刘振宇-基于全生命周期理论的储能电站安全分析0518(1)

基于全生命周期理论的储能电站安全分析 山东电工电气集团有限公司 CONTENTS 目录 储能业务介绍 集团介绍 储能设备选型 BMS系统、运维管控系统 集团介绍 • 经营业绩 • 变压器业务 • 封闭式组合电器业务 • 铁塔业务 • 线缆业务 • 智能装备业务 • 智能配网及电能替代业务 山东电工电气集团有限公司是国家电网公司直属单位，所属企业 20余家 ， 拥有一流的变 压器 、 铁塔 、 电缆 、 智能配网生产线 ， 具有先进的技术研发平台和一流的试验能力 、 完善的 质量保证体系 、 卓越的产品配套和集成能力 。 核心业务包括变压器 、 封闭式组合电器 (GIS)、 铁塔 、 电线电缆 、 智能装备 、 配网产品等板块 。 变压器 铁塔 电线电缆 GIS 配网产品 智能装备 山东电工电气认真服务于“三型两网”大局，坚持以经济效益为中心，推动转型发展、 提质增效、做强做优核心业务，呈现积极向上的发展态势。 2018年，实现营业收入 132亿元， 资产总额 216亿元，新订单 260亿元。 顺应电网发展趋势，加快业务转型升级，取得重大突破。与中国电力科学研究院、山东 大学等科研机构和高校达成长期战略合作，加快高端技术成果孵化。公司成立以来，累计制 定国家、行业等标准 66项，获授权专利 578项，软件著作权 57项，发表科技论文 290篇。 47 项新产品通过国家级鉴定，其中 36项达到国际先进水平。 42项成果荣获省部级奖励。 14项科 技成果在集团转化落地。 2016年以来，智能配网业务实现新签合同 33.55亿元，其中自动调 容调压变压器份额位居同行业之首。 66项 578项 57项 290篇 42项 国家、行业标准 授权专利 软件著作权 科技论文 省部级奖励 经营业绩 研发制造技术达到国际先进水平，在特高压交、直 流变压器和电抗器制造技术上取得重大突破并实现 广泛应用。自主研发的 1000千伏及以下交直流、 全系列变压器、电抗器，年产能 1.85亿千伏安。 世界单厂产能最大的变压器及电抗器制造基地 -济南基地 110千伏、容量 31.5兆伏安移动变电站 变压器业务 锡盟 -泰州特高压直流输电工程± 800千伏换流变压器 实现开关设备全套智能化， 1100千伏 GIS、盆式绝缘子关键技术达到国际先进水平。 1100千伏 GIS年产能 36间隔， 550千伏及以下电压等级 600间隔，是国内具备同类产品生产能力的四家制 造商之一。 榆横 -潍坊特高压交流输电工程 1100千伏 GIS 封闭式组合电器业务 锡盟 -山东特高压交流输电工程济南站 550千伏 GIS 钢管塔和角钢塔年产能 100万吨，承担了世界 最高的舟山 500千伏联网输变电工程二通道 380 米高塔、巴西亚马逊大跨越输电铁塔等供货任 务。 铁塔业务 皖电东送长江大跨越钢管塔 世界最高 --舟山与大陆联网 380米高塔 掌握特高压导线、复合材料芯导线、特种电缆、智能电缆、海底电缆和 500千伏交联聚乙烯绝缘电缆 等多项核心技术。电力电缆年产能 7.9万千米、导线 6.5万吨。 线缆业务 ±320千伏高压直流交联聚乙烯绝缘海底电缆 500千伏交联聚乙烯绝缘电缆 提供以输电线路设备状态管控平台为代表的线路信息 技术开发服务，涵盖在线监测、变电监测、无人机业 务、配电线路车载超声诊断仪、架空输电线路登塔检 修系列装备等领域，是公司输变电在线监测领域的主 要技术支撑单位和标准起草单位。 智能装备业务 绝缘子检测机器人、输电线路图像视频监控装置、在线检 监测装置 -微风振动 电网运检智能分析管控平台 配网超声波检测仪器、轻型智能铁塔攀爬机 山东电工电气在智能配网和电能替代领域产品种类齐 全，是全国具备成套配网解决方案的主要企业之一， 主要产品涵盖智能化节能型变压器及成套台区、电能 质量治理设备、配网自动化、一二次融合智能化设备、 新能源类、智能型开关柜、电能替代类产品等。 智能配网及电能替代业务 智能一体化柱上台区 精细补偿装置 地埋式变压器 智能配变终端 由自动调容调压变压器组成的智能一体化配电台区，是 目前国内先进供电模式的典型，电能质量综合优化装置 和静止无功发生器采用先进的功率半导体技术，可全面 优化配电网的电能质量，充分契合智能化、节能环保、 高可靠性的智能电网需求，广泛应用于江苏、山东、北 京、天津、河南、河北等省公司。创新提出一体化柱上 台变解决方案，基本实现“工厂预制全配套，施工高效 降费用，产品质量可追溯，环境友好无污染”的目标， 为用户提供从设备出厂直接到现场安装的一体化、一站 式解决方案，真正实现台区标准化建设的示范引领。山 东电工电气作为优秀供应商代表被中央电视台邀请参加 大气污染治理煤改电专题记录片拍摄。 地埋式变压器 智能配变终端 地埋式变压器 智能配变终端 储能业务介绍 已建设完成江苏储能一期项目， 承担镇江北山 、 扬中长旺和扬中新坝三个站场建设 ， 规模为 34MW/68MWh。 正在实施的苏州电网侧储能项目 ,含张家港乐余、常熟任阳两个站场建设，总规模为 27.56MW/48.4MWh。 电网侧储能项目作为缓解电网迎峰度夏供电压力的措施，结合电化学储能电站建设周期短、布点灵活 的优势，具有调峰调频、负荷响应、黑启动服务及新能源消纳等作用。 北山储能站 长旺储能站 新坝储能站 工程应用 -储能电站 储能设备选型 • 电芯选型 • BMS选型 • PCS选型 • EMS选型 电芯选型 山东电工电气集团有限公司 15 05 04 03 02 01 安全的电芯 电芯在不同倍率下，持续充放电，温度上升应该控 制在较小范围。 电芯具备较高循环寿命，且循环特性（电压一致性）稳 定可靠，内阻变化率小； 电芯具备较高安全性，在任何条件下都不应该 发生起火、爆炸等恶劣情况。 电芯在运行或长期静止过程中，均应该保持较小自 放电率，否则会引起系统利用率下降的问题。 电芯选型过程中能量密度是一个关键参数，对 于系统成本有较明显影响 。 高安全性 循环特性 温升特性 自放电率 能量密度 BMS选型 山东电工电气集团有限公司 16 05 04 03 02 01 可靠的 BMS 储能系统配置多样化， BMS模块化程度直接影响了 其能否产品化的结果。 储能系统应用中，环境不可控因素巨大， BMS必须适应 各种不同的应用场景； BMS作为储能系统的核心部件，可靠性直接 决定了储能系统的可靠性，因此 BMS应该具 有较高可靠性。 储能系统作为系统工程， BMS是否有丰富的工程经 验，决定了系统产品的稳定性。 储能系统的核心单元是电芯，电芯的数据非常 宝贵， BMS应该具备很强的数据存储能力。 高 可靠性 环境适应性 模块化程度 产品工程化 数据存储能力 PCS选型 山东电工电气集团有限公司 17 04 03 02 01 稳定的 PCS PCS是电池储能系统的吞吐设备， PCS的效率直接影响 了储能系统的效率， PCS应该具备很高的效率。 PCS作为储能系统的核心部件，应该具有非 常高的稳定性。 PCS是功率输出设备，响应速率影响系统方案。 PCS连接电网侧，平抑发电功率波动、改善电 能质量、支撑电网电压和频率，性能影响质量。 高稳定性 高效率 响应速率 高性能 EMS选型 山东电工电气集团有限公司 18 05 04 03 02 01 智能化 EMS EMS内置多个功能模块，应尽量模块化设计，系统 运行调试过程中，可以实时进行追踪调试。 EMS应该高度集成化，以方便于安装部署，调试，测试。 EMS作为储能电站的核心控制单元，其智能 化程度直接影响了系统的性能。 EMS作为调度控制中心，需要较高的实时反应能力， 因此运算速率要求很高。 EMS应该具有较大数据存储能力，保存系统的 关键运行数据。 智能化 集成化 功能模块化 运算速率 存储数据 BMS管理系统、运维管控系统 1.BMS管理系统 • 数据管理 • 控制算法 • 安全算法 ·数据管理 21 • 电池数据是储能系统管理的 基石 ， 强调 实时性 、 连续性 、 全面性 、 可追溯性 ； • 电池全生命数据是运维人员掌握并 分析系统是否正常可控、结算各项 技术指标、故障排查与追溯的主要 手段； • 山东电工电气格外注重 BMS产品的 数据统计与保存，并形成了一套完 备的数据通信与管理机制，为后续 的电站运维与管理提供有力支持； • BMS采样频次为 ms级，异常数据即时检索与上报 • 全系统数据刷新与上报达 1S以内，状态更新快 数据采集与刷新 • BMS内部关键通信，同时采用两种不同类型的通信 接口，有效保证数据连续性； 传输冗余设计 • BMS集成大容量存储器，支持数据上传的同时， 进行本地备份保存； 大数据本地保存 • BMS使用本地电池数据，形成生命周期曲线供上级参 考；，形成电芯寿命衰减分析报告与 SOH分布报表； 本地数据分析与预警 ·控制算法 22 • 经过多年储能项目的应用与积累， 山东电工对于电池管理有着深刻的 理解，针对项目问题形成了一套自 主独特的控制算法与解决方案； • 在具备常规 BMS的基础功能之余， 更注重确保系统长效运行、均衡系 统一致性、标定系统实际容量； • 力求通过 BMS的控制算法，达到对 系统更深层次的使用，挖掘系统潜 能，提高利用率； • BMS采用多级管理，每级主控均可在上级失效时单独运行，保 证系统不会因单点故障导致全面失控； • BMS各级控制器均具备梯次保护能力，预设多等级保护阈值， 完成精细的本地控制与保护 分级管理 +梯次保护 • 具备成熟的主动均衡与被动均衡算法； • 根据项目电芯不同灵活选用不同均衡形式的 BMS； • 有效解决系统电芯容量不一致问题，增加使用容 量 ； 多样有效的均衡方案 • 自动标定，无需系统停机或人为启动； • 依据电压、电流、温度等多维参数，在满充满 放过程中完成实际容量初步标定； • 基于电压、电流、温度等多维参数，导入电池 模型，完成实际容量的再次修正； 电芯标定算法 ·安全算法 23 • 注重电芯安全，在具备 BMS基础保 护功能之余，还考虑温度与容量等 软性保护，保证电芯处于理想工作 环境，减缓衰减，延长使用寿命； • 注重系统安全，以 BMS为总控制器， 控制系统内各部分子系统，完成统 一调度，达成智能保护的目的； • 注重人身安全，兼容多种绝缘算法， 保证系统不漏电，人员不触电，提 高整体安全性； • BMS具备多种接口，支持消防系统、动环传感器、温控系 统、配电照明等多种系统的一体化接入； • BMS具备综合控制能力，可自行分析系统运行状态并控制 各类外部传感器稳定系统，处理突发状况，保证系统安全； 系统一体化控制 • 具备两种不同的绝缘算法； • 自动运算两种算法，选用精度高的结果做输出； • 实时采集系统漏电流，辅助保证系统安全性； 绝缘算法 • 空调、轴流风机、模组风扇全面调度与控制 • 根据实时温度智能更新温控方案，保证系统温 度均衡； • 有效解决电池运行中热失控，保证系统安全； 温控算法 2.运维管控系统 • 运维管理 • 运维管控平台技术 运维管理 山东电工电气集团有限公司 25 05 04 03 02 01 运维管理 根据安全生产工作的规定， 严格执行两票三制，确保 工作的正确性。 制定年度工作计划，使电站 运维工作标准化、规范化。 坚持对人员的安全培训和 技术培训。 对设备运行参数详细记录， 做好运行分析和安全分析 工作。 组织春、秋季安全大检查及 安全生产月活动，编制两措 计划，对现场设备隐患及时 消缺处理。 • 云平台的主要开发目的 —— 以平台为中心，以网络为纽带 ，达到“窥一点 而见全面”的效果，从而做到真正的简单监控，优化运维，方便安全。 • 云平台的主要开发思想 —— 监控是基础，数据是核心，服务创造价值 运维管控平台展示 26 运维管控平台技术一 27 05 04 03 02 01 智能化平台 • 采用模块化设计，各界面、图表、 功能显示可配置，根据现场需要灵 活搭配。 • 所有电站集成化管理，按照地域与树状 图拓扑逐级细化访问，操作简单。 • 支持市面上主流协议，获取数 据手段多样，支持各类系统的 接入 兼容性强 电站集成化 功能模块化 全方位监控 收益统计 • 储能电站的全设备的监控 • 数据、指令、环境、事件全方面的监控 • 容灾备份、故障恢复全天候的监控 • 多类型的收益计算模型 • 多精度的收益统计模型 • 大数据分析，多收益的预测用电模型 运维管控平台技术二 28 04 03 02 01 智能化平台 智能分析 全生命周期回顾 UI交互 平台架构 • 简洁操作，科技感十足的用户交互界面。 • 所有电站拓扑，设备的实时数据、运行状态的 展示。 • 所有设备的历史数据的可追溯。 • 事件追溯和日志的检测 • 分布式架构、负载分离，前后端分离，保证 设备的吞吐量。 • 高性能的消息队列和通讯模型，保证通讯反 应速率。 • 数据库集群和读写分离，保证数据的准确性 和容灾性 • 故障实时检测，实时的预警和修复 建议通知。 • 故障检测，设备健康度的分析。 • 隐患预警，提升运行效率和降低维 护成本 • 数据检测颗粒度低，电芯的数据检测。 • 存储间隔秒级 • 存储时间最长可达 5年 运维管控平台技术三 29 04 03 02 01 远程运维 远程登录 远程升级 远程维护 远程控制 • 支持系统一键自检 • 支持系统一键停机维护，完毕后自主运行原策 略 • 支持系统维护策略一键更新替换 • 可随时远程干预系统策略执行 • 支持随时更新执行策略 • 可下发单点控制命令控制任意单一设备 • 具备权限管理，保证安全性 • 具备云平台与 web两种登录方式 • 随时登录，随时退出，方便快捷 • 系统 BMS设备一键升级 • 支持断线续传与版本回退，保证安全