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电网侧储能对电池本体和管理系统的需求

   日期:2019-08-30     来源:宏成供电    浏览:1753    评论:0    
导语:本文从储能电池综述、电池本体产品需求和电池管理系统需求三个维度综述了电网侧储能对储能电池的需求。

一、储能电池综述

1、电化学储能综述

(1)相比较其它储能方式,电化学储能电站(系统)主要优势包括:

设计灵活、配置方便:模块化设计,通过并联可实现20MW以上级别系统规模,不 受地理条件限制

响应速度快:毫秒级时间尺度内实现额定功率范围内的有功无功的输入和输出

精确控制:能够在可调范围内的任何功率点保持稳定输出

双向调节能力:充电为用电负荷,放电为发电电源,额定功率双倍的调节能力


(2)储能电站面向电网侧及新能源消纳实际运行需求,在以下方面开展应用示范:

移峰填谷;新能源储能互补;调频服务+“虚拟同步机”;断面功率控制;动态无功支撑;大电网紧急控制;微网/冷热综合能源;黑启动/热备用。

2、储能容量选择

储能容量选择,需综合考虑系统潮流、调峰、调频、调压及紧急控制等各方 面需求;目前,储能容量选择主要受限于建设运营成本约束。

(1)调峰、调频、紧急控制:主要是面向解决全网性问题,客观上储能配置越大越有效。调峰需求能量型储能,一般不小于2h,调频和紧急控制需求功率型储能,持续时间一般小于0.5h即可。

(2)调压:主要考虑电网的动态无功需求,功率型储能,容量越大,动态无功支撑能力越强。


二、电池本体产品需求

1、电池选型:选型原则

(1)满足电网调频的持续高倍率充放电;

(2)满足电网调频,调峰需求的充放电循环次数;

(3)满足电网调频需求的满充放转换的快速响应;

(4)满足电网要求的稳定运行以及安全性;

(5)满足收益要求的成本及系统效率;

(6)满足电池易维护,电站无人值守的设计要求;

(7)满足电池高效使用的SOC运行范围;

(8)满足环境要求的宽工作范围。

2、电池参数对比


3、电池选型:成组方案对比



4、选型建议

综合比较各电池技术参数:

(1)铅炭电池成本较低,但倍率特性低、循环寿命短、响应速度慢及存在环保问题;

(2)全钒液流电池具有较高的倍率特性、循环次数高,但其功率及能量密度低、占地 面积大,且高成本;

(3)锂离子电池具有较高的能量和功率密度,较高的倍率特性、宽SOC运行范围、循 环次数高等优势,其中三元锂离子电池具有更高的能量及功率密度,但存在安全性 及成本问题。

(4)根据总体需求,兼顾电网调频和调峰等其他应用场景。

5、锂离子电池的风险

国内外近期发生多起锂离子电池储能电站火灾 事故。

7月2日,韩国灵岩一风力发电园区内ESS储能 设备发生重大火灾事故,造成706㎡规模电池 建筑和3500块以上锂电池全部烧毁。

镇江扬中某用户侧储能项目,8月初项目中的 磷酸铁锂电池集装箱起火并烧毁。

事故一旦发生就会造成严重后果,对锂离子电池热事故特征参数识别、热失控早期预警、 安全联动和消防防护显得尤为重要。

6、锌溴液流电池的探索

合适的电化学储能体系特征:价格合适;安全可控;易于部署;资源丰富。


(1)安全性高、不存在燃烧爆炸风险的化学体系

(2)单液流体系管路简单

(3)电解液为水体系,利于 散热,不会燃烧

(4)体系封闭、环境压力小 5 原料易得、价格适中

三、电池管理系统需求

1、储能电站BMS系统概述

大型储能系统电站可应用于发电侧或电网侧的调频调峰或削峰填谷,其中储能电站BMS实现对电池运行状 态量(电压、电流、温度、绝缘等)的监测,进而实现对电池状态剩余电量(SOC)、电池健康状态( SOH)的分析和评估,对电池组(堆)实现均衡管理、控制、故障告警、保护及通讯管理的系统装置,其 目的是实现电池组的安全、稳定、可靠、高效、经济的使用。


储能系统BMS采用三层典型架构:

从控模块(电池数据采集单元) 第一层主要采集单体电池电压、温度等信息,对 电池状态进行计算,作均衡、热管理执行控制。

主控模块(电池簇控制模块) 第二层主要负责电池组端电压采集、电流采集、 绝缘检测、电池状态计算、继电器控制、均衡策 略、数据通信等。

总控模块(电池堆控制模块) 第三层主要进行数据显示、查询、参数设置、数 据计算、通讯、数据保存等。


2、功能需求

(1)电池模型:电池模型采用增强型自校正(ESC)锂离子电池等效电路模型,考虑 温度、滞回电压、欧姆电阻、RC阶数等影响因素,并能够为SOC 估计算法提供模型基础。


(2)电池SOC估算:电池储能设备荷电状态(SOC)采用高精度的安时积分+开路电压 校正方法,采用神经网络法对磷酸铁锂电池SOC进行估算,将估算 误差控制在5%范围内,具有较高的估算精度。


(3)电池均衡控制:基于电池单体电压、单体SOC、单体SOH以及历史数据等综合均 衡判据,采用被动均衡+主动均衡控制策略,大幅改善成组电池 的一致性、可用容量、电池寿命。

(4)集成高速通信规约:支持双网冗余连接模式,通信协议采用IEC-104、IEC-61850 系列等标准规约,提升信息传输速率。


(5)电池安全保护

采用ASIL-B级保护策略,具备先进的自我故障诊断和容错技术,对模块自身软硬件具备自我检测功能, 硬件保护措施不会因为BMS故障造成储能系统安全问题;

具备完善的软硬件保护设计,采用分级预警、告警以及保护动作等分级保护系统,电压、温度等具备变 化率保护、多级阈值保护等。

具备完善的SOE以及故障录波功能,丰富的本地与远程的数据记录功能,满足现场运行状态的监控以及事后分析的要求,做到历史事件可追溯、故障问题可分析,做到历史事件可追溯、故障问题可分析,有效解 决储能系统发生故障时责任不清问题;

具备多层级消防联动保护系统设计,具备pack级的消防,采用多传感器融合技术(特征气体、烟雾、温 度),结合非标锂电池热失控判断算法,实时监控电池热失控阶段,实现锂电池热失控早期分级预警,并在 锂电池发生火情第一时间进行灭火最小单元干预控制。


(6)防护措施

 

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