安全智慧型用户侧储能系统设计和应用
安全智慧型用户侧储能系统 设计和应用 中天储能科技有限公司 目录 Contents 一 二 三 主要亮点 四 产品系列介绍 五 企业介绍 电网/用户侧成果 新型用户侧储能 一、电网侧成果 大港 16MW/32MWh 一、电网侧成果 当前网侧储能电站建设情况 镇江东部电网一期：建山 5MW/10MWh（ 10KV接入），丹阳 12MW/24MWh（ 35KV接入），大港 16MW/32MWh（ 10KV接入）， 2018年 7月并网运行 。 河南电网二期储能系统中天供应：平顶山趔山变，安阳汤阴变，郑州潘庄变，每个站四台电池集装箱，合计十二 台集装箱，每个站 6MWh，总计 18MWh； 2018年 12月底并网运行 。 湖南电网长沙一期储能示范工程：芙蓉变站房式储能电站 26MW/52MWh； 2019年 4月 23日并网运行 。 大港储能站 丹阳储能站 平顶山储能站 长沙芙蓉储能站 一、电网侧成果 镇江项目：缓解谏壁电厂燃煤机组退役对镇江东部地区 2018年夏季高峰期间用电的影响， 项目建成后，可在每天用电高峰期间提供电量 40万千瓦时，满足 17万居民生活用电。此外，该储 能电站还能发挥 AGC、 AVC、一次调频、源网菏紧急控制等作用，为缓解用电高速发展与电网高质量 发展带来的电力供需矛盾提供了新的绿色手段。 该项目电站还接入了国网江苏电力近年来建设的“大规模源网荷友好互动系统”，将其升级为 “源网荷储”系统，更加有效地保障大电网安全。 储能站统调网供受电效果 储能站 AGC效果 一、电网侧成果 自去年 6月 21日几个站相继投运以来， 7、 8两 月主要为迎峰度夏做 AGC功能：两充两放 充电： 02:00~05:00 11:30~13:00 放电： 10:00~11:00 21:00~22:30 9月 1日开始： AGC时间段调整为：一充一放 充电： 01:00~04:00 放电： 14:00~16:00 增加一次调频投入（调频区域按照 ±0.05Hz） AVC功能使用（不影响 AGC前提下，优先站内 SVG+PCS30%无功） AGC运行曲线（固定时段） 一次调频动作 一、电网侧成果 “源网荷”实际效果： 符合“源网荷”功能要求，江苏省 网要求 PCS满功率充放电转换时间 小于 100ms，建山站实测时间为 42ms，优于省网要求，行业领先。 “AGC”实际效果： 江苏省网要求，从省调发 AGC调度指 令经 EMS到 PCS响应指令时间小于 400ms，丹阳站实测响应为 240ms， 远优于省网要求，性能优越。 镇江建山站“源网荷”功能实测数据 镇江丹阳站“AGC”功能实测数据 一次调频”实际效果： 符合“一次调频”功能要求，中天昱品 PCS 频率识别精度达到 0.002Hz，调频 响应时间 实测为 150ms。精确响应电网频率波动， 远远高于发电厂频差死区最小值 0.033Hz， 调频响应时间小于 200ms的要求 。 一、电网侧成果 建山电站运行情况 建山储能站运行情况 建山储能电站：2018年6月21日，建山储能项目完成交付，运维人员正式接手建山 储能电站运维工作。截止2019年4月1日9:40分，建山储能电站总充电量为2801.244MWh； 总放电量为 2482.674MWh.充放电效率为： 88.63% 丹阳储能站运行情况 丹阳储能电站：2018年7月20日，丹阳储能项目完成交付，运维人员正式接手丹阳储 能电站运维工作。截止2019年4月1日9:40分，丹阳储能电站总充电量为8725.07MWh；总 放电量为 7763.12MWh.充放电效率为： 88.97% 丹阳电站运行情况 大港变电运行情况 大港储能电站：2018年8月3日，建山储能项目完成交付，运维人员正式接手建山储 能电站运维工作。截止2019年4月1日9:40分，丹阳储能电站总充电量为9792.27Wh；总 放电量为 8571.78Wh.充放电效率为： 87.53% 大港电站运行情况 一、电网侧成果 实现储能电站内 EMS、 PCS和 BMS之间通讯采用双网口 61850通讯，可 实现毫秒级电源相应， AB网口互为备份，保证全站数据正常不间断通 讯； 实现全站全自动对点， 全站 3000+点位一键自动对点，省去调度和设备 厂家繁重的对点工作； 实现所有电池室的过流温度红外检测，确保每一个电气连接点接触可靠； 实现全站智能化控制， AGC随动时延从 3秒提升到 1.5秒 内，系 统更实现 了储能电站的实时“问诊”，针对全站展开 SOC维护、诊断预警、全景 分析等多维度能量管理； 首次在储能电池恒功率充放电曲线的基础上，加入充电首末拐点降功率 策略，使 SOC运行曲线更为平滑，利于调度单位选择储能电站运行区间， 可使储能电站出力最大 化； 在省电科院的带领下克服重重困难从安装完成到成功并网仅用时 15天的 时间。 电网侧首次采用全室内布置 一、用户侧案例 案例一 协鑫智慧能源（10MWH锂电）分布式储能示范项目 系统概况： 系统由 8个 250kW/1.25MWh的子系统组成，共计 10MWh， 通过升压变压器后在 10kV侧并网； 站房采用两层钢结构设计，配有暖通系统，保证了系统运行 温度的可靠性； 接入配置线路保护、频率电压紧急控制等保护装置； 运行策略一充二放； 削峰填谷和需求响应服务有效缓解电网夏季高峰用电压力； 可作为备用应急电源提高厂区供电可靠性； 整个系统转换效率 86~90%。 一、用户侧案例 案例二 中天河口6MWh储能电站示范项目 系统概况： 系统由 3个 500kW/2MWh的子系统组成，其中， 1个子系统接入到一台 630kVA升压 变压器，另外 2个子系统接入到一台 1250kVA双分裂升压变压器，升压至 10kV并网； 采用集装箱集群式布局（ 6台 40HC集装箱和 1台配电 40HC箱），美观简洁，既能减少 用地面积，又能减少基建成本； 运行策略二充二放； 用于中天本部园区 10kV侧削峰填谷和负荷跟踪，同时与光伏相结合，有效平滑光伏输 出，提高电能质量； 整个系统转换效率平均 86~91%。 一、用户侧案例 案例三 500kWh移动储能项目 系统概况： 该项目与深圳聚能优电合作打造的移动式集装箱储能系统， 应用于深中通道（类似于港珠澳大桥，深中通道是第二大桥， 是深圳到中山的大桥）上面配合柴油机使用的场景； 系统可根据需要随时吊装移动，灵活性高； 柴油机发电优先供设备负载，余电进储能系统； 设备负载峰值柴油机和储能系统同时出力； 柴油机加油期间由储能系统供电； 具备并离网切换功能。 二、新型用户侧储能 用户侧我们又开始折腾了 中天用户侧第一次折腾——中天智能光储充一体化示范项目 该项目是 2016年 9月 26日江苏省经信委批复的示范项目。系统配置既可并网运行，实现削峰填谷功能；又可实现离网式 运行，利用光伏发电储能，充电桩利用储能电满足汽车充电需求。 项目安装了国网第一块储能计量表，是首个按照国网江苏省电力公司《客户侧储能系统并网管理规定》流程执行的项目。 项目配套的能量管理系统，实现了发电、负载、储能系统的数据采集与管控，并与国网省、市电力调度中心数据共享。 1MWh集装箱式储能系统、由1290块高效光伏组件集成的0.38 兆瓦光伏车棚 85套智能交/直流充电桩用于各类型电动大巴及乘用车的 快慢速充电 二、新型用户侧储能 用户侧的又一次折腾 南通科创中心 1MW/5MWh光储充（并离网）型用户侧储能示范项目 二、新型用户侧储能 系统拓扑 本项目计划在中天新能源 园 南通科创 中心 内 建设一个光 、储、 充一体化微电网 系统 ， 利用能源管理系统对光伏 、 储能和 负载进行能源调配 ， 发挥储能系统的削峰 填谷及稳定维护功能。 三、主要亮点 亮点1：体积能量密度的提升 项目 规格 型号 E0121-A1 E0121-B1 E0121-B2 箱体类型 20HC标准柜 40HC标准柜 40HC标准柜 配置 含设备舱 +电池舱 含设备舱 +电池舱 仅电池舱 功率 100-250kW 250-500kW / 电量 0.7MWh 2.1MWh 2.6MWh 选配 外置屏 外置屏 / 注：储能集装箱系统包含集装箱本体、保温系统、监控系统、消防系统、照明系统、空调暖通系统及电池柜槽钢底座等。 三、主要亮点 亮点1：体积能量密度的提升 项目 规格 备注 串并联方式 240S4P 240S2P 单元箱数量 20 10 高压盒数量 1 1 标称电压 768V/600-876V 标称容量 344Ah 172Ah @25℃ 标称电量 264kWh 132kWh @25℃ 外形尺寸 670×700×2260mm ×3 670×700×2260mm ×2 重量 2350kg 1250kg 持续充放电倍率 0.5C 1C 转换效率 ＞ 93% ＞ 93% @25℃/0.5C 充放电深度 80%D0D 80%DOD @推荐 工作温度 充电 5℃ ~ 45℃ 放电 -20℃ ~ 55℃ 三、主要亮点 亮点2：三级管理+电气安全设计 BAU BCU BMU 电池堆通断 电池簇通断 新增簇内继电 器和熔断器 簇间通断 多级架构的通信和控制切断模式，确保异常情况下可将系统分切为小于 380V的小单元 ; 双向主动均衡技术可实现系统内的任意单体电池间的能量转移，无箱间均衡之虑，均衡电流± 2A，可充可放，可靠性高、 抗干扰能力强，能够大幅改善成组电池的一致性、可用容量、电池寿命 ; 新增就地数据黑匣子，确保在异常情况下，保留近期电池运行数据供事故分析。 数据黑匣子 三、主要亮点 亮点3：全寿命周期分析 电池诊断分析框架 预测SOH/RUL •在线余能 •劣化趋势 •退役时间 •剩余价值 建立模型 电化学或电路模型 统计预测 机器学习 蒙特卡罗 •在线余能 •劣化趋势 预测SOH/RUL 可靠性先兆： •高温热失控 •低温锂枝晶 • SEI膜 预防性诊断 一致性分析： •电压 •阻值 • SOC 预测退役时间、 剩余价值 预测有效维保后的 退役时间 预防性诊断： •一致性 •可靠性 •安全性 维保手段： •策略调整： 充放电阈值 和倍率 •电池修复： 改善系统 SOH / RUL 电池出厂劣化表 SOH工况评估表 数据优化 电池出厂数据 电池在线数据 数据 收集 数据 平台 数据分类 数据清洗 数据预处理 行为分类 数据清洗 数据统计 大数据分析 三、主要亮点 亮点4：智能预警集控单元 智慧安全 集控单元 气体 探测 气体 探测 气体 探测 RS485/CAN 图像 探测 告警 RS485 图像 探测 告警 BMS 通风风机 声光告警 备用输出 HMI 直流控制 RS485 / CAN 干接点 干接点 干接点 干接点 强制启动 紧急停止 烟感温感 备用输入 空调 RS485 EMS MODBUS / 61850 智 慧安全 集控单元汇总消防和动环探测信息 ， 具备数据存储 、 数据通信 、 数据 诊断与 显示功能 ， 具备消防判断 、 声光告 警及启动消防等功能 。 所有消防联动控制均可由智 慧安全 集控单元发出 ， 并可向 EMS、 就地监控 、 BMS等设备传输信息和 发送控制指令。 系统汇总电池储能系统中所有的消防监控信息，便于优化系统控制，实现各系统高效联动控制，提高系统的安全性。 三、主要亮点 亮点5：多层级消防保障 依据多年储能电站的建设经验以及。从 2018年 9 月由江苏省经研院和电科院牵头联合我公司、郑州大 学和南京消防器材股份有限公司等 6间科研院所及企业， 共同开展电池燃烧试验、灭火介质研究及验证和储能 电站消防设计研究工作，并配合设计储能电站的细水 雾消防方案，将电站安全等级再提高一个层级。 气体灭火 电控排风机 消防主机 可燃气体探测装置 水消防接口 消防中心 一级措施 二级措施 三级措施 消防水池 储能集装箱 储能集装箱 储能集装箱 储能集装箱 储能集装箱 泵 储能集装箱 储能集装箱 储能集装箱 储能集装箱 储能集装箱 三、主要亮点 亮点6：高品质长寿命集装箱 堆码试验 单点吊顶试验 箱内载荷 箱顶试验 垂直四点顶试验 联合业内最大的集装箱制造企业（中集）合作打造安全、可靠、长寿命的集 装箱。 箱体承载能力超过 40吨的，箱内地板在任何位置能承受集中载荷： 4000kg/ 平方，箱顶任何 60x30cm区域内，承载 300kg无塑形变形，可满载 45°单点吊顶， 可满足公路、铁路、海运等多式联运要求。 箱体整体漏热性能为 3-4W/m2.℃，提供给箱内设备 15-35℃的温度运行环境。 整体设计寿命长达 15-20年。 三、主要亮点 亮点7：新型EMS满足送调度，具有AGC/AVC功能 主接线图 进线间隔 分系统四遥图 电池信息遥信图 AGC AVC 三、主要亮点 亮点8：逆变升压一体机 用户 侧 用电 侧 RS485 储能变流器 变压器 环网柜 兆瓦级储能升压一体机 测控单元 节点 节点 兆瓦级储能升压一体机的基本原理：储能升压一体机测控单元通过接收调度站的指令，根据指令要求， 通过控制储能变流器对储能电池进行充放电的过程，能量从储能电池到电网双向流动。 兆瓦级储能升压一体机是集成储能变流器、升压变压器、环网柜、测控柜四合一的产品。这种产品并 不是简单的拼凑，而是一种创新性的产品，特别适合大规模电网侧储能电站的应用场合。 三、主要亮点 亮点8：逆变升压一体机 预制舱：预制集装箱采用双层板设计，材料为冷轧钢板，对集装箱内部形成包裹作用。中间填充阻燃材料的岩棉，隔热、降 噪、防火三合一。 分舱设计：储能变流器、变压器、高压柜、测控柜模块化分舱设计，中间用双层钢板隔离，模块之间完全独立互不影响。 内部阻燃设计：变压器选用干式变压器本身具备防火、防爆的特点；环网柜在系统里面的作用就是保护装置；测控柜是低压 供电，具备阻燃特性；储能变流器内部唯一可能形成大能量堆积的情况是功率模块短路，我司储能变流器功率模块采用抽屉 式设计，即使在功率模块发生短路这种极限工况时，能量都能百分之百的压制在功率模块抽屉内，与外部隔绝。 用电侧 预制舱结构 模块化分舱设计 PCS功率模块抽屉设计 采用GPO-3绝 缘材料，具有 阻燃、耐电弧、 耐漏电等性能。 用户 侧 PCS舱 环网舱 灭火器 灭 火 器 变压器舱 测控舱 三、主要亮点 亮点9：基于强制关断+下垂控制策略的并离网无缝切换控制技术 PI Park -1 SPWM gdq i * gdq i 并网 孤岛 油机故障 油机正常 1 0 0 1 dqref v dq ex⋅ 0= gabc i 0= gabc i PI dq e dq v * 1dq i dq i 1 PI 0 1 * dq v + + + + + − − − Inverter 1_SPDT 2_SPDT ga i gc i gb i 同步 信号 0 1 0 1 并网接触器控制 控制模式选择 并网和离网的无缝切换过程 接到孤岛运行指令，此时立即封锁并网开 关控制信号，同时控制策略转换至电压源运行 模式，实施并网开关强制关断策略。配合晶闸 管智能投切开关，无缝切换时间在 10ms以内。 无缝切换技术控制策略 三、主要亮点 小结 研究了用户侧的全套商业模式：光储模式 ,峰谷套利，光 /储 /充，小型用户孤岛微电网。 增加了一系列提升安全防控措施，率先应用了储能系统的全寿命预测功能。 配套研发的计算机监控系统调度具备送至地调，高级功能的开发为用户侧参与辅助服务奠定技术基础。 这么多新的功能和提升，成本如何？商业模式会有哪些？ 欢迎有兴趣的朋友来我司一起现场实地参观考察和交流探讨 四、产品系列介绍 TM-100KE TM-250KE TM-500KE TM-630KE 储能双向变流器 电池箱\电池柜\电池架 E10 E20 E30 四、产品系列介绍 电池舱/逆变升压一体舱 项目 规格 型号 E0121-A1 E0121-B1 E0121-B2 箱体类型 20HC标准柜 40HC标准柜 40HC标准柜 配置 含设备舱 +电池舱 含设备舱 +电池舱 仅电池舱 功率 100-250kW 250-500kW / 电量 0.7MWh 2.1MWh 2.6MWh 选配 外置屏 外置屏 / 注：储能集装箱系统包含集装箱本体、保温系统、监控系统、消防系统、照明系统、空调暖通系统及电池柜槽钢底座等。 项目 规格 型号 1MW/1.25MW 储能升压一体机 2MW/2.5MW 储能升压一体机 系统组成 储能变流器、升压变压器、测控单元、环网柜 PCS数量 2台 500kW/630kW 4台 500kW/630kW 尺寸 4400×2600×2591mm 5800×2600×2591mm 重量 10.5t 13t 五、企业介绍 1 新能源产业 储能变流器 （PCS) 能量管理系统 (EMS) 充电桩 储能集装箱 电池管理系统 （BMS） 正负极材料 铜箔 结构件 锂离子电池 储能升压一体机 变压器 开关柜 线缆 储能系统集成总包商（EPC） 用户侧储能电站投资者（中天持有） 储能 中天科技已形成含锂离子电池、电池正负极材料、结构件、铜箔、 BMS、 PCS、 EMS等核心部件的完整产业链，实现储能系统所需设备内 部自主配套率 98%以上，凭借着产业链优势，已成为储能行业公认的领跑者。
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