲能電站還能減少線損，增加線路和設(shè)備使用壽命；優(yōu)化系統(tǒng)電源布局，改善電能質(zhì)量。而儲能電站的綠色優(yōu)勢則主要體現(xiàn)在：科學(xué)安全，建設(shè)周期短；綠色環(huán)保，促進(jìn)環(huán)境友好；集約用地，減少資源消耗等方面。
2.設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)
GB21966-2008鋰原電池和蓄電池在運(yùn)輸中的安全要求
GJB4477-2002鋰離子蓄電池組通用規(guī)范
QC/T743-2006電動汽車用鋰離子蓄電池
GB/T12325-2008電能質(zhì)量供電電壓偏差
GB/T12326-2008電能質(zhì)量電壓波動和閃變
GB/T14549-1993電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波
GB/T15543-2008電能質(zhì)量三相電壓不平衡
GB/T2297-1989太陽光伏能源系統(tǒng)術(shù)語
DL/T527-2002靜態(tài)繼電保護(hù)裝置逆變電源技術(shù)條件
GB/T13384-2008 機(jī)電產(chǎn)品包裝通用技術(shù)條件
GB/T14537-1993 量度繼電器和保護(hù)裝置的沖擊與碰撞試驗(yàn)
GB/T14598.27-2008 量度繼電器和保護(hù)裝置*27部分：產(chǎn)品安全要求
DL/T478-2001靜態(tài)繼電保護(hù)及安全自動裝置通用技術(shù)條件
GB/T191-2008包裝儲運(yùn)圖示標(biāo)志
GB/T2423.1-2008 電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗(yàn)*2部分：試驗(yàn)方法試驗(yàn)A：低溫
GB/T2423.2-2008 電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗(yàn)*2部分：試驗(yàn)方法試驗(yàn)B：高溫
GB/T2423.3-2006電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗(yàn)*2部分：試驗(yàn)方法試驗(yàn)Cab：恒定濕熱試驗(yàn)
GB/T2423.8-1995 電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗(yàn)*2部分：試驗(yàn)方法試驗(yàn)Ed：自由跌落
GB/T2423.10-2008電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗(yàn)*2部分：試驗(yàn)方法試驗(yàn)Fc：振動（正弦）
GB4208-2008 外殼防護(hù)等級（IP代碼）
GB/T17626-2006 電磁兼容試驗(yàn)和測量技術(shù)
GB14048.1-2006 低壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備*1部分：總則
GB7947-2006 人機(jī)界面標(biāo)志標(biāo)識的基本和安全規(guī)則導(dǎo)體的顏色或數(shù)字標(biāo)識
GB8702-88 電磁輻射防護(hù)規(guī)定
DL/T5429-2009 電力系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)規(guī)程
DL/T5136-2001 火力發(fā)電廠、變電所二次接線設(shè)計技術(shù)規(guī)程
DL/T620-1997 交流電氣裝置的過電壓保護(hù)和絕緣配合
DL/T621-1997 交流電氣裝置的接地
GB50217-2007 電力工程電纜設(shè)計規(guī)范
GB2900.11-1988 蓄電池名詞術(shù)語
IEC61427-2005 光伏系統(tǒng)（PVES）用二次電池和蓄電池組一般要求和試驗(yàn)方法
Q/GDW564-2010儲能系統(tǒng)接入配電網(wǎng)技術(shù)規(guī)定
QC/T743-2006《電動汽車用鋰離子蓄電池》
GB/T18479-2001地面用光伏（PV）發(fā)電系統(tǒng)概述和導(dǎo)則
GB/T19939-2005光伏系統(tǒng)并網(wǎng)技術(shù)要求
GB/T20046-2006光伏（PV）系統(tǒng)電網(wǎng)接口特性
GB2894安全標(biāo)志（neqISO3864：1984）
GB16179安全標(biāo)志使用導(dǎo)則
GB/T178830.2S和0.5S級靜止式交流有功電度表
DL/T448能計量裝置技術(shù)管理規(guī)定
DL/T614多功能電能表
DL/T645多功能電能表通信協(xié)議
DL/T5202電能量計量系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)規(guī)程
SJ/T11127光伏（PV）發(fā)電系統(tǒng)過電壓保護(hù)——導(dǎo)則
IEC61000-4-30電磁兼容*4-30部分試驗(yàn)和測量技術(shù)——電能質(zhì)量
IEC60364-7-712建筑物電氣裝置*7-712部分：
特殊裝置或場所的要求太陽光伏（PV）發(fā)電系統(tǒng)
3.儲能電站（配合光伏并網(wǎng)發(fā)電）方案
1、光伏組件陣列利用太陽能電池板的光伏效應(yīng)將光能轉(zhuǎn)換為電能，然后對鋰電池組充電，通過逆變器將直流電轉(zhuǎn)換為交流電對負(fù)載進(jìn)行供電；
2、智能控制器根據(jù)日照強(qiáng)度及負(fù)載的變化，不斷對蓄電池組的工作狀態(tài)進(jìn)行切換和調(diào)節(jié)：一方面把調(diào)整后的電能直接送往直流或交流負(fù)載。另一方面把多余的電能送往蓄電池組存儲。發(fā)電量不能滿足負(fù)載需要時，控制器把蓄電池的電能送往負(fù)載，保證了整個系統(tǒng)工作的連續(xù)性和穩(wěn)定性；
3、并網(wǎng)逆變系統(tǒng)由幾臺逆變器組成，把蓄電池中的直流電變成標(biāo)準(zhǔn)的380V市電接入用戶側(cè)低壓電網(wǎng)或經(jīng)升壓變壓器送入高壓電網(wǎng)。
4、鋰電池組在系統(tǒng)中同時起到能量調(diào)節(jié)和平衡負(fù)載兩大作用。它將光伏發(fā)電系統(tǒng)輸出的電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能儲存起來，以備供電不足時使用。
(1)電池選型原則
作為配合光伏發(fā)電接入，實(shí)現(xiàn)削峰填谷、負(fù)荷補(bǔ)償，提高電能質(zhì)量應(yīng)用的儲能電站，儲能電池是非常重要的一個部件，須滿足以下要求：
?容易實(shí)現(xiàn)多方式組合，滿足較高的工作電壓和較大工作電流；
?電池容量和性能的可檢測和可診斷，使控制系統(tǒng)可在預(yù)知電池容量和性能的情況下實(shí)現(xiàn)對電站負(fù)荷的調(diào)度控制；
?高安全性、可靠性：在正常使用情況下，電池正常使用壽命不低于15年；在*限情況下，即使發(fā)生故障也在受控范圍，不應(yīng)該發(fā)生爆炸、燃燒等危及電站安全運(yùn)行的故障；
?具有良好的快速響應(yīng)和大倍率充放電能力，一般要求5-10倍的充放電能力；
?較高的充放電轉(zhuǎn)換效率；
?易于安裝和維護(hù)；
?具有較好的環(huán)境適應(yīng)性，較寬的工作溫度范圍；
?符合環(huán)境保護(hù)的要求，在電池生產(chǎn)、使用、回收過程中不產(chǎn)生對環(huán)境的破壞和污染；
(2)主要電池類型比較
表1幾種電池性能比較
鈉硫電池 | 全釩液流電池 | 磷酸鐵鋰電池 | 閥控鉛酸電池 | |
現(xiàn)有應(yīng)用規(guī)模等級 | 100kW~34MW | 5kW~6MW | kW~MW | kW~MW |
比較適合的應(yīng)用場合 | 大規(guī)模削峰填谷、平抑可再生能源發(fā)電波動 | 大規(guī)模削峰填谷、平抑可再生能源發(fā)電波動 | 可選擇功率型或能量型，適用范圍廣泛 | 大規(guī)模削峰填谷、平抑可再生能源發(fā)電波動 |
安全性 | 不可過充電；鈉、硫的滲漏，存在潛在安全隱患 | 安全 | 需要單體監(jiān)控，安全性能已有較大突破 | 安全性可接受，但廢舊鉛酸蓄電池嚴(yán)重污染土壤和水源 |
能量密度 | 100-700Wh/kg | - | 120-150Wh/kg | 30-50Wh/kg |
倍率特性 | 5-10C | 1.5C | 5-15C | 0.1-1C |
轉(zhuǎn)換效率 | >95% | >70% | >95% | >80% |
壽命 | >2500次 | >15000次 | >2000次 | >300次 |
成本 | 23000元/kWh | 15000元/kWh | 3000元/kWh | 700元/kWh |
資源和環(huán)保 | 資源豐富；存在一定的環(huán)境風(fēng)險 | 資源豐富 | 資源豐富；環(huán)境友好 | 資源豐富；存在一定的環(huán)境風(fēng)險 |
MW級系統(tǒng)占地 | 150-200平米/MW | 800-1500平米/MW | 100-150平米/MW(h) | 150-200平米MW |
關(guān)注點(diǎn) | 安全、一致性、成本 | 可靠性、成熟性、成本 | 一致性 | 一致性、壽命 |
(3)建議方案
從初始投資成本來看，鋰離子電池有較強(qiáng)的競爭力，鈉硫電池和全釩液流電池未形成產(chǎn)業(yè)化，供應(yīng)渠道受限，較昂貴。從運(yùn)營和維護(hù)成本來看，鈉硫需要持續(xù)供熱，全釩液流電池需要泵進(jìn)行流體控制，增加了運(yùn)營成本，而鋰電池幾乎不需要維護(hù)。根據(jù)國內(nèi)外儲能電站應(yīng)用現(xiàn)狀和電池特點(diǎn)，建議儲能電站電池選型主要為磷酸鐵鋰電池。
3.2.2電池管理系統(tǒng)(BMS)
（1）電池管理系統(tǒng)的要求
在儲能電站中，儲能電池往往由幾十串甚至幾百串以上的電池組構(gòu)成。由于電池在生產(chǎn)過程和使用過程中，會造成電池內(nèi)阻、電壓、容量等參數(shù)的不一致。這種差異表現(xiàn)為電池組充滿或放完時串聯(lián)電芯之間的電壓不相同，或能量的不相同。這種情況會導(dǎo)致部分過充，而在放電過程中電壓過低的電芯有可能被過放，從而使電池組的離散性明顯增加，使用時更容易發(fā)生過充和過放現(xiàn)象，整體容量急劇下降，整個電池組表現(xiàn)出來的容量為電池組中性能*差的電池芯的容量，*終導(dǎo)致電池組提前失效。
因此，對于磷酸鐵鋰電池電池組而言，均衡保護(hù)電路是須的。當(dāng)然，鋰電池的電池管理系統(tǒng)不僅僅是電池的均衡保護(hù)，還有更多的要求以保證鋰電池儲能系統(tǒng)穩(wěn)定可靠的運(yùn)行。
（2）電池管理系統(tǒng)BMS的具體功能
1）基本保護(hù)功能
單體電池電壓均衡功能
此功能是為了修正串聯(lián)電池組中由于電池單體自身工藝差異引起的電壓、或能量的離散性，避免個別單體電池因過充或過放而導(dǎo)致電池性能變差甚至損壞情況的發(fā)生，使得所有個體電池電壓差異都在一定的合理范圍內(nèi)。要求各節(jié)電池之間誤差小于±30mv。
電池組保護(hù)功能
單體電池過壓、欠壓、過溫報警，電池組過充、過放、過流報警保護(hù)，切斷等。
2）數(shù)據(jù)采集功能
采集的數(shù)據(jù)主要有：單體電池電壓、單體電池溫度（實(shí)際為每個電池模組的溫度）、組端電壓、充放電電流，計算得到蓄電池內(nèi)阻。
通訊接口：采用數(shù)字化通訊協(xié)議IEC61850。在儲能電站系統(tǒng)中，需要和調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行通訊，上送數(shù)據(jù)和執(zhí)行指令。
3）診斷功能
BMS應(yīng)具有電池性能的分析診斷功能，能根據(jù)實(shí)時測量蓄電池模塊電壓、充放電電流、溫度和單體電池端電壓、計算得到的電池內(nèi)阻等參數(shù)，通過分析診斷模型，得出單體電池當(dāng)前容量或剩余容量（SOC）的診斷，單體電池健康狀態(tài)（SOH）的診斷、電池組狀態(tài)評估，以及在放電時當(dāng)前狀態(tài)下可持續(xù)放電時間的估算。根據(jù)電動汽車相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求《鋰離子蓄電池總成通用要求》（目前儲能電站無相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)），對剩余容量（SOC）的診斷精度為5%，對健康狀態(tài)（SOH）的診斷精度為8%。
4）熱管理
鋰電池模塊在充電過程中，將產(chǎn)生大量的熱能，使整個電池模塊的溫度上升，因而，BMS應(yīng)具有熱管理的功能。
5）故障診斷和容錯
若遇異常，BMS應(yīng)給出故障診斷告警信號，通過監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給上層控制系統(tǒng)。
對儲能電池組每串電池進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控，通過電壓、電流等參數(shù)的監(jiān)測分析，計算內(nèi)阻及電壓的變化率，以及參考相對溫升等綜合辦法，即時檢查電池組中是否有某些已壞不能再用的或可能很快會壞的電池，判斷故障電池及定位，給出告警信號，并對這些電池采取適當(dāng)處理措施。當(dāng)故障積累到一定程度，而可能出現(xiàn)或開始出現(xiàn)惡性事故時，給出重要告警信號輸出、并切斷充放電回路母線或者支路電池堆，從而避免惡性事故發(fā)生。
采用儲能電池的容錯技術(shù)，如電池旁路或能量轉(zhuǎn)移等技術(shù)，當(dāng)某一單體電池發(fā)生故障時，以避免對整組電池運(yùn)行產(chǎn)生影響。
管理系統(tǒng)對系統(tǒng)自身軟硬件具有自檢功能，即使器件損壞，也不會影響電池安全。確保不會因管理系統(tǒng)故障導(dǎo)致儲能系統(tǒng)發(fā)生故障，甚至導(dǎo)致電池?fù)p壞或發(fā)生惡性事故。
6）建議方案
?均衡保護(hù)技術(shù)
建議能量轉(zhuǎn)移法（儲能均衡）。
?其它保護(hù)技術(shù)
對于電池的過壓、欠壓、過流等故障情況，采取了切斷回路的方式進(jìn)行保護(hù)。
對瞬間的短路的過流狀態(tài)，過流保護(hù)的延時時間一般至少要幾百微秒至毫秒，而短路保護(hù)的延時時間是微秒級的，幾乎是短路的瞬間就切斷了回路，可以避免短路對電池帶來的巨大損傷。
在母線回路中一般采用快速熔斷器，在各個電池模塊中，采用高速功率電子器件實(shí)現(xiàn)快速切斷。
?蓄電池在線容量評估SOC
在測量動態(tài)內(nèi)阻和真值電壓等基礎(chǔ)上，利用充電特性與放電特性的對應(yīng)關(guān)系，采用多種模式分段處理辦法，建立數(shù)學(xué)分析診斷模型，來測量剩余電量SOC。
分析鋰電池的放電特性,基于積分法采用動態(tài)更新電池電量的方法,考慮電池自放電現(xiàn)象,對電池的在線電流、電壓、放電時間進(jìn)行測量；預(yù)測和計算電池在不同放電情況下的剩余電量，并根據(jù)電池的使用時間和環(huán)境溫度對電量預(yù)測進(jìn)行校正，給出剩余電量SOC的預(yù)測值。
為了解決電池電量變化對測量的影響，可采用動態(tài)更新電池電量的方法，即使用上一次所放出的電量作為本次放電的基準(zhǔn)電量，這樣隨著電池的使用，電池電量減小體現(xiàn)為基準(zhǔn)電量的減??；同時基準(zhǔn)電量還需要根據(jù)外界環(huán)境溫度變化進(jìn)行相應(yīng)修正。
?蓄電池健康狀態(tài)評估SOH
對鋰電池整個壽命運(yùn)行曲線充放電特性的對應(yīng)關(guān)系分析，進(jìn)行曲線擬合和比對，得出蓄電池健康狀態(tài)評估值SOH，同時根據(jù)運(yùn)行環(huán)境對評估值進(jìn)行修正。
?蓄電池組的熱管理
在電池選型和結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)充分考慮熱管理的設(shè)計。圓柱形電芯在排布中的透氣孔設(shè)計及鋁殼封裝能幫助電芯更好的散熱，可有效防鼓，保證穩(wěn)定。
BMS含有溫度檢測，對電池的溫度進(jìn)行監(jiān)控，如果溫度高于保護(hù)值將開啟風(fēng)機(jī)強(qiáng)制冷卻，若溫度達(dá)到危險值，該電池堆能自動退出運(yùn)行。
本子系統(tǒng)包括儲能電站內(nèi)將直流電變換成交流電的設(shè)備。用于將電能變換成適合于電網(wǎng)使用的一種或多種形式的電能的電氣設(shè)備。*大功率跟蹤控制器、逆變器和控制器均可屬于本子系統(tǒng)的一部分。
(1)大功率PCS拓?fù)?/span>
?設(shè)計原則
?符合大容量電池組電壓等級和功率等級；
?結(jié)構(gòu)簡單、可靠穩(wěn)定，功率損耗低；
?能夠靈活進(jìn)行整流逆變雙向切換運(yùn)行；
?采用常規(guī)功率開關(guān)器件，設(shè)計模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化；
?并網(wǎng)諧波含量低，濾波簡單；
?發(fā)展現(xiàn)狀
低壓等級（2kV以下）電池組的PCS系統(tǒng)早期一般是采用基于多重化技術(shù)的多脈波變換器，功率管采用晶閘管或GTO。隨著新型電池技術(shù)的出現(xiàn)、功率器件和拓?fù)浼夹g(shù)的發(fā)展，較高電壓等級（5kV~6kV）的電池組的PCS系統(tǒng)一般采用多電平技術(shù)，功率管采用IGCT或IGBT串聯(lián)。
另外一種方案是采用DC/DC+DC/AC兩級變換結(jié)構(gòu)，通過DC/DC先將電池組輸出升壓，再通過DC/AC逆變。適合大功率電池應(yīng)用的DC/DC變換器拓?fù)渲饕捎梅歉綦x型雙向Buck/Boost電路，多模塊交錯并聯(lián)實(shí)現(xiàn)擴(kuò)容；DC/AC部分主要包括多重化、多電平、交錯并聯(lián)等大功率變流技術(shù)，以降低并網(wǎng)諧波，簡化并網(wǎng)接口。
?建議方案
大容量電池儲能系統(tǒng)可采用電壓源型PCS，并聯(lián)接入電網(wǎng)，PCS設(shè)計成四象限運(yùn)行，能獨(dú)立的進(jìn)行有功、無功控制。目前電池組電壓等級一般低于2kV，大容量電池儲能系統(tǒng)具有低壓大電流特點(diǎn)。考慮兩級變換結(jié)構(gòu)損耗大，建議采用單級DC/AC變換結(jié)構(gòu)，通過升壓變接入電網(wǎng)。利用多變流器單元并聯(lián)技術(shù)進(jìn)行擴(kuò)容，采用移相載波調(diào)制和環(huán)流抑*實(shí)現(xiàn)單元間的功率均分。結(jié)構(gòu)簡單、易控制、模塊化、容錯性好和效率高。
(2)PCS控制策略
?控制要求
?高*安全電池充放電；
?滿足電網(wǎng)相關(guān)并網(wǎng)導(dǎo)則；
?進(jìn)行有功、無功獨(dú)立調(diào)節(jié)；
?能夠適應(yīng)電網(wǎng)故障運(yùn)行。
?研究現(xiàn)狀
國內(nèi)外對分布式發(fā)電中并網(wǎng)變流器控制策略已經(jīng)展開了廣泛研究，常采用雙閉環(huán)控制，外環(huán)根據(jù)控制目標(biāo)的不同，提出了PQ控制、下垂控制、虛擬同步機(jī)控制等，內(nèi)環(huán)一般采用電流環(huán)，提出了自然坐標(biāo)系、靜止坐標(biāo)系和同步坐標(biāo)系下的控制策略。電池儲能系統(tǒng)PCS控制除了滿足常規(guī)的并網(wǎng)變流器要求，更重要的要滿足電池充放電要求，尤其是電網(wǎng)故障情況下的控制。
?建議方案
?采用多目標(biāo)的變流器控制策略，一方面精*控制充放電過程中的電壓、電流，確保電池組高*、安全充放電；另一方面根據(jù)調(diào)度指令，進(jìn)行有功、無功控制。
?低電壓穿越能力強(qiáng)，逆變器對電網(wǎng)電壓應(yīng)始終工作在恒流工作模式，輸出端壓跟隨市電，可以在很低電壓下運(yùn)行，甚至在輸出端短路時仍可輸出，此時逆變器保持額定的輸出電流不變。
?實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)故障狀態(tài)下電池儲能系統(tǒng)緊急控制，以及電網(wǎng)恢復(fù)后電池儲能系統(tǒng)的重新同步控制。
常規(guī)的儲能電站控制系統(tǒng)使用的產(chǎn)品來自于不同的供應(yīng)商。幾乎每個產(chǎn)品供應(yīng)商都具有一套自己的標(biāo)準(zhǔn),整個儲能電站里運(yùn)行的規(guī)約就可能達(dá)到好幾種。于是當(dāng)一個儲能電站需要將不同廠商的產(chǎn)品集成到一個系統(tǒng)時，就不得不花很大的代價做通信協(xié)議轉(zhuǎn)換裝置，這樣做一方面增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性降低了可靠性，另一方面增加了系統(tǒng)成本和維護(hù)的復(fù)雜性。因此本方案建議采用基于IEC61850的系統(tǒng)方案。
IEC61850是關(guān)于變電站自動化系統(tǒng)的通訊網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)的國際標(biāo)準(zhǔn)。制定IEC61850主要目的就是使不同制造廠商的產(chǎn)品具有互操作性,使它們可以方便地集成到一個系統(tǒng)中去，能夠在各種自動化系統(tǒng)內(nèi)部準(zhǔn)確、快速地交換數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)無縫集成和互操作。由于聯(lián)合發(fā)電智能監(jiān)控系統(tǒng)采用IEC61850協(xié)議，所以在儲能電站也采用基于IEC61850的控制系統(tǒng)有利于處理并傳送從儲能電站控制系統(tǒng)到聯(lián)合發(fā)電智能監(jiān)控系統(tǒng)各種實(shí)時信息。
儲能電站控制系統(tǒng)采用模塊化、功能集成的設(shè)計思想，分為系統(tǒng)層和設(shè)備層兩層結(jié)構(gòu)，全站監(jiān)控雙網(wǎng)采用100M光纖以太網(wǎng)作為通信網(wǎng)絡(luò)，采用星型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。
?系統(tǒng)層配置：
系統(tǒng)層主要實(shí)現(xiàn)實(shí)時數(shù)據(jù)采集、與聯(lián)合發(fā)電智能監(jiān)控系統(tǒng)通信等功能。
?實(shí)時數(shù)據(jù)采集
通過子系統(tǒng)的智能組件從功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)、電池系統(tǒng)、配電系統(tǒng)獲取數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)包括電池容量、線路狀態(tài)、電流、有功功率、無功功率、功率系數(shù)和平均值。
?與聯(lián)合發(fā)電智能監(jiān)控系統(tǒng)通信：
在儲能電站和變電站之間鋪設(shè)光纖，將儲能電站的實(shí)時數(shù)據(jù)、故障信息等上傳到聯(lián)合發(fā)電智能監(jiān)控系統(tǒng)；同時接受聯(lián)合發(fā)電智能監(jiān)控系統(tǒng)下發(fā)的控制命令。
?設(shè)備層配置：
設(shè)備層由電池管理系統(tǒng)（BMS）及其智能組件、能量管理系統(tǒng)（PCS）及其智能組件、配電系統(tǒng)保護(hù)測控裝置等。
?電池管理系統(tǒng)（BMS）及其智能組件：
電池管理系統(tǒng)（BMS）對整個儲能系統(tǒng)的安全運(yùn)行、儲能系統(tǒng)控制策略的選擇、充電模式的選擇以及運(yùn)營成本都有很大的影響。電池管理系統(tǒng)無論是在電池的充電過程還是放電過程，都要可靠的完成電池狀態(tài)的實(shí)時監(jiān)控和故障診斷。并通過智能組件將相關(guān)信息轉(zhuǎn)化為IEC61850協(xié)議通過光以太網(wǎng)上送到監(jiān)控系統(tǒng)，以便采用更加合理的控制策略，達(dá)到有效且高*使用電池的目的。
?能量管理系統(tǒng)（PCS）及其智能組件：
能量管理系統(tǒng)（PCS）實(shí)現(xiàn)對電池充放電的控制，滿足儲能系統(tǒng)并網(wǎng)要求。研究多目標(biāo)的變流器控制策略，一方面精*控制充放電過程中的電壓、電流，確保電池組高*充放電；另一方面根據(jù)調(diào)度指令，進(jìn)行雙向平滑切換運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)有功、無功獨(dú)立控制。另外，在電網(wǎng)故障條件下，研究多儲能PCS單元的協(xié)調(diào)控制，實(shí)現(xiàn)對局部電網(wǎng)的安全運(yùn)行。智能組件將PCS需要上傳的開關(guān)量、模擬量、非電量、運(yùn)行信息等轉(zhuǎn)換為IEC61850協(xié)議通過以太網(wǎng)上傳給監(jiān)控系統(tǒng)，同時將監(jiān)控系統(tǒng)下發(fā)的模式切換命令及定值設(shè)定轉(zhuǎn)發(fā)給PCS。
?配電系統(tǒng)保護(hù)測控裝置：
采用數(shù)字化保護(hù)測控一體化裝置，采用直接對常規(guī)互感器采樣的方式完成電壓、電流的測量；斷路器、刀閘位置等開關(guān)量信息通過硬接點(diǎn)直接采集；斷路器的跳合閘通過硬接點(diǎn)直接控制方式完成。具備IEC61850協(xié)議的以太網(wǎng)通信方式與監(jiān)控系統(tǒng)相連。
4.儲能電站（系統(tǒng)）整體發(fā)展前景
全球能源緊缺，新興能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展勢在必行，但風(fēng)能、太陽能等清潔能源受環(huán)境影響較大，功率不穩(wěn)定，致使傳統(tǒng)電網(wǎng)無法承載，大量能量被浪費(fèi)。主要原因之一就是：儲能技術(shù)落后，現(xiàn)有儲能電站無法實(shí)現(xiàn)功率補(bǔ)償，無法滿足功率平滑的需求?？梢哉f，儲能電站的發(fā)展已成為新能源開發(fā)的核心之一。
除光伏發(fā)電系統(tǒng)外，儲能電站也廣泛適用于如下場合：
(1)、負(fù)荷波動大的工廠、企業(yè)、商務(wù)中*等；
(2)、需要具備“黑啟動"功能的發(fā)電站；
(3)、發(fā)電質(zhì)量有波動的風(fēng)能和潮汐能發(fā)電站；
(4)、需要夜間儲存能量以供白天使用的核能、風(fēng)能等發(fā)電設(shè)施；
(5)、因環(huán)保原因限制小型火力調(diào)峰發(fā)電站或其它高污染發(fā)電站發(fā)展的區(qū)域；
(6)、戶外臨時大型負(fù)荷中*。
采用磷酸鐵鋰電池這一儲能技術(shù)為核心的儲能電站，相比于抽水蓄能、壓縮空氣儲能等現(xiàn)有儲能技術(shù)，具有明顯的成本和運(yùn)行壽命優(yōu)勢，經(jīng)濟(jì)效益突出，需求巨大，應(yīng)用前景廣闊。隨著全球電力需求逐年增長，用電高峰和低谷的負(fù)荷差距越來越大，磷酸鐵鋰電池儲能電站（系統(tǒng)）作為一項(xiàng)新興技術(shù)，將給電網(wǎng)儲能領(lǐng)域帶來革命性的技術(shù)更新，具有巨大的社會效應(yīng)和經(jīng)濟(jì)效應(yīng)。
5.Acrel-2000ES儲能能量管理系統(tǒng)
5.1平臺概述
安科瑞Acrel-2000ES儲能能量管理系統(tǒng)具有完善的儲能監(jiān)控與管理功能,涵蓋了儲能系統(tǒng)設(shè)備(PCS、BMS、電表、消防、空調(diào)等)的詳細(xì)信息,實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)查詢與分析、可視化監(jiān)控、報警管理、統(tǒng)計報表等功能。在*級應(yīng)用上支持能量調(diào)度,具備計劃曲線、削峰填谷、需量控制、備用電源等控制功能。既可以用于儲能一體柜,也可以用于儲能集裝箱,是專門用于設(shè)備管理的一套軟件系統(tǒng)平臺。
5.2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
5.3系統(tǒng)功能
系統(tǒng)人機(jī)界面友好，能夠顯示儲能柜的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)時監(jiān)測PCS、BMS以及環(huán)境參數(shù)信息，如電參量、溫度、濕度等。實(shí)時顯示有關(guān)故障、告警、收益等信息。
系統(tǒng)能夠?qū)崟r監(jiān)測PCS、BMS、電表、空調(diào)、消防、除濕機(jī)等設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)及運(yùn)行模式。
PCS監(jiān)控：滿足儲能變流器的參數(shù)與限值設(shè)置；運(yùn)行模式設(shè)置；實(shí)現(xiàn)儲能變流器交直流側(cè)電壓、電流、功率及充放電量參數(shù)的采集與展示；實(shí)現(xiàn)PCS通訊狀態(tài)、啟停狀態(tài)、開關(guān)狀態(tài)、異常告警等狀態(tài)監(jiān)測。
BMS監(jiān)控：滿足電池管理系統(tǒng)的參數(shù)與限值設(shè)置；實(shí)現(xiàn)儲能電池的電芯、電池簇的溫度、電壓、電流的監(jiān)測；實(shí)現(xiàn)電池充放電狀態(tài)、電壓、電流及溫度異常狀態(tài)的告警。
空調(diào)監(jiān)控：滿足環(huán)境溫度的監(jiān)測，可根據(jù)設(shè)置的閾值進(jìn)行空調(diào)溫度的聯(lián)動調(diào)節(jié)，并實(shí)時監(jiān)測空調(diào)的運(yùn)行狀態(tài)及溫濕度數(shù)據(jù)，以曲線形式進(jìn)行展示。
UPS監(jiān)控：滿足UPS的運(yùn)行狀態(tài)及相關(guān)電參量監(jiān)測。
系統(tǒng)能夠?qū)CS充放電功率曲線、SOC變換曲線、及電壓、電流、溫度等歷史曲線的查詢與展示。
滿足儲能系統(tǒng)設(shè)備參數(shù)的配置、電價參數(shù)與時段的設(shè)置、控制策略的選擇。目前支持的控制策略包含計劃曲線、削峰填谷、需量控制等。
儲能能量管理系統(tǒng)具有實(shí)時告警功能，系統(tǒng)能夠?qū)δ艹浞烹娫较蕖囟仍较?、設(shè)備故障或通信故障等事件發(fā)出告警。
儲能能量管理系統(tǒng)能夠?qū)b信變位，溫濕度、電壓越限等事件記錄進(jìn)行存儲和管理，方便用戶對系統(tǒng)事件和報警進(jìn)行歷史追溯，查詢統(tǒng)計、事故分析。
可以通過每個設(shè)備下面的紅色按鈕對PCS、風(fēng)機(jī)、除濕機(jī)、空調(diào)控制器、照明等設(shè)備進(jìn)行相應(yīng)的控制，但是當(dāng)設(shè)備未通信上時，控制按鈕會顯示無效狀態(tài)。
儲能能量管理系統(tǒng)為保障系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，設(shè)置了用戶權(quán)限管理功能。通過用戶權(quán)限管理能夠防止未經(jīng)授權(quán)的操作（如遙控的操作，數(shù)據(jù)庫修改等）。可以定義不同級別用戶的登錄名、密碼及操作權(quán)限，為系統(tǒng)運(yùn)行、維護(hù)、管理提供可靠的安全保障。
6相關(guān)平臺部署硬件選型清單
參考文獻(xiàn)
劉鳳.儲能電站技術(shù)方案設(shè)計
安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與應(yīng)用手冊.2022.05版
