项目意义

随着电网峰谷差越来越大，用户对电能质量要求也越来越高，系统调峰填谷、调频调相任务繁重，蓄电池储能电站在这方面可发挥重要作用。储能电站在紧急情况下能快速响应，只要从系统取频率信号，与设定值比较，立即可以按策略调整运行状态，满足系统需要，也可以当黑启动电源。由此可见在系统中建设铁电池储能电站意义重大。

铁电池储能电站具有储能、停止、发电、调相四个工况。工况之间转换灵活快速，从静止到发电只需2秒左右时间；现场试验证明负荷调整速度快，从－50kW到＋50kW额定负荷只需2.49秒时间；出力调整范围广，可以从-100%到+100%额定出力范围内任意调整；效率高，现场效率试验表明，其综合循环效率达到90％以上。

系统概述

2.1基本参数：

1)电站容量：额定功率 1,000kW，总容量4WWh。

2)电压等级：10kV/0.3kV(AC50Hz)

3)地点：

4)占地面积：700㎡

5)设计服务年限：20年以上

6)运行环境：室温，5~85%RH

7)运行模式：少人值班/无人值守

8)系统效率：＞90%

9)电池型号：ATL200A铁电池，0.125C倍率充电，0.25C倍率放电

10)单体电池总数量：6000节。

11)运行方式：晚上11点至早上7点，充电8小时，白天放电4小时。用户可以根据实际情况进行设置，也可实时进行调整。

12)充放电转换时间：±50kW转换时间为2.49秒

2.2 系统组成

储能系统由变流器(PCS)、电池堆(BP)、电池管理系统(BMS)、储能监控系统、变压器和开关柜组构成，见图1，

图1 储能系统的构成

2.2.1电池堆

由10节ATL200Ah单体磷酸铁锂电芯串联构成一个32V标准电池模组，由20个标准电池模组串联组成每个640V电池组，一个电池组共有200节ATL200A单体磷酸铁锂电池(见图1)，3个电池组共600只电池并联后构成1个640V\600Ah电池堆(功率96kW,总容量为384kWh)。 电池对接入双向换流器直流侧，双向换流器交流侧接入640V低压母线构成一个储能单元，10个储能单元并联接在低压母线上，实现储能电站总容量为4,000kWh。储能电站通过10kV变压器与电网连接。

图2 640V200Ah电池组拓扑图

2.2,2 电池管理系统

电池管理系统用于保证电池的安全可控运行、单电芯的均衡、电池模组内的热管理、电池状态的估算和参与充放电控制。电池管理系统由主机、从机和高压监控模块组成。

由于电池数目庞大，电池管理系统采用主从式结构(参见图3)，最底层的BMS从机模块控制一个电池模组内的均衡、采集电芯的温度、电压等参数。最上层的电池管理主机BCU负责估算电池组的状态(SOC)，与中央控制系统交换信息，负责过压、欠压、温度、漏电报警及保护功能，以及过流报警功能，负责打开和关闭热管理装置和保护装置。高压模块的作用是监控电池组内的充放电电流，正负母线的绝缘状态，并在绝缘状态降低时发出报警。

图3 BMS系统连接示意图

2.2.3换流器

双向换流器主要集成了换流、并网控制、功率调节、保护四大功能。

1) 换流和稳压

双向换流器的主要功能是进行整流和逆变。在逆变过程中，由于电池放电将造成电池端电压下降，通过控制换流器IGBT的导通时间，补偿电压，以保证交流输出端的电压稳定。

2) 并网控制

在放电状态下，双向换流器的DSP进行蓄电池的并网控制过程如下：首先，DSP控制投入直流侧开关，由DSP采样交流电压的相位和幅值，把逆变器的输出电压调至与电网侧电压同幅、同相、同频，完成后控制交流侧开关投入，实现并网。

3) 功率调节

DSP采样直流侧电压、电流和交流侧电压、电流，形成反馈信号，确定交流输出的电流或充电电流大小，可按给定功率进行调节。
DSP还可控制交流输出电流、电压间的相角，实现功率因数在[-1,1]区间连续可调。

4) 保护

换流器具有以下保护功能：①交、直流过压、欠压保护，②过频、欠频保护，③相序检测与保护，④防孤岛保护(检测电网断电时，停止换流器运行)，⑤过热保护，⑥过载、短路保护。其中通过DSP软件和硬件共同实现过热保护，通过DSP软件、断路器和熔断器共同实现过流保护。

表1 换流器主要技术参数

为了实现对电池串的独立充放电控制，同时避免电池串之间产生环流，储能变流器采用 AC/DC交直变流器+DC/DC直直变流器两级结构设计。AC/DC交直变流器是交 /直流侧可控的四象限运行的变流装置，实现对电能的交直流双向转换，其拓扑结构如图4(a)所示；DC/DC直直变流器位于电池堆和 AC/DC交直变流器之间，满足储能系统接入电网的直流电压要求等，其拓扑结构如图4(b)所示。

图4 储能变流器拓扑结构图

2.2.4储能监控系统

储能监控系统是整个储能系统的高级控制中枢，负责监控整个储能系统的运行状态，保证储能系统处于最优的工作状态。储能监控是连接电网调度和储能系统的桥梁，起到上传下达的作用：一方面接收电网调度指令，另一方面把电网调度指令分配至各个储能支路，同时监控整个储能系统的运行状态，分析运行数据，确保储能系统处于良好的工作状态。

储能监控系统的主要功能有：SCADA功能、诊断预警功能、全景分析功能、优化调度决策功能和有功无功控制功能。监控系统通过对电池、变流器及其他配套辅助设备等进行全面监控，实时采集有关设备运行状态及工作参数并上传至上级调度层，同时结合调度指令和电池运行状态，进行功率分配，实现储能系统优化运行。

根据系统容量和性能要求，1 MW/4 (MW·h)电池储能系统应配置电站型储能监控系统，含储能电站监控系统和就地监测系统两级结构，如图 5所示。

图5电站型储能电站系统中央控制系统的结构

就地监测系统含就地监测单元、电池管理系统、变流装置就地控制器等，监控多条回路的运行状态信息(PCS、电池堆、并网开关、升压变等)，并上传至储能电站监控系统；储能电站监控系统由前置管理机、实时/历史服务器、研究数据库服务器、运行人员工作中、工程师工作站组成，通过网络与就地监测单元通信网管通信和交换信息，与远方有电网调度 /监控自动化系统进行数据和信息交换，接受调度指令并优化进行功率分配。