鉛酸電池儲能系統(tǒng)方案設計無集裝箱

技術方案技術方案管管式膠體鉛酸蓄電池成套設備方案設計報告方案設計報告2014年1月目錄TOC\o"1-2"\h\z\u目錄 PAGEREF_Toc317621需求分析 PAGEREF_Toc1685332電池組串成組方案 PAGEREF_Toc2152232.1電池組串內部及組間連接方案 PAGEREF_Toc2899252.2系統(tǒng)拓撲圖 PAGEREF_Toc709863蓄電池管理系統(tǒng)(BMS) PAGEREF_Toc2385373.1BMS系統(tǒng)整體構架 PAGEREF_Toc1673573.2BMS系統(tǒng)主要設備介紹 PAGEREF_Toc654783.3BMS系統(tǒng)保護方式 PAGEREF_Toc18252113.4BMS系統(tǒng)通信方案 PAGEREF_Toc3350124對廠房要求 PAGEREF_Toc1460013需求分析管式膠體鉛酸蓄電池成套設備供貨范圍包括管式膠體鉛酸蓄電池、BMS、附屬設備、備品備件、專用工具和安裝附件等。根據(jù)項目的特點，根據(jù)標書要求，綜合鉛酸電池特性，對于儲能系統(tǒng)進行如下設計：336只2V1000Ah管式膠體鉛酸電池串聯(lián)而成一個電池堆，電壓672V，電池串容量672kWh。每3個電池堆并聯(lián)到一臺500kWh儲能雙向變流器。三個電池堆的總容量可達2MWh，故本方案中三個電池堆為一儲能單元，每個單元配置一套BMS電池管理系統(tǒng),可監(jiān)控每人單體電池電壓，內阻及溫度、電流。廠房含煙感探頭、消防滅火器、環(huán)境控制系統(tǒng)、排氫系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、溫濕度監(jiān)測等設備，以保證鉛酸電池安全穩(wěn)定的工作環(huán)境，實現(xiàn)遠程監(jiān)控。電池組串成組方案名稱成組單元設備組成詳圖容量單體采用2V1000Ah管式膠體鉛酸蓄電池2V1000Ah2KWh電池簇24只2V1000Ah管式膠體鉛酸蓄電池串聯(lián)組成一簇，配備一臺蓄電池監(jiān)控模塊。蓄電池簇48V1000h48KWh蓄電池簇監(jiān)控單元電池組單元14簇電池組串聯(lián)組成一組電池組單元，配備一臺蓄電池組控制單元電池組單元672V/1000Ah672kWh電池組控制單元儲能系統(tǒng)單元3組電池組單元并接入一臺雙極式單級500KWPCS構成一組儲能單元，配備一臺直流配電柜。電池管理系統(tǒng)BMU，500KW，PCS電池組單元500KW/2.016MWh直流配電柜BMUPCS7MW/28MWh儲能系統(tǒng)14組500KW/2.016MWh儲能系統(tǒng)單元并聯(lián)構成7MW/28MWh儲能系統(tǒng)儲能系統(tǒng)單元7MW/28.224MWh就地監(jiān)控系統(tǒng)以上成組方案，充分考慮了電池多組并聯(lián)時產(chǎn)生環(huán)流的問題，也充分考慮了系統(tǒng)的走線主載流量，電池簇內采用銅排聯(lián)結，載流量300A，滿足系統(tǒng)運行需求，在跨簇聯(lián)結時采用銅線聯(lián)結形式，載流量300A。系統(tǒng)設計多級開關保護，方便接線及系統(tǒng)控制。電池組串內部及組間連接方案連接件名稱圖片材質電池間連接銅排外包絕緣護套電池簇間相連銅排外包絕緣護套層間聯(lián)結銅排外包絕緣護套，通過絕緣端子固定于支架側邊電池組出線固定于電池架側方的接線端子，外加絕緣護套。BMS系統(tǒng)電壓測試與均流線連結方案采用專用卡件與套于蓄電池端子，在電池組件連接時與銅排一同固定。BMU單元固定采用鏍絲直接固定于電池簇支架一側系統(tǒng)拓撲圖銅排聯(lián)結，整體穩(wěn)固體好，可能減少后續(xù)運行過程中由于振動及其它原因導致的接線端子松動現(xiàn)象。此外采用了全護套銅排及絕緣端子帽保護，提升電池組的安全絕緣等級。下圖表示了儲能系統(tǒng)整體聯(lián)方案，電池組間內部通過銅排連接。電池組至直流配電柜通過電纜連接，電纜通過底部電纜溝進入直流配電柜。BMS系統(tǒng)弱電走線與直流線路分開，減少干攏，弱電線路通過鐵質線管引至直流配電柜或采用帶屏蔽層電纜。直流配電柜至PCS采用電纜經(jīng)由電纜溝接入PCS直流側輸入斷路器，BMMS通信線纜經(jīng)由電纜溝，通過鐵質線管引入PCS和儲能系統(tǒng)就地監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)拓撲圖蓄電池管理系統(tǒng)(BMS)BMS系統(tǒng)整體構架本次BMS系統(tǒng)是根據(jù)大規(guī)模儲能電池陣列的特點設計的電池管理系統(tǒng)，本系統(tǒng)使用鉛酸電池為儲能單元的儲能電池陣列，用于監(jiān)測、評估及保護電池運行狀態(tài)的電子設備集合，包括：監(jiān)測并傳遞鉛酸電池、電池組及電池系統(tǒng)單元的運行狀態(tài)信息，如電池電壓、電流、溫度、內阻以及保護量等；評估計算電池的荷電狀態(tài)SOC、壽命健康狀態(tài)SOH及電池累計處理能量等；保護電池安全等。系統(tǒng)整體結構圖本BMS系統(tǒng)由ESMU、ESGU與BMM構成：ESMU(EnergyStorageSystemManagementUnit)儲能系統(tǒng)管理單元,該管理單元對BMM上傳的電池實時數(shù)據(jù)進行數(shù)值計算、性能分析、報警處理及記錄存儲；每臺ESMU管理兩臺ESGU模塊。ESGU(EnergyStorageBatteryGroupControlUnit)電池組控制單元,ESGU主要是對整組電池的運行信息收集，采集整組電池的總電壓和電流，對電池組出現(xiàn)的異常進行報警和保護；每臺ESGU管理14簇電池。BMM(BatteryMonitoringModule)蓄電池組監(jiān)護模塊,該單元集電池運行信息監(jiān)測采集、自動充電、放電均衡管理、在線內阻測試、故障診斷等功能于一體。每個模塊可以管理一簇（24只）單體蓄電池。每組電池單元對應14簇電池，14臺BMM。該BMS系統(tǒng)有如下特點：全面電池信息管理，在線SOC診斷，無損主動均衡充電管理，系統(tǒng)保護功能，熱管理功能，自我故障診斷與容錯技術，專業(yè)的負荷聯(lián)動控制及優(yōu)化，靈活的模塊化設計。BMS系統(tǒng)主要設備介紹電池監(jiān)測模塊BMM3.1該單元集電池運行信息監(jiān)測采集、充電均衡管理、故障診斷等功能于一體。設計緊湊合理，高度集成，各單元間采用隔離技術絕緣性能好，可靠性、安全性高。每一個模塊可對24串電池進行監(jiān)測和維護，可連接多路溫度傳感器，儲能電池管理模塊之間及與儲能系統(tǒng)管理單元之間采用RS485或CAN連接。在線自動檢測每節(jié)蓄電池電壓、蓄電池組端電壓、充放電電流和溫度等；實時報警功能，實現(xiàn)對電壓、溫度、電流的超限報警；現(xiàn)場報警，干節(jié)點輸出閉合，可實現(xiàn)遠端計算機報警并顯示報警內容；在線自動定期（周期可設）測試蓄電池內阻；具有RS485/或CAN通訊接口，可接入監(jiān)控系統(tǒng)或現(xiàn)場采集單元，實現(xiàn)數(shù)據(jù)和告警信息上送，達到遠程監(jiān)控蓄電池組的目的；采用模塊化設計，安裝、使用和維護方便，且模塊間相互隔離、可靠性高；產(chǎn)品具有蓄電池組在線均衡維護功能，可通過對單體蓄電池在線小電流充電，提高蓄電池組電壓一致性，達到延緩蓄電池失效的目的。儲能電池監(jiān)測模塊BMM3.1實物圖電池組控制模塊ESGUESGU主要是對整組電池的運行信息收集，采集整組電池的總電壓和電流，對電池組出現(xiàn)的異常進行報警和保護；能根據(jù)安全處理規(guī)則的要求對電池組進行保護，確保電池系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運行，當電池嚴重過壓、欠壓、過流（短路）、漏電（絕緣）等異常故障情況出現(xiàn)時，儲能系統(tǒng)管理單元發(fā)出命令至該單元，控制整組電池的開斷，避免電池被過充、過放和過流。具體功能具備系統(tǒng)上電自檢功能，主要包括所有傳感器、系統(tǒng)狀態(tài)等；具備電池組端電壓、電流、溫度等檢測功能；具有電池正負極對機殼的絕緣檢測功能；具有管理主接觸器控制及主接觸器反饋信號檢測功能；異常報警及硬接點保護控制功能；具備CAN/RS485總線通訊功能。電池組控制模塊ESGU實物圖儲能系統(tǒng)管理單元ESMU對BMM3.1上傳的電池實時數(shù)據(jù)進行數(shù)值計算、性能分析、報警處理及記錄存儲，此外，可一對一實現(xiàn)與PCS主機、儲能調度監(jiān)控系統(tǒng)等進行聯(lián)動控制，根據(jù)輸出功率要求及各組電池的SOC優(yōu)化負荷控制策略，保證所有電池組的總運行時間趨于一致。具體功能a.監(jiān)測顯示數(shù)據(jù)1）監(jiān)測顯示單體電池電壓數(shù)據(jù)。2）監(jiān)測顯示電流數(shù)據(jù)。3）監(jiān)測顯示溫度。溫度包括：環(huán)境溫度、BMM3.1的數(shù)據(jù)。b.報警功能1）通訊連接報警。2）溫度過高或者過低報警。3）單體電壓過高及過低報警。4）組端電壓過高或者過低報警。5）BMM3.1錯誤報警。c.保護1）單體電壓過低或者過高保護。2）溫度過低或者過高保護。3）組端電壓過高或者過低保護。d.參數(shù)設置1）電池組安裝及運行參數(shù)的設置2）網(wǎng)絡通訊參數(shù)設置3）接口協(xié)議參數(shù)設置4）ESGU參數(shù)設置儲能系統(tǒng)管理單元實物圖BMS系統(tǒng)保護方式儲能用BMS和PCS及后臺都有數(shù)據(jù)通信，通信方式與PCS是以太網(wǎng)或RS485的方式，與后臺監(jiān)控是以太網(wǎng)的方式，采用的通信協(xié)議都是Modbus或IEC61850（可選），確保當BMS和PCS間出現(xiàn)通信異常時，BMS、電池、后臺能正常工作。電池管理系BMS與后臺通信采用標準Modbus協(xié)議或IEC61850（可選），具有高性能、高可靠性、實時性的通訊能力，具有多種錯誤檢測方式，保證龐大數(shù)據(jù)量上傳及指令下發(fā)的準確性和及時性。BMS通過以太網(wǎng)（或RS485）和兩路硬接點兩種方式與PCS進行聯(lián)系，保證在電池組出現(xiàn)嚴重故障時及時停運。BMS系統(tǒng)通信方案整個儲能系統(tǒng)容量為28MWh；系統(tǒng)由14臺PCS的電池單元組成，系統(tǒng)采用2V/1000Ah的鉛酸單體電池。儲能系統(tǒng)采用336節(jié)2V/1000Ah的電池組串連構成一組電池，三組電池并聯(lián)構成一個電池單元，每個電池單元容量為2MWh，即336節(jié)×2V×1000Ah×3＝2.016MWh；每個最小模塊支持24節(jié)單體電池，336節(jié)電池需要336/24=14個模塊；整個儲能系統(tǒng)14個電池單元累計總容量為2.016MWH×14＝28.224MWH；儲能逆變器的常見效率在92％～95％，所以整個儲能的實際容量為28.224MWH×0.92＝25.97MWh，架構如下：系統(tǒng)在直流側采用三組電池并聯(lián)后接入單級式500KWPCS，電池簇接入PCS的功能示意圖如下：儲能系統(tǒng)總容量為336節(jié)×2V×1000Ah×3組×14PCS×92％＝25.97MWh，系統(tǒng)采用鉛酸電池作為儲能單元，采用帶主動無損均衡和容量診斷的電池管理系統(tǒng)（BMS），采用目前市面上成熟的雙向逆變器（PCS）組成，整個系統(tǒng)由后臺統(tǒng)一控制，電池采用電池架立式安裝。對鉛酸電池儲能廠房要求對于大型儲能型廠房的設計有很多要求，既要保證鉛酸電池工作在額定工作溫度，延長儲能單元工作壽命，又要配置安防系統(tǒng)，確保系統(tǒng)安全工作運行，從以下幾個方面需要對儲能用大型機房進行設計;溫控系統(tǒng)需要保證廠房內立體空間的整體溫度均勻度在±5度這間，以保證鉛酸電池單體整體放電的均恒性，為此需要按需設計整個廠房立體空間的熱管理系統(tǒng)。需要配置風道及新風系統(tǒng)。排氫系統(tǒng)由于密封式閥控式鉛酸蓄電池在過充的情況下會出現(xiàn)析氫的反應，導致內部壓力增大，從而需要配備氫氣檢測與排氫系統(tǒng)。鑒于整個房間內平面空間比較大，如果單在廠房一側設置排氫扇很難達到排氫要求，另外由于氫氣比較輕，通常均在整個房間的最上層，因此需要在整個房間的最頂部