384KWH集装箱微网储能技术研究方案.docx
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384KWH集装箱微网储能技术研究方案
集装箱微网储能技术方案
2018.8.25
方案说明
本方案采用集装箱储能系统方案，该系统具有节约占地的优势。
方案采用PCS储能系统构成充放电循环系统结构。
系统配置一台
100KWPCS负责系统的充放电管理工作，配备309只2V200AH蓄
电池，合计储能容量132kwH。
系统安装在集装箱内。
一、主要设备技术参数
1.1系统结构图
joiTX十口
ZZZ
/zz
储噩电池幡毀电池
直適电缆:
交流电缆:
通讯线:
本系统主要部件包含蓄电池组和储能变流器两部分
通过储能变流器实现能量的储能与输
出的调节。
1.1储能变流器
技术参数
直流侧
工作电压范围：
500~800V
最大直流功率：
110kW
最大直流电流：
220A
交流侧
额定功率：
100kW
最大交流功率：
110kVA
最大交流电流：
159A
最大总谐波失真：
＜3%（额定功率时）
额定电网电压：
400V
允许电网电压范围：
310~450V
额定电网频率：
50Hz/60Hz
允许电网频率范围：
45~55Hz/55~65Hz
额定功率因数：
＞0.99
隔离变压器：
具备
功率因数可调范围：
0.9（超前）~0.9（滞后）
独立逆变电压范围：
400V±3%（三相四线）
独立逆变输出电压失真度：
＜3%（线性负载）带不平衡负载能力：
100%
独立逆变电压过渡变动范围：
10%以内（电阻负载0?
100%
效率
最大效率：
97.3%
效率
最大效率：
97.30%
常规数据
尺寸（宽X高X深）：
806X1884x636mm
重量：
750kg
运行温度范围：
-30~+55C
停机自耗电：
＜40W
冷却方式：
温控强制风冷
防护等级：
IP21
相对湿度：
0~95%,无冷凝
最高海拔：
6000m（＞4000m需降额）
显示屏：
触摸屏
调度通讯方式：
RS485、Ethernet
BMS通讯方式：
RS485、CAN
通信协议：
IEC104/ModbusTCP/ModbusRTU
证书:
CGC、TuV
1.2蓄电池
蓄电池选择2V200AH蓄电池组，在集装箱内采用两边布置,共计309块，储
能容量123.6KWH
1、规格型号与外型尺寸
电池型号
额定容量
（AH/C10
）
夕卜形尺寸（mm±2mm）
参考重量
（〜
Kg）
质保期
（年）
设计使用年限
长
宽
高
总高
GFM200-
2
200
171
111
341
365
13
3
20
2、应用领域
本系列蓄电池适用于储能、UPS不间断电源、通信、电力、船舶及军事等工业或类似用途的领域。
蓄电池中的硫酸电解液是不流动的，或吸附在电极间的微孔结构中或呈胶体形式。
本系列蓄电池执行标准：
GB/T22473—2008〈储能用胶体蓄电池》、GB/T19638.2—2005〈固定型阀控密封式胶体蓄电池》。
3、性能参数
电池内阻
电池完全充电（25C）
<1mQ
不同温度下电池容量
40C
>105%
25C
>100%
0C
>85%
—10C
>80%
不同小时率容量
10hr
>100%Cio
120hr
>12O%Cio
电池存放容量
1个月（25C）
初%
3个月（25C）
>94%
6个月（25C）
>88%
最大充电电流
0.25Cio（A）
充电限压
充电使用
2.4V/12V—
18mV/°C
浮充使用
2.25V/12V—
18mV/C
4、技术优势
1、绿色环保：
特种合金作极板材料，和环境友好；胶体电池采用了胶体电解质，即使电池壳破裂也没有电液泄漏，增加了电池的环境安全性。
2、采用高锡稀土多元合金，增加极板的耐腐蚀性，内阻小，具有较高的放电效率和较强的高倍率放电性能。
3、采用特殊的进口铅膏添加剂，自放电率低，耐深放电和较强的容量恢复能力。
4、采用高温高湿固化工艺，稳定铅膏和板栅的PAM界面结构，提高电池的均衡一致性。
5、采用进口德国瓦克公司生产的纳米气相二氧化硅制作的胶体电解质，无分层失水慢延缓极板腐蚀速率，设计寿命大于20年。
6专利胶体极板和膏技术，保证了极板的大电流循环使用寿命。
5、产品特点
1储能系列阀控式密封胶体蓄电池基本特性
1.1储能系列阀控式密封胶体蓄电池采用特殊的AGM（超细玻璃棉）隔板,富液式
设计，由于隔板本身有微孔通道，电池在充电过程中，正极上产生的氧气可以顺利的通过隔板到达负极，与负极活性物质反应并还原成水，从而实现了气体再化合,同时选用无锑铅钙多元特种合金作铸造电池板栅材料，抑制了氢气的析出，达到基本不失水的目的所以在电池的整个使用寿命期间无需加酸和加水维护。
1.2电池密封反应效率在99%以上，在使用中无酸雾溢出，不腐蚀设备，可随设备安装和使用。
1.3电池自放电率低，通过优化合金配方，合理的正负活性物质比例和采用超纯的原辅材料，清洁有序的工作环境，使得电池每月的自放电率<3%0
1.4采用密封式设计可在任意状态放置使用。
1.5采用紧装配技术结构紧凑，耐震动性好，比能量高，内阻小，充电接收能力好。
2使用寿命长
2.1正板栅采用高锡低钙特种多元合金，其晶核分布比普通的铅钙合金更均
匀，晶粒间结合致密，减少了晶界腐蚀，提高了极板耐腐性能。
2.2特殊的子母筋条板栅设计结构，使得板栅上电流分布更为均匀合理。
2.3正极板采用高温高湿的先进固化工艺，形成更多利于寿命的四碱式硫酸铅结构。
2.4电解液采用多元混合纳米材料混合技术，在电池内部各部分分布均匀，不存在酸液分层，消除了电池在使用过程中的浓差极化现象，使得AGM隔板保持原有的弹性，从而保持了极群的紧装配，正负活性物质采用特殊添加剂，延缓了电液干枯和板栅腐蚀。
结合上述特点：
电池设计寿命为20年,正常浮充使用寿命达15年以上。
3密封技术可靠
3.1安全阀采用迷宫式双层防爆滤酸液阀体结构，当电池内部压力达到一定值时，安全阀自动开启泄压，当压力恢复到正常值时自动关闭，安全阀上的滤酸装置防止了电池在充电过程中的排气酸雾逸出，并可防止外部明火引入电池内
部引起电池爆炸。
3.2蓄电池端子采用多层极柱胶密封技术，保证了电池极柱在整个使用寿命周期内密封的可靠性。
3.3特殊的多元混合纳米材料混合技术电解液保证了即使蓄电池壳体破裂也不会有游离酸溢出。
4性能均匀性好
为了保证蓄电池的容量、浮充电压的均匀一致性，储能系列电池在整个极板、装配、化成和出厂生产和检验中除做到细致、认真外各工序还增加了产品均一性检测，使得同批次蓄电池出厂开路电压差控制在±10mv之内，内阻差控
制在1mQ之内，保证电池质量的均一性。
5连接方便
电池之间采用镀锡铜芯多股软电缆短线或镀锡铜排与电池铜极柱端子连
接，连接方便，压降小，可有效防止电池间外部短路。
6适用温度范围广
特殊的胶体电解液配方、特殊的电池设计结构和专用活性特质配方，使得
蓄电池具有良好的高低温充放电性能，蓄电池使用温度范围宽，可在-30C
~50C环境下正常工作，推荐在25C±5C环境下使用更能延长电池使用寿命。
6、技术性能
1、蓄电池组按规定的试验方法，10h率容量应在第一次充放电循环时不低于
O.95Cio，第五次循环应达到Cio，放电终止电压为1.8V/单体。
2、公司提供蓄电池接线板及其附件（当地震烈度超过7度时，应提供抗震型安装支架或框体）。
3、蓄电池间接线板、终端接头应该采用导电性能优良的材料，并具有防腐蚀措施。
蓄电池槽、盖、安全阀，极柱封口剂等材料应具有阻燃性。
4、蓄电池采用全密封防泄露结构，外壳无异常变形、裂纹及污迹，上盖及端子
无损伤，正常工作时无酸雾逸出。
5、蓄电池极性正确，正负极性端子有明显标志，便于连接，极板厚度应与使用寿命相适应。
&蓄电池使用期间安全阀自动开启闭合，开阀压力应在30KPa—40KPa范围内,
闭阀压力应＞15KPa范围。
7、二个蓄电池之间连接条的压降，3Ii0时不超过8mV。
8、电池组间互连接线应绝缘，终端电池应提供外接铜芯电缆至直流屏的接线
板。
9、蓄电池在大电流放电后，极柱不应熔断，其外观不得出现异常。
10、蓄电池封置90天后，其荷电保持能力不低于94%0
11、蓄电池的密封反应率不低于99%o
12、蓄电池具有很强的耐过充能力和过充寿命。
以0.3ho电流连续充电16h后，外观应无明显变形及渗液。
13、蓄电池自放电率每月不大于3%。
14、蓄电池在—30C和65C时封口剂无裂纹及溢流。
15、制造厂提供的蓄电池内阻值，应与实际测试的蓄电池内阻值一致
蓄电池特性曲线如下：
（1）.蓄电池放电曲线
10小时率（0.1CA）、5小时率（0.17CA）、3小时率（0.25CA）放电终止
电压为：
1.8V/cell；1小时率（0.58CA）放电终止电压为：
1.75V/cell。
（2）.充电曲线
蓄电池要求采用恒压限流的充电方式，充电电压在2.23±0.02V/cell范围
内，充电设备必须保持恒定功能且稳压精度小于1%，充电瞬间的最大电流不超
过0.25C10A
储能电池充电曲线
0.12
400时间（min）
1.3集装箱
根据项目要求，同时考虑电池堆的成组方式、集装箱内辅助系统的设计、安装以及日常巡视和检修等各方面，选用20英尺标准集装箱。
外部尺寸：
6192*2438*2591mm。
本次投标，每个标准20尺集装箱内配备0.384MWh胶体电池成套装置，即标准20尺集装箱以0.384MWh成套设备为单位向招标方提供。
集装箱的主要任务是将电池、环境监控、通讯等设备有机的集成到1个标准的单元中，该标准单元拥有自己独立的供电系统、温度控制系统、隔热系统、阻燃系统、火灾报警系统、电气联锁系统、机械联锁系统、安全逃生系统、应急系统、消防系统等自动控制和安全保障系统。
集装箱中的走线全部为内走线，除了胶体电池（安装在电池支架上）落地安装外，本次投标箱体采用动力配电箱整合防雷器/断路器/漏电保护开关等设备，配电箱采用壁挂式安装方式。
图1.1集装箱储能项目外型图
1.1集装箱规格与基本要求
1.1.1集装箱机械接口特性
集装箱可满足吊车安装的基本安装要求，采用提供螺栓安装和焊接两种固定方式。
螺栓固定点和焊接点与整个集装箱的非功能性导电导体（集装箱金
属外壳等）可靠连通，同时，以铜排的形式向用户提供2个符合电力标准要求的接地点。
集装箱的防护等级为IP54。
1.1.2集装箱电气接口特性
集装箱内设备供电通过储能双向逆变器（PCS）配套的隔离变压器380V侧引接一路至集装箱。
集装箱一次电路电气输出接口为储能双向逆变器（以下简称PCS）的直流、能源管理系统接口、PCS隔离变压器动力电源引入、监控系统等。
进出线方式为下进下出。
凡涉及和其它设备的连接电缆及接线工作不在
本投标方的供货责任范围，投标方参与现场指导安装工作。
集装箱内置一套集中壁挂式动力配电箱，动力配电箱可配合加热系统、消
防系统、监控系统及其他系统提供电力供给。
动力配电箱输入侧应配置一套三相五线TN-S供电系统向集装箱内的负载供电。
1.1.3集装箱通讯接口特性
用集装箱采用统一的对外通信接口，包含1个RS485（ModbusRTU）接口和一个工业以太网接口，并具备扩展功能。
通信接口的型式、性能和技术指标如下：
1）RS485：
接口采用标准RS485电气规范接口。
规约采用Modbus
RTU模式；物理层通讯口采用RS485,采用屏蔽双绞线做通讯介质；
通讯口链路波特率可选用2400、4800、9600和19200,缺省选用
9600；链路传输模式为1主多从半双工。
BMS做主机，PCS做从机。
2）以太网：
接口采用RJ-45端口，10/100Base-T。
通信规约文本采用标准MODBUSTCP/IP协议；BMS为服务器，SCADA监控后台为客户端，服务端口号为502；BMS启动后需要在502建立服务侦听，监控后台根据需要与BMS建立连接或断开连接。
1.1.4系统设计方案
1.1.4.1接地方案
本次集装箱提供接地铜排。
接地铜排可与整个集装箱的非功能性导电导体（正常情况下不带电的集装箱金属外壳等）可靠联通，同时，集装箱以铜排的形式向用户提供2个符合最严格电力标准要求的接地点，向用户提供的接地点必须与整个集装箱的非功能性导电导体形成可靠的等电位连接，接地点位于集装箱的对角线位置。
非功能性导电导体接地点
参考图1.2
图1.2接地铜排局部视图
1.142防雷系统
在线路上安装有防浪涌保护模块，并带有辅助报警开关，一旦发生雷击可通过监控平台发出对外报警信号。
监控系统实时监测防雷器信号，一旦发生报警，建议系统自动切换到相应的监控界面，同时产生报警事件及有相应的处理提示。
防雷系统通过接地扁钢或接地圆钢连接至集装箱给用户提供的不少于2个
的接地铜排上，接地系统中导体的有效截面积不小于250mm2。
1.143照明系统设计
可实现对集装箱内照明灯光的控制，管理人员既可在现场用手动开关进行控制，也可利用遥控开关对照明设备进行遥控控制。
另外，当整套系统断电
时，可通过启动紧急电源实现系统供电，照明系统具有防暴功能，为集装箱内部的监控提供一个良好的照明环境。
1.144温湿检测系统设计
集装箱内部环境温湿度对设备正常运行有重要影响。
因此设计在集装箱的各个重要部位，安装温湿度传感器，实时监测集装箱内的温度和湿度值，一旦发现异常立即启动报警。
通过在集装箱重要部位安装温湿度传感器对环境温湿度实现监测，既可在
温湿度传感器表面实时看到当前的温度和湿度数值，亦可通过电池管理系统将数据上传远程监控平台，进行温湿度的远程实时监测。
1.1.4.5报警系统设计
系统具有报警系统，通过在特殊位置安装一报警灯，能够为外界提供比较明显的信息，从而起到预警作用。
其报警主要反映为集装箱内部的烟雾报警、灭火器启动报警和雷击报警。
亦可通过电池管理系统将数据上传远程监控平台，进行远程报警监测。
图1.3集装箱报警器图
1.146消防系统
消防系统由烟感探测器、温度探测器、声光报警器、手动灭火按钮和超细干粉储存器组成。
灭火装置选用超细干粉灭火装置进行全淹没保护，在温度达到报警值时，通过声光报警器提醒工作人员实现手动灭火；同时在烟雾浓度达到报警值时，可以通过手动启动器进行手动灭火。
图1.4消防系统拓扑图
1.147隔热阻燃系统
本集装箱设计采用高品质隔热阻燃系统，全天候应对使用现场的各种情
隔热材料选型规格如下：
生产厂家
规格型号
材料
厚度
存储温度
运行温
度
热阻系数
集装箱
1=1
厚度80mm
岩棉夹心
板
80mm
-30C~+80C
-30C
~+80C
0.044W/in.
K
绝缘等级
阻燃等级
数量
大于5KV
A
约140m2
1.148电气连锁系统
集装箱内配置烟雾传感器、温度传感器、湿度传感器等安全设备，烟雾传感器和温度传感器和系统的控制开关形成电气连锁，一旦检测到故障，集装箱
通过声光报警和远程通信的方式通知用户，同时，切掉正在运行的电池成套设备；湿度传感器检测到集装箱内的湿度不满足要求时，电池成套设备应采取有效措施使室内湿度满足工作要求。
1.1.4.9机械连锁系统
集装箱在室外露天条件下不会被偷盗者打开，可保证在偷盗者试图打开集装箱时产生威胁性报警信号，同时，通过远程通信方式向后台报警，该报警功能也可由用户手动屏蔽。
1.1410安全逃生及应急系统
集装箱内有明确的安全逃生通道标示。
一旦发生危险，人员可以根据安全标示迅速逃离现场，并且可手动控制报警系统通知用户和手动切掉正在运行的成套电池设备。
图1.5集装箱消防逃生报示意图
1.2集装箱基本参数
1.2.1环境适应性
本集装箱具备良好的防腐、防火、防水、防尘（防风沙）、防震、防紫外线、防盗等功能，可保证集装箱25年内不会因腐蚀、防火、防水、防尘和紫外线等因素出现故障。
其中，防腐功能能保证25年内集装箱的外观、机械强度、腐蚀程度等满足实际使用的要求；防火功能保证集装箱外壳结构、隔热保温材料、内外部装饰材料等全部使用阻燃材料；防水功能能保证箱体顶部不积水、不渗水、不漏水，箱体侧面不进雨，箱体底部不渗水；防尘（防风沙）功能能保证在集装箱的进、出风口和设备的进风口加装可方便更换的标准通风过滤
网，同时，在遭遇大风扬沙电气时可以有效阻止灰尘进入集装箱内部；所选用
的防风沙网可过滤10微米以上的颗粒，可达到IP54防尘等级，可有效保证集装箱防尘（防风沙）功能的长期有效性；集装箱及其内部设备的机械强度满足要求，不会出现变形、功能异常、震动后不运行等故障；防紫外线功能可保证集装箱内外材料的性质不会因为紫外线的照射发生劣化、不会吸收紫外线的热量
等；防盗功能可保证集装箱在室外露天条件下不会被偷盗者打开，可保证在偷
盗者试图打开集装箱时产生威胁性报警信号，同时，通过远程通信方式向后台
报警，该报警功能应可以由用户屏蔽。
具体的报警/联动功能参考1.1.4描述的报警系统、机械联动系统、电子联动系统功能描述。
1.巡检仪
图1-1-1
HDGC3920蓄电池监测系统标准配置可以实现下面功能：
-在线监测单体电池电压、单体内阻、单体电池温度、组压、充放电电流及环境温度；
-超限时自动告警；
-现场显示功能；
-设备带数据保存功能，并可通过RS485或网络口上传数据；
-带两个干接点输出。
可选功能：
-5.7英寸显示屏；
-将UART转成RS485的转换器。
二、设备组成及各模块说明
2.1设备组成
编号
图片
名称
1
■
TA模块
收敛模块
2
3
TC模块
4
电流互感器
5
O
TA测试线
6
O
TC测试线
7
O
TA通信线
8
1
电源线
可选部件：
编号
图片
名称
1
监测单元
2
■
转换器
TA模块采集每节电池的电压、内阻与温度，TC模块采集电池组的充放电电流与环境温度，通过UART总线互连后接到收敛模块上，收敛模块通过串口或网络口接到后台服务器上，实现远程集中
管理。
系统拓扑图如下：
图2-1-1
2.2TA模块
TA模块能监测单只电池的电压、内阻与温度，并通过通信口将数据上传给收敛模块，TA模块本身不具备告警判断功能。
TA模块由电池供电，2V模块最大功率小于0.15W，12V模块小于0.25W。
需要注意的是，2V模块只能用在监测2V的电池上，12V也一样，否则会损坏模块，接口说明如下图。
（1）
（2）（3）（4）
图2-2-1
编号
名称
说明
⑴
J1口
接电池正负极。
⑵⑶
COM1/COM
2口
这两个口内部并列，为UART口，用于TA模块间通信级连用。
⑷
指示灯
为黄绿双色LED灯，绿灯为电源灯，黄灯为通信灯。
2.3收敛模块
收敛模块可以从TA模块中逐个读取电压、内阻与温度值，并进
行分析处理与显示，一个收敛模块最多可以监测六组电池，具体功
能如下:
a、轮巡读取每个TA模块测得的电池电压、内阻与温度值；
b、带LCD显示，可查询实时监测数据及历史告警记录；
c、可设置上下限值与运行参数；
d、自动告警功能，告警时LED灯亮，蜂鸣器响，同时对应干接点闭合；
e、带一个RS485口与一个网络，可接入到上位机。
（1）
（2）（3）
⑺0®
⑷⑸⑹⑻⑼AD（0
图2-3-1
编号
名称
说明
⑴
LCD显示屏
两行中文显示，122X32。
⑵
按键
共4个按键，Esc”为退出键，“▲”“▼翻页键，Enter”为确认键。
⑶
指示灯
P为电源灯，通电后常亮；USB亮时表示设备有故障；E1亮时表示有通信故障，E2亮是表示电池告警；R1/T1为COM1的数据收发灯，接收到数据时R1亮，发送出数据时T1亮，R2/T2、
R3/T3、R4/T4、R5/T5分别对应COM2、
COM3、COM4与COM5。
⑷
接地点
接机房地。
⑸
电源开关
控制收敛模块电源输入。
⑹
电源输入口
85〜264VAC输入，模块消耗功率最大不超过
15W。
⑺
数字量输入
口
IN1、IN2,可输入两个外部数字量
⑻
干接点
J1为设备或通信告警，J2为电池告警，
DC220V/1A
⑼
COM5口
数据上传口，接上位机，RS485,5脚为正9脚
为负，波特率为19200BPS。
⑽
LAN口
可直接接入LAN网络，支持MODBUS/TCP与
SNMP协议。
（11）
COM1A〜
COM4A口
接TA模块与TC模块，一个端口最多支持240个模块，总共最多支持960个模块。
（12）
COM1B〜
COM4B口
12V电源输出口，3脚为+,4脚为-,1、2脚为空。
2.4TC模块
TC模块能监测一组电池的充放电电流与一个环境温度，可通过UART口与收敛器进行通信，一组电池需要一个TC模块，接口说明如下图。
图2-4-1
编号
名称
说明
⑴
J1口
接电流互感器与环境温度传感器。
⑵
指示灯
为黄绿双色LED灯，绿灯为电源灯，黄灯为通信灯。
⑶⑷
COM1/COM
2口
这两个口内部并列，为UART口，用于与TA模块与转换器间通信级连用。
⑸
VIN口
电源输入口，DC8-13V，左正右负，由收敛模块供电，最大功率小于2W。
⑵⑶⑷⑸
2.5转换器
转换器仅用于不带收敛器直接将TA模块接入到第三方系统时采用，作用是将UART口转换为RS485口。
一般每130个TA模块需配置一个转换器，接口说明如下图。
（1）
（2）（3）（4）
图2-5-1
编号
名称
说明
⑴
通信电源口
四芯，接收敛模块的COM1或COM2口，从
左到右为B、A、+、-，B为RS485的-，A为
RS485的-，波特率为9600BPS,+/-为
DC12V电源的正负输入，最大消耗功率为
0.3W。
⑵
指示灯
LED灯，绿灯为电源灯，黄灯为通信灯。
⑶⑷
COM1/COM
2口
这两个口内部并列，为UART口，用于与TA模块级连用。
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