20MW风电场站储能方案.docx

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xxxx风电场站储能方案

20XX年5月

目次

一项目概况 3

二风电场储能系统简介 3

2.1储能电源侧作用 3

2.2经济意义 4

三储能系统设计 4

1.1储能系统的构成 4

2.2电池系统方案 5

3.2. 1电芯介绍 5

4.2. 2电池箱设计 5

5.2. 3电池子系统设计 6

6.2.4电池系统设计 6

7.3电池管理系统方案 6

8.3.1系统拓扑 6

9.4电气系统方案 7

10..1直流配电柜 7

11.4.2储能变流器 7

12..3系统功能 8

13.热管理系统方案 9

14.5.1风道设计 9

15..2温控策略 10

16.消防系统方案 11

17.7其他 12

18..1系统防雷设计 12

19..2系统接地设计 12

20.7.3系统应急设计 12

3.7.4视频监控设计（可选） 12

四能量管理系统方案 13

21.1控制系统方案 13

22.1.1控制器 14

23.1.2SCADA监控主机 15

24.2储能运行控制 18

25.3储能保护策略 19

一项目概况

根据《XXXX风电场站项目规划报告》，现配置风电场相应储能系统接入方案。

风电场储能系统接入方式为电源交流侧35KV集中接入，采用集装箱式锂电池储能系统，协同风电场原监控系统接收上级调度，达到短时功率波动平滑，调频调压，电能质量补偿等快速响应的作用。

如图所示：

图1.1风储联合发电系统结构示意图

一风电场储能系统简介

随着电力工业发展，新能源大规模接入，输配电系统面临提高系统可靠性，稳定性，改善电能质量，预防停电的要求，而储能是最佳解决方案。

2.1储能电源侧作用

储能系统在风电电源侧的主要作用有以下几个方面：

（1）平滑输出。

风电站系统中，风电输出功率曲线与负荷曲线存在较大差异，而且均有不可预料的波动特性，通过储能系统的能量存储和缓冲使得系统即使在负荷迅速波动的情况下仍然能够运行一个稳定的输出水平。

要达到平滑输出的效果，储能系统的容量就比较小，而对系统的数学模型算法，控制模式和响应速度会要求较高。

（2）辅助服务。

储能系统可以在电网系统调峰，调频中使用。

辅助风力发电，使其成为一种部分可调节的电源，提高它们的可控性。

如风电场区域限电则需配置能量型储能系统，保证一定的充放电时间。

（需实地考察重新配置储能）

（3）计划跟踪。

为使风电场实际风电功率符合其上报的日发电计划，需通过一定技术手段减小预测误差。

而基于现有预测技术水平，通过引入电池储能技术将有效弥补风储合成出力与风电功率预测数据之间的固有误差，提高风电跟踪计划出力能力，提高风力风电的可调度性，满足电网调度部门安排的运行方式，制定调度计划的需要，从而实现提高风电的利用小时数。

（4）能量备用。

储能系统可以在风电发电不能正常运行的情况下起备用和过渡使用，如在小风或者无风不能发电时，这时储能系统就起备用和过渡作用。

2.2经济意义

鉴于平滑输出和调频的作用，储能项目建设后，利用储能系统毫秒级响应控制能力以及高的调节精度，将大幅度提高机组AGC调节性能，增加AGC补偿收益，保证机组不会受到AGC考核；对于风功率预测不准，可以用储能来及时调节减少预测功率考核，减少机组调节运行。

•辅助服务一调峰，接受电网调度获得收益；

•平滑功率波动，降低罚款；

•需求侧响应，获得额外收益；

•具备一次调频能力。

三储能系统设计

本项目配置20MW/20MWh储能系统，由16套1.25MW/1.25MWh储能系统组成，分别放置16个40尺集装箱内。

•.1储能系统的构成

储能系统主要由蓄电池（含BMS系统）、储能逆变器和电网接入装置、能量管理系统四大部分构成，系统主要设备包括：

（1）储能电池（含BMS系统）

（2）电池控制柜

（3）储能逆变器

（4）系统的通讯系统装置

（5）系统的防雷及接地装置

（6）设备之间的连接电缆（包括直流侧和交流侧）

按照风电场平滑输出的需求，我司采用集装箱式储能系统配置方案。

储能系统主要由电池及电池管理系统、能量管理系统、直流配电柜、储能双向变流器、智能配电柜、热管理系统、消防系统等组成。

集装箱布局如下图：

图3.1集装箱储能布局图

3.2电池系统方案

3.2.1电芯介绍

本方案选用的电芯为额定容量40Ah,额定电压3.2V的方型铝壳磷酸铁锂电池，额定能量128Wh。

图3.2电芯外形及尺寸图

3.2.2 电池箱设计

电池箱由8P8s组成，额定容量240Ah,额定能量6.144kWh,额定电压25.6V。

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图3.3电池箱示意图

3.2.3电池子系统设计

电池子系统由三列共28个电池模组串联构成，额定容量320Ah,额定能量229.376kWh,额定电压716.8V。

3.2.4电池系统设计

本方案的电池系统由6个单元组成。

每个单元6组电池子系统并联组成，额定容量1920Ah,额定能量1376.256kWh,额定电压716.8V。

每组电池子系统对应一个高压箱，6组电池子系统全部汇流至直流配电柜并联，将汇流后的直流输入至储能变流器。

3.3电池管理系统方案

3.3.1系统拓扑

储能电池系统的BMS分三级管理：

电池管理单元（BMU）、电池簇管理单元（BCMU）和电池阵列管理系统（BAMS）oBAMS负责统一管理，其对应的6个电池子系统分别由6个BCMU管理，每个BCMU管理35个BMU,每个BMU管理6个电芯。

电池管理系统拓扑如图3.3所示。

图3.3电池管理系统拓扑

3.4电气系统方案

1.1直流配电柜

直流配电柜主要用于电池子系统的汇流,即把多个电池子系统汇流然后连接至PCS的直流侧。

同时，直流配电柜配置电池阵列管理系统（BAMS）和触摸屏，BAMS将汇总的电池系统信息通过CAN/以太网传递给触摸屏、储能变流器和能量管理系统，触摸屏用于BMS相关量的设置以及实时显示电池信息。

3.4.2储能变流器

本方案中的储能变流器采用的是模块化储能变流器，模块化设计可以灵活的配置不同的功率等级，并且组装运输方便，易于后期维护。

模块采用三电平电路设计，输出谐波小，效率高，可实现并离网毫秒级切换。

模块化储能变流器的系统拓扑如图3.4所示。

储能变流器直流侧工作电压范围500~850V,交流侧额定工作电压400V,对外提供RS485、以太网通信接口，详细技术参数请参考附件。

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图3.4模块化储能变流器

3.4.3系统功能

BAMS通过以太网将电池信息上传给能量管理系统（EMS）,并接受其指令实现对电池的操作。

BAMS和PCS之间，BAMS和BCMU之间以及BCMU和BMU之间均是通过CAN通信，BMU实现对电池信息的实时采集和运算，均衡功能的控制执行，并将信息上传给BCMU统一管理，由BAMS实现实时显示及对后台的数据传输。

电池管理系统（BMS）的主要功能如下：

•）电池模拟量高精度监测及上报功能

包括电池组串实时电压检测，电池组串充放电电流检测，单体电池端电压检测，电池组多点温度检测，电池组串漏电监测。

•）电池系统运行报警、报警本地显示及上报功能

包括电池系统过压告警，电池系统欠压告警，电池系统过流告警，电池系统高温告警，电池系统低温告警，电池系统漏电告警，电池管理系统通信异常告警，电池管理系统内部异常告警。

•）电池系统保护功能

电池管理系统在电池系统出现电压、电流、温度等模拟量出现超过安全保护门限的情况时，将进行故障隔离，将问题电池组串退出运行，同时上报保护信息，并在本地进行显示。

•）自诊断功能

本电池管理系统具备自诊断功能，在电池管理系统内部通信或与外部通信出现中断故障时，能够上报通信中断告警；另外，针对模拟量采集异常等其他异常也具备故障自诊断、本地显示和上报就地监测系统的功能。

•）均衡功能

本电池管理系统具备均衡功能，通过高效的均衡策略能够很好的维护电池组的一致性。

•）运行参数设定功能

本电池管理系统提供本地和远程两种方式对电池管理系统的各项运行参数进行修改，并提供修改授权密码验证功能。

本地参数修改在电池管理系统本地触摸屏上完成，远程参数修改通过以太网通信完成，电池管理系统提供参数修改使用的通信规约及命令字格式。

参数设定项目包括：

•单体电池充电上限电压

•单体电池放电下限电压

•电池运行最高温度

•电池运行最低温度

•电池组串过流门限

•电池组串短路保护门限

•电池短路时温升过快门限

•本地运行状态显示功能

7）本电池管理系统能够在本地对电池系统的各项运行状态进行显示，包括：

•系统运行状态显示

•电池单体电压/温度查询及显示

•电池组电压/温度查询及显示

•电池组串电流/SOC/SOH查询及显示

•告警信息显示

•保护信息显示

•其他异常信息显示

•事件及历史数据记录功能

8）本电池管理系统能够在本地对电池系统的各项事件及历史数据进行存储，记录超过10000条事件及最少30天的历史数据。

9）电池组串接入/退出运行功能

电池管理系统能够接受储能监控系统对储能单元下发命令，利用功率接触器完成针对每个电池组串接入或退出运行的功能。

10）电池系统容量标定及S0C标定

本电池管理系统系统能够在PCS的配合下进行电池组的全充全放，完成电池系统容量标定以及S0C标定的功能。

3.5热管理系统方案

储能系统不同的应用场景，其四季温差、南北方温差较大，电池的热管理方案的设计主要集中在低温启动环节和高温散热保障电池之间的温差较小，因此内部增加空调冷热系统。

由于本方案的充放电速率为0.2C,并且所有设备安装在室内，可以根据项目所在地全年的温湿度情况和整体运行的最大功耗，配置具有制冷、制热、除湿等功能的空调挂机。

下述内容是较为通用的储能系统热管理方案。

3.5.1风道设计

空调、电池紧贴墙面，空调从顶部送风，设置风道，由近及远，高度逐渐降低（为加大风压），在电池架间隔处开孔，将冷风或热风由上往下引入电池表面。

如示意图3.5所示。

图3.5风道示意图

3 .5.2温控策略

在外部环境温度为一20℃〜0℃情况下，在系统启动前，开启空调制热功能，将整个集装箱室温调整到10℃左右时，空调待机。

在外部环境温度为0℃〜13℃情况下，通过自然散热与空调制冷方式，降低整个系统的温度。

系统启动后，整个系统的温度升温在10℃一20℃之间，即集装箱内部温度高于外部环境温度，通过引入自然冷源的方式即可调节集装箱内部温度。

如果采用自然散热的方式，集装箱内部温度继续升高置25℃以上时，就要启动空调强制制冷方式。

其他情况，如室外环境温度达到30℃左右的高温或系统频繁进行充放电，造成集装箱内部温度骤升,通过自然散热方式无法迅速降低温度。

造成系统内部热量积累，故需要开启空调制冷进行快速降温。

热管理系统的控制策略如图4.6所示，自然散热与空调制冷方式如示意图3.7所示。

图3.6热管理系统控制策略

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图3.7空调制冷与自然散热

3.6消防系统方案

本方案的消防系统是采用七氟丙烷管道自动灭火装置，七氟丙烷（HFC一227ea、FM一200）是无色、无味、不导电、无二次污染的气体，具有清洁、低毒、电绝缘性好，灭火效率高的特点，特别是它对臭氧层无破坏，在大气中的残留时间比较短，其环保性能明显优于卤代烷，是目前为止研究开发比较成功的一种洁净气体灭火剂。

该灭火装置适用于电子计算机房、数据处理中心、电信通讯设施、