储能国际峰会-许继-陈世锋V1.01-20190517(1)

— 1 — 百兆瓦时级储能系统集成 技术研究与实践 2019-05 Version 0.1 许继集团有限公司 陈世锋 — 2 — Contents Page 目录页 一 概述 二 储能系统技术路线 三 储能系统设计方案 四 储能系统安全设计 五 供货业绩 — 3 — Contents Page 目录页 1 项目背景 — 4 — 第二章 执行力缺失原因换流阀原理1 项目背景 • 工程规模：电源总装机 70万千瓦 风电： 40万千瓦 光伏： 20万千瓦 光热： 5万千瓦 储能： 5万千瓦 • 风电、光伏和光热通过 35kV集电线路 接入 110kV升压站送至 330kV汇集站 并网；储能电站就地升压至 35kV后通 过光伏电站 35kV母线送至 330kV汇集 站。 — 5 — 第二章 执行力缺失原因1 项目背景 海西州多能互补集成优化示范工程为国家首批多能互补集成优化示范工程中第一个正式开工 建设的多能互补科技创新项目 国内最大的电源侧集中式电化学储能电站； 国际最大的虚拟同步机电化学储能电站 ； 世界上容量最大的“风光热储调荷”虚拟同 步机示范工程 ； 首个电源侧接入的百兆瓦时级集中式电化学 储能电站。 — 6 — Contents Page 目录页 2 储能系统技术路线 — 7 — 第二章 执行力缺失原因换流阀原理2.1 储能电站运行状态分析  储能电站功能分析 光伏、储能、光储联合的功率变化曲线图 平滑功率 波动 • 出力波动影响系统稳定运行 • 制定相应的平抑控制策略 跟踪计划 曲线 •风光、光热发电预测、负荷预测 • 储能电站功率及容量参与 • 制定最优的控制策略 削峰填谷 • 快速下发控制策略 • 解决弃风弃光 虚拟同步 • 频率控制 • 电压控制 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 290 300 310 320 330 340 350 风光储出力（MW ） 时间/s 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 49.7 49.75 49.8 49.85 49.9 49.95 50 频率（Hz ） 现有技术 虚拟同步发 电机技术 电网频率 — 8 — 第二章 执行力缺失原因2.2 储能容量配置分析  针对新能源出力波动的储能容量配置 光伏发电波动率抑制到 10分钟波动率大于 10%的概率为 3.5%时，需配置 30MW储能； 光伏发电波动率抑制到 10分钟波动率大于 10%的概率为 3%时，需要配置 40MW储能 光伏发电波动率抑制到 10分钟波动率大于 10%的概率为 2%时，需要配置 50MW储能。 青海省光伏出力波动 平滑光伏出力波动时，储能配比与波动率的关系 但是配置储能功率 50MW以上时，波动率抑制 的效果越来越不明显。而从配置时间和平滑 效果考虑， 储能配置时间为 1分钟 ~3h，可将 光伏发电波动率抑制到一定范围内，即在大 部分时间段，光储联合发电的 10分钟波动率 小于 10%。 — 9 — 第二章 执行力缺失原因2.2 储能容量配置分析  跟踪计划出力的储能容量配置 没有配置储能时，光伏实际出力与跟踪计划出力的偏差概率分布图 光伏发电实际出力偏差在 10%及以上的概率为 9.1%，光伏发电实际出力偏差在 20%及以上的概 率为 3.5%。光伏发电实际出力偏差在 30%及以上的概率为 1.5%。可见，光伏发电在没有储能 的辅助下，跟踪计划出力的能力较差。 — 10 — 第二章 执行力缺失原因2.2 储能容量配置分析  跟踪计划出力的储能容量配置 储能配比为 25%(50MW/50MWh)时，光伏实际出力 与日前出力计划偏差概率分布图 储能配比为 25%(50MW/75MWh)时，光伏实际出力 与日前出力计划偏差概率分布图 储能配比为 25%(50MW/100MWh)时，光伏实际出力 与日前出力计划偏差概率分布图 储能配比为 25%(50MW/125MWh)时，光伏实际出力 与日前出力计划偏差概率分布图 — 11 — 第二章 执行力缺失原因2.2 储能容量配置分析  储能容量配置 储能容量（时间）配置比例分别为 0.5h， 1h， 1.5h, 2h, 2.5h, 3h时，光伏实际出力与日前出力计划偏差概率分 布图 储能功率配置分别为 40MW、 50MW、 60MW时，光伏 实际出力与日前出力计划偏差概率分布图 综上所述，在青海海西多能互补示范工程中，储能功率配置 50MW、时间为 2h时，储能系统 可满足一次调频、平滑新能源发电出力、跟踪计划出力、削峰填谷等多种应用需求。 — 12 — Contents Page 目录页 3 储能系统技术方案 — 13 — 第二章 执行力缺失原因换流阀原理3.1 系统集成方案 系统主要包含 50个 1MW2MWh储能子单元，每个 1MW 2MWh的储能子单元包含： 2台 500kW储能变流器、 2个 500kW1MWh储能电池单元等。采用预制式结构和一体化环境安全 监测控制技术，模块化设计，减小占地面积，灵活快速部署。 35 k V 母线 2500 kVA 35 kV / 0 . 38 kV 1 MW / 2 MWh 子单元 监控主站 数据服务器 打印服务器 G P S 校时 就地 监控 就地 监控 1 MW / 2 MWh 子单元 2500 kVA 35 kV / 0 . 38 kV 1 MW / 2 MWh 子单元 就地 监控 就地 监控 1 MW / 2 MWh 子单元 2500 kVA 35 kV / 0 . 38 kV 1 MW / 2 MWh 子单元 就地 监控 就地 监控 1 MW / 2 MWh 子单元 — 14 — 第二章 执行力缺失原因换流阀原理3.1 系统集成方案 单个 1MW/2MWh储能单元由 2个 500KW/1000KWh子单元组成，共计 12个 186kwh电柜、 2 个汇流柜、 2个控制柜、 2台 500kW PCS及 1台监控柜 。 No. 项目 参数 1 直流侧总能量 2MWh (@25℃ ) 初始容量 2 直流侧额定电压 716.8V 3 直流侧工作电压 627.2V-817.6V 4 额定充电功率 1MW @25℃ 5 额定放电功率 1MW @25℃ 6 工作温度 充电 0~55℃ ；放电 -20~55℃ 7 存储温度 -30℃ ~60℃ （若长期存放建议50%SOC、 0~25℃ ） 8 安装方式 集装箱式 9 通讯 CAN/RS485 10 均衡 主动均衡 — 15 — 第二章 执行力缺失原因3.2 储能变流器  MW级储能变流器 ◆ 四机并联，额定功率 2000kW ◆ 交流内外取电无扰动切换设计 ； ◆ 效率最高达 98.5% ◆ 具备低电压穿越、高电压穿越、多级并联、虚 拟同步机等多种功能 ◆ 高效散热系统、极强温湿度适应能力； ◆ 模块化设计、接线简单、可靠性高 ◆ 支持多种通讯规约，方便对上、下通讯 ◆ 过载能力强， 110%功率能长期连续运行，高 海拔不降容 3 ～ LCL 滤波器 三电平变流器 EMC 滤波器 直流 配电 单元 交流 配电 单元 3 ～ LCL 滤波器 三电平变流器 EMC 滤波器 直流 配电 单元 交流 配电 单元 DC 500V ~ 850V DC 500V ~ 850V MW 级储能系统集中控制单元 监控 系统 — 16 — 第二章 执行力缺失原因换流阀原理3.3 电池成组及 BMS管理系统  电池箱设计 电箱的设计是进行电芯的串联设计，本系统电箱选择 1P14S No. 单体电池 260Ah, LFP 1 电池串并联 1P14S 2 标称电压 44.8V 3 电压范围 39.2V~50.4V 4 配置能量 11.6kWh@0.5C，25℃ 5 工作温度 -20℃ ~55℃ 6 重量 约 95kg 7 尺寸(W× D× H) 516*690*234mm — 17 — 第二章 执行力缺失原因换流阀原理3.3 电池成组及 BMS管理系统  电池柜设计 本项目电柜主要安装 16个电箱、 1个主控箱 No. 项目 规格 1 标称电压 716.8V 2 标称容量 260Ah 3 电压范围 627.2V~806.4V 4 能量 186kWh 5 电池箱 16pcs 6 主控箱 1pcs 7 隔离开关 1pcs 8 工作温度 充电 : 0℃ ~55℃放电 : -20℃ ~55℃ 9 重量 约 1.8T 10 尺寸 (W*D*H) 1200*725*2300mm — 18 — 第二章 执行力缺失原因 均衡后（放电） 3.3 电池成组及 BMS管理系统  电池均衡维护 • 可实现任意单体之间的能量转移 ，并通过直流母线实现箱间均衡 • 双向能量转移，效率可达 80% • 双向均衡电流 5A — 19 — 第二章 执行力缺失原因换流阀原理3.3 电池成组及 BMS管理系统  1000kWh储能电池单元系统电气原理图 1000kWh的储能电池单元由 6个电池柜组成，每个电池柜 186kWh， 6台电池柜的直流端口并 联后与 500kW的储能变流器相连。 … … … 1# MCU 2# MCU 14# MCU 2# BMU … … … 1# MCU 2# MCU 14# MCU 3# BMU … … … 1# MCU 2# MCU 1# BMU … … … 1# MCU 2# MCU 14# MCU 5# BMU … … … 1# MCU 2# MCU 14# MCU 6# BMU PCS PCS 控制器 BMS 总控单元 汇流柜 14# MCU — 20 — 第二章 执行力缺失原因换流阀原理3.4 大数据管理平台  监控及运维控制技术 输出功率跟随误差小于 1.5% ◆ 支持百万数据量接入； ◆ 动态自适应损耗计算技术 ◆ 设备状态识别的功率分配算法； ◆ 根据不同的电压 /无功控制要求配置不 同的多无功源协调控制方法； 电压控制误差小于 1%。 储能电站调度系统 储能协调控制器 AGC/AVC控制 一次调频调压 PCS PCS PCS PCS — 21 — 第二章 执行力缺失原因换流阀原理  监控及运维控制技术 智能储能电站采用 “ 无人值守 、 少人值班 ” 的设计原则 ， 配置储能电站管理系统及智能区域 集控中心 ， 采用 “ 集中运行 、 远程诊断 、 实时维护 ” 的运维模式 ， 实现全站的智能化 、 高效化的 运维管理；智能运维提高设备可用率 、 提高可利用小时数 。 传统运维 人员值守 设备维护 日常巡检 电网调度 智能运维 远程集控平台 大数据挖掘技术 状态检修专家系统 标准化流程体系 评估检测 自动化设备 3.4 大数据管理平台 — 22 — 第二章 执行力缺失原因换流阀原理3.4 大数据管理平台 — 23 — 第二章 执行力缺失原因3.5 集装箱设计方案  集装箱布局 1MW*2MWh的储能单元 布置在 1个 40尺标准集装箱内，集装箱尺寸为 12192 mm (L) X 2438 mm (W) X 2896 mm (H)集装箱 。 每个储能单元由 2个 500KW/1000KWh子单元构成 ，包含 12个 183kwh电柜、 2个汇流柜、 2个控制柜、 2台 500kW PCS及 1台监控柜。 — 24 — Contents Page 目录页 4 储能系统安全设计 — 25 — 第二章 执行力缺失原因 1、 电池选型及电池成组设计： 电芯和电池模组的各项性能符合国标 《 GB/T 36276- 2018 电力储能用锂离子电池 》 的要求； 系统设计中如何避免电池出现问题 2、 集装箱系统设计： 热设计 、 机械应力设计 、 一致性设计等； 3、 预警及联动设计： 电池预警及联动设计； 4、 灭火系统设计： 精准的定位； 灭火介质选择 ； 快速的响应 ； 抑制复燃 。 4.1 设计原则 — 26 — 第二章 执行力缺失原因4.2电池成组安全设计  电芯的选择 ◆电芯，不起火，不爆炸，安全 性更高； ◆电池 通过穿钉，短路，过充， 过放，高温，挤压等安全验证试 验； ◆电芯满足国标中关于热失控 的 相关 要求 ； ◆新国标的相关认证工作。（ GB∕T36276-2018电力储能用锂 离子电池） — 27 — 第二章 执行力缺失原因4.2电池成组安全设计  电池模组的设计 ◆ 激光焊接 汇流排 ， 低阻抗 、 高强度； ◆ 专用线束集成板 ， 防止线束损坏引起短路； ◆ 电芯采用绝缘膜包覆壳体 ， 电极和 汇流排 采用 塑料卡槽设计 ， 防止漏电； ◆ 所用材料满足 V0-阻燃等级； ◆ 电箱能够满足国标中关于热扩散的要求； ◆ 电池箱设计时 ， 充分考虑其强度 ， 通风能力及 电芯连接部分在任何情况下不会短路 。 ◆ 预留气液进口 。 — 28 — 第二章 执行力缺失原因4.2电池成组安全设计  电池柜的设计 ◆结构安全 、 可靠 ， 具有足够的机械强 度 ， 保证元件安装后及操作时无摇晃 、 不变形； ◆按照 UN38.3锂电池运输要求进行测试 和仿真 ， 保证长距离的运输安全 ； ◆柜内电箱两侧拥有风道 ， 电箱前部拥 有风机 ， 保证电池的温度一致性 ， 电 芯温差控制在 5℃ 以内； ◆电池柜及电箱后部预留有消防进气 /液 接口； ◆高低压及信号线分开不同线槽 ， 避免 干扰和 确保安全 。 — 29 — 第二章 执行力缺失原因4.3储能系统热设计及强度设计  集装箱机械强度设计 ◆箱体经过受力分析，变形量不超过 1mm，应力 变形不超过材料的屈服强度； ◆满足 40吨的成套设备的吊装和运输要求 ； ◆箱体 采用 底部 八点起吊 、顶部加吊杠 的吊装方 式 ，起吊点的位置通过计算保证吊装时的平衡 ； ◆箱体底座载重能力符合电池系统要求。 — 30 — 第二章 执行力缺失原因4.3储能系统热设计及强度设计  箱体防爆措施 ◆设置防爆型通风装置、 防爆照明灯具 和 防爆开关 ； ◆投切储能电池簇用的继电器，采用防爆型； ◆集装箱设泄压口，用于箱内电池发生火灾时泄压，设 置在箱体上部，采用爆破式或常闭翻板式 ； ◆集装箱墙壁采用高强度瓦楞钢全焊接而成； ◆集装箱的防火门按甲级防火门设计 。