鉛酸電池儲(chǔ)能系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)無(wú)集裝箱

技術(shù)方案技術(shù)方案管管式膠體鉛酸蓄電池成套設(shè)備方案設(shè)計(jì)報(bào)告方案設(shè)計(jì)報(bào)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(nèi)部及組間連接方案 PAGEREF_Toc2899252.2系統(tǒng)拓?fù)鋱D PAGEREF_Toc709863蓄電池管理系統(tǒng)(BMS) PAGEREF_Toc2385373.1BMS系統(tǒng)整體構(gòu)架 PAGEREF_Toc1673573.2BMS系統(tǒng)主要設(shè)備介紹 PAGEREF_Toc654783.3BMS系統(tǒng)保護(hù)方式 PAGEREF_Toc18252113.4BMS系統(tǒng)通信方案 PAGEREF_Toc3350124對(duì)廠房要求 PAGEREF_Toc1460013需求分析管式膠體鉛酸蓄電池成套設(shè)備供貨范圍包括管式膠體鉛酸蓄電池、BMS、附屬設(shè)備、備品備件、專(zhuān)用工具和安裝附件等。根據(jù)項(xiàng)目的特點(diǎn)，根據(jù)標(biāo)書(shū)要求，綜合鉛酸電池特性，對(duì)于儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行如下設(shè)計(jì)：336只2V1000Ah管式膠體鉛酸電池串聯(lián)而成一個(gè)電池堆，電壓672V，電池串容量672kWh。每3個(gè)電池堆并聯(lián)到一臺(tái)500kWh儲(chǔ)能雙向變流器。三個(gè)電池堆的總?cè)萘靠蛇_(dá)2MWh，故本方案中三個(gè)電池堆為一儲(chǔ)能單元，每個(gè)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(nèi)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(cè)等設(shè)備，以保證鉛酸電池安全穩(wěn)定的工作環(huán)境，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。電池組串成組方案名稱(chēng)成組單元設(shè)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(tái)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(tái)蓄電池組控制單元電池組單元672V/1000Ah672kWh電池組控制單元儲(chǔ)能系統(tǒng)單元3組電池組單元并接入一臺(tái)雙極式單級(jí)500KWPCS構(gòu)成一組儲(chǔ)能單元，配備一臺(tái)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(chǔ)能系統(tǒng)14組500KW/2.016MWh儲(chǔ)能系統(tǒng)單元并聯(lián)構(gòu)成7MW/28MWh儲(chǔ)能系統(tǒng)儲(chǔ)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(shí)產(chǎn)生環(huán)流的問(wèn)題，也充分考慮了系統(tǒng)的走線主載流量，電池簇內(nèi)采用銅排聯(lián)結(jié)，載流量300A，滿足系統(tǒng)運(yùn)行需求，在跨簇聯(lián)結(jié)時(shí)采用銅線聯(lián)結(jié)形式，載流量300A。系統(tǒng)設(shè)計(jì)多級(jí)開(kāi)關(guān)保護(hù)，方便接線及系統(tǒng)控制。電池組串內(nèi)部及組間連接方案連接件名稱(chēng)圖片材質(zhì)電池間連接銅排外包絕緣護(hù)套電池簇間相連銅排外包絕緣護(hù)套層間聯(lián)結(jié)銅排外包絕緣護(hù)套，通過(guò)絕緣端子固定于支架側(cè)邊電池組出線固定于電池架側(cè)方的接線端子，外加絕緣護(hù)套。BMS系統(tǒng)電壓測(cè)試與均流線連結(jié)方案采用專(zhuān)用卡件與套于蓄電池端子，在電池組件連接時(shí)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(cè)系統(tǒng)拓?fù)鋱D銅排聯(lián)結(jié)，整體穩(wěn)固體好，可能減少后續(xù)運(yùn)行過(guò)程中由于振動(dòng)及其它原因?qū)е碌慕泳€端子松動(dòng)現(xiàn)象。此外采用了全護(hù)套銅排及絕緣端子帽保護(hù)，提升電池組的安全絕緣等級(jí)。下圖表示了儲(chǔ)能系統(tǒng)整體聯(lián)方案，電池組間內(nèi)部通過(guò)銅排連接。電池組至直流配電柜通過(guò)電纜連接，電纜通過(guò)底部電纜溝進(jìn)入直流配電柜。BMS系統(tǒng)弱電走線與直流線路分開(kāi)，減少干攏，弱電線路通過(guò)鐵質(zhì)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(cè)輸入斷路器，BMMS通信線纜經(jīng)由電纜溝，通過(guò)鐵質(zhì)線管引入PCS和儲(chǔ)能系統(tǒng)就地監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)拓?fù)鋱D蓄電池管理系統(tǒng)(BMS)BMS系統(tǒng)整體構(gòu)架本次BMS系統(tǒng)是根據(jù)大規(guī)模儲(chǔ)能電池陣列的特點(diǎn)設(shè)計(jì)的電池管理系統(tǒng)，本系統(tǒng)使用鉛酸電池為儲(chǔ)能單元的儲(chǔ)能電池陣列，用于監(jiān)測(cè)、評(píng)估及保護(hù)電池運(yùn)行狀態(tài)的電子設(shè)備集合，包括：監(jiān)測(cè)并傳遞鉛酸電池、電池組及電池系統(tǒng)單元的運(yùn)行狀態(tài)信息，如電池電壓、電流、溫度、內(nèi)阻以及保護(hù)量等；評(píng)估計(jì)算電池的荷電狀態(tài)SOC、壽命健康狀態(tài)SOH及電池累計(jì)處理能量等；保護(hù)電池安全等。系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖本BMS系統(tǒng)由ESMU、ESGU與BMM構(gòu)成：ESMU(EnergyStorageSystemManagementUnit)儲(chǔ)能系統(tǒng)管理單元,該管理單元對(duì)BMM上傳的電池實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)值計(jì)算、性能分析、報(bào)警處理及記錄存儲(chǔ)；每臺(tái)ESMU管理兩臺(tái)ESGU模塊。ESGU(EnergyStorageBatteryGroupControlUnit)電池組控制單元,ESGU主要是對(duì)整組電池的運(yùn)行信息收集，采集整組電池的總電壓和電流，對(duì)電池組出現(xiàn)的異常進(jìn)行報(bào)警和保護(hù)；每臺(tái)ESGU管理14簇電池。BMM(BatteryMonitoringModule)蓄電池組監(jiān)護(hù)模塊,該單元集電池運(yùn)行信息監(jiān)測(cè)采集、自動(dòng)充電、放電均衡管理、在線內(nèi)阻測(cè)試、故障診斷等功能于一體。每個(gè)模塊可以管理一簇（24只）單體蓄電池。每組電池單元對(duì)應(yīng)14簇電池，14臺(tái)BMM。該BMS系統(tǒng)有如下特點(diǎn)：全面電池信息管理，在線SOC診斷，無(wú)損主動(dòng)均衡充電管理，系統(tǒng)保護(hù)功能，熱管理功能，自我故障診斷與容錯(cuò)技術(shù)，專(zhuān)業(yè)的負(fù)荷聯(lián)動(dòng)控制及優(yōu)化，靈活的模塊化設(shè)計(jì)。BMS系統(tǒng)主要設(shè)備介紹電池監(jiān)測(cè)模塊BMM3.1該單元集電池運(yùn)行信息監(jiān)測(cè)采集、充電均衡管理、故障診斷等功能于一體。設(shè)計(jì)緊湊合理，高度集成，各單元間采用隔離技術(shù)絕緣性能好，可靠性、安全性高。每一個(gè)模塊可對(duì)24串電池進(jìn)行監(jiān)測(cè)和維護(hù)，可連接多路溫度傳感器，儲(chǔ)能電池管理模塊之間及與儲(chǔ)能系統(tǒng)管理單元之間采用RS485或CAN連接。在線自動(dòng)檢測(cè)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(shí)時(shí)報(bào)警功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)電壓、溫度、電流的超限報(bào)警；現(xiàn)場(chǎng)報(bào)警，干節(jié)點(diǎn)輸出閉合，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)端計(jì)算機(jī)報(bào)警并顯示報(bào)警內(nèi)容；在線自動(dòng)定期（周期可設(shè)）測(cè)試蓄電池內(nèi)阻；具有RS485/或CAN通訊接口，可接入監(jiān)控系統(tǒng)或現(xiàn)場(chǎng)采集單元，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)和告警信息上送，達(dá)到遠(yuǎn)程監(jiān)控蓄電池組的目的；采用模塊化設(shè)計(jì)，安裝、使用和維護(hù)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(hù)功能，可通過(guò)對(duì)單體蓄電池在線小電流充電，提高蓄電池組電壓一致性，達(dá)到延緩蓄電池失效的目的。儲(chǔ)能電池監(jiān)測(cè)模塊BMM3.1實(shí)物圖電池組控制模塊ESGUESGU主要是對(duì)整組電池的運(yùn)行信息收集，采集整組電池的總電壓和電流，對(duì)電池組出現(xiàn)的異常進(jìn)行報(bào)警和保護(hù)；能根據(jù)安全處理規(guī)則的要求對(duì)電池組進(jìn)行保護(hù)，確保電池系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行，當(dāng)電池嚴(yán)重過(guò)壓、欠壓、過(guò)流（短路）、漏電（絕緣）等異常故障情況出現(xiàn)時(shí)，儲(chǔ)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(kāi)斷，避免電池被過(guò)充、過(guò)放和過(guò)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(cè)功能；具有電池正負(fù)極對(duì)機(jī)殼的絕緣檢測(cè)功能；具有管理主接觸器控制及主接觸器反饋信號(hào)檢測(cè)功能；異常報(bào)警及硬接點(diǎn)保護(hù)控制功能；具備CAN/RS485總線通訊功能。電池組控制模塊ESGU實(shí)物圖儲(chǔ)能系統(tǒng)管理單元ESMU對(duì)BMM3.1上傳的電池實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)值計(jì)算、性能分析、報(bào)警處理及記錄存儲(chǔ)，此外，可一對(duì)一實(shí)現(xiàn)與PCS主機(jī)、儲(chǔ)能調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)等進(jìn)行聯(lián)動(dòng)控制，根據(jù)輸出功率要求及各組電池的SOC優(yōu)化負(fù)荷控制策略，保證所有電池組的總運(yùn)行時(shí)間趨于一致。具體功能a.監(jiān)測(cè)顯示數(shù)據(jù)1）監(jiān)測(cè)顯示單體電池電壓數(shù)據(jù)。2）監(jiān)測(cè)顯示電流數(shù)據(jù)。3）監(jiān)測(cè)顯示溫度。溫度包括：環(huán)境溫度、BMM3.1的數(shù)據(jù)。b.報(bào)警功能1）通訊連接報(bào)警。2）溫度過(guò)高或者過(guò)低報(bào)警。3）單體電壓過(guò)高及過(guò)低報(bào)警。4）組端電壓過(guò)高或者過(guò)低報(bào)警。5）BMM3.1錯(cuò)誤報(bào)警。c.保護(hù)1）單體電壓過(guò)低或者過(guò)高保護(hù)。2）溫度過(guò)低或者過(guò)高保護(hù)。3）組端電壓過(guò)高或者過(guò)低保護(hù)。d.參數(shù)設(shè)置1）電池組安裝及運(yùn)行參數(shù)的設(shè)置2）網(wǎng)絡(luò)通訊參數(shù)設(shè)置3）接口協(xié)議參數(shù)設(shè)置4）ESGU參數(shù)設(shè)置儲(chǔ)能系統(tǒng)管理單元實(shí)物圖BMS系統(tǒng)保護(hù)方式儲(chǔ)能用BMS和PCS及后臺(tái)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(tái)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(dāng)BMS和PCS間出現(xiàn)通信異常時(shí)，BMS、電池、后臺(tái)能正常工作。電池管理系BMS與后臺(tái)通信采用標(biāo)準(zhǔn)Modbus協(xié)議或IEC61850（可選），具有高性能、高可靠性、實(shí)時(shí)性的通訊能力，具有多種錯(cuò)誤檢測(cè)方式，保證龐大數(shù)據(jù)量上傳及指令下發(fā)的準(zhǔn)確性和及時(shí)性。BMS通過(guò)以太網(wǎng)（或RS485）和兩路硬接點(diǎn)兩種方式與PCS進(jìn)行聯(lián)系，保證在電池組出現(xiàn)嚴(yán)重故障時(shí)及時(shí)停運(yùn)。BMS系統(tǒng)通信方案整個(gè)儲(chǔ)能系統(tǒng)容量為28MWh；系統(tǒng)由14臺(tái)PCS的電池單元組成，系統(tǒng)采用2V/1000Ah的鉛酸單體電池。儲(chǔ)能系統(tǒng)采用336節(jié)2V/1000Ah的電池組串連構(gòu)成一組電池，三組電池并聯(lián)構(gòu)成一個(gè)電池單元，每個(gè)電池單元容量為2MWh，即336節(jié)×2V×1000Ah×3＝2.016MWh；每個(gè)最小模塊支持24節(jié)單體電池，336節(jié)電池需要336/24=14個(gè)模塊；整個(gè)儲(chǔ)能系統(tǒng)14個(gè)電池單元累計(jì)總?cè)萘繛?.016MWH×14＝28.224MWH；儲(chǔ)能逆變器的常見(jiàn)效率在92％～95％，所以整個(gè)儲(chǔ)能的實(shí)際容量為28.224MWH×0.92＝25.97MWh，架構(gòu)如下：系統(tǒng)在直流側(cè)采用三組電池并聯(lián)后接入單級(jí)式500KWPCS，電池簇接入PCS的功能示意圖如下：儲(chǔ)能系統(tǒng)總?cè)萘繛?36節(jié)×2V×1000Ah×3組×14PCS×92％＝25.97MWh，系統(tǒng)采用鉛酸電池作為儲(chǔ)能單元，采用帶主動(dòng)無(wú)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(gè)系統(tǒng)由后臺(tái)統(tǒng)一控制，電池采用電池架立式安裝。對(duì)鉛酸電池儲(chǔ)能廠房要求對(duì)于大型儲(chǔ)能型廠房的設(shè)計(jì)有很多要求，既要保證鉛酸電池工作在額定工作溫度，延長(zhǎng)儲(chǔ)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(yùn)行，從以下幾個(gè)方面需要對(duì)儲(chǔ)能用大型機(jī)房進(jìn)行設(shè)計(jì);溫控系統(tǒng)需要保證廠房?jī)?nèi)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(shè)計(jì)整個(gè)廠房立體空間的熱管理系統(tǒng)。需要配置風(fēng)道及新風(fēng)系統(tǒng)。排氫系統(tǒng)由于密封式閥控式鉛酸蓄電池在過(guò)充的情況下會(huì)出現(xiàn)析氫的反應(yīng)，導(dǎo)致內(nèi)部壓力增大，從而需要配備氫氣檢測(cè)與排氫系統(tǒng)。鑒于整個(gè)房間內(nèi)平面空間比較大，如果單在廠房一側(cè)設(shè)置排氫扇很難達(dá)到排氫要求，另外由于氫氣比較輕，通常均在整個(gè)房間的最上層，因此需要在整個(gè)房間的最頂部