250KW-1MWh集装箱储能方案-A01

技术方案

深圳市盛弘电气股份有限公司

2018年1月

目录

1、引言........................................................................................11.1项目背景...............................................................................11.2术语.......................................................................................11.3参考标准...............................................................................22、系统设计方案..........................................................................33、储能电池及集装箱设计..........................................................43.1电池选型...............................................................................43.2电池存放设计.......................................................................53.3系统散热方案.......................................................................73.4消防方案...............................................................................83.5门禁系统与照明方案..........................................................83.6集装箱配电方案...................................................................83.7集装箱地基方案注意事项..................................................94、储能变流器选型设计..............................................................94.1储能双向变流器功能简介.................................................94.2250KW储能变流器选型设计............................................104.3250KW储能变流器尺寸安装设计....................................125、能量管理系统（EMS）设计..................................................135.1系统功能简介....................................................................135.2组网架构............................................................................145.3功能设计............................................................................155.4系统设计特点....................................................................196、主要设备清单........................................................................20

1、引言

本文档是根据储能相关技术标准而编写的。包括产品一般性描述，硬件环境，具体功能需求及其他相关支持信息。相关开发任务及相关开发人员以此为依据开展具体工作。

适用读者：项目经理、项目组的软件/硬件开发人员、维护人员、测试人员。1.1项目背景

该项目设计拟建一套1MWh储能系统，采用集装箱作为载体，系统设计4小时可满功率放电完成，4～7小时充电完成，电池采用亿纬锂电池，储能设备采用额定功率为250KW的储能设备。EMS作为控制中心调度能量。1.2术语

1>PCS(PowerCovertSystem)：储能变流器，是进行逆变和整流的双向换流系统。

2>SOC(StateOfCapacity)：电池剩余容量状态，用百分率表示。3>SOH(StateOfHealth)：电池组健康度状态，用百分率表示。4>DOD（depthofdischarge）：电池的放电深度，用百分比表示。5>BMS(BatteryManagementSystem)：电池管理系统，负责储能系统中电池部分的管理和控制，包括BMU、BCMS、BAMS。

6>BMU(BatteryManagementUnit)：电池组管理单元，负责管理多串电池组。具有单体电池电压采集，多点温度采集，电池组均衡控制，电池组总电压采集等功能。

7>BCMS(BatteryClusterManagementSystem)：电池组串管理系

深圳市盛弘电气股份有限公司统，负责管理一个电池组串中的全部BMU，同时具备电池组串的电流采集，总电压采集，漏电检测，并在电池组状态发生异常时驱动断开高压功率接触器，使电池组串退出运行，保障电池使用安全。

8>BAMS(BatteryArrayManagementSystem)：电池系统单元管理系统,负责管理一个PCS对应电池系统单元中的全部BCMS。同时与就地监控系统通信，上报全部电池模拟量采集的信息，并在电池系统异常时上报告警。另外还能够在电池系统异常时发送告警信息到PCS，使PCS转入待机状态，保护电池使用安全。

9>EMS(EnergyManagementSystem)：能量管理系统，是对整个系统进行监控和控制的设备。1.3参考标准

1>GB/T3859.1-19932>GB/T3859.2-19933>GB/T13422-19924>GB/T2423.1-2001方法试验A:低温

5>GB/T2423.2-2001方法试验B:高温

6>GB/T2423.3-2006方法试验Cab:恒定湿热试验

7>GB/T2423.4-2008

电工电子产品环境试验第2部分：试验电工电子产品环境试验第2部分：试验电工电子产品环境试验第2部分：试验半导体变流器基本要求的规定半导体变流器应用导则半导体电力变流器电气试验方法电工电子产品环境试验第2部分：试验

方法试验Db交变湿热（12h+12h循环）

8>GB/T12325-200>GB/T12326-200810>GB/T149-1993

电能质量供电电压偏差电能质量电压波动和闪变电能质量公用电网谐波

深圳市盛弘电气股份有限公司11>GB/T153-200812>GB/T15945-200813>GB/Z17625.3-2000

电能质量三相电压不平衡电能质量电力系统频率偏差

电磁兼容限值对额定电流大于16A

的设备在低压供电系统中产生的电压波动和闪烁的

14>DL/T860（全部）远动设备及系统（系列标准）15>DL/T634（全部）远动设备及系统（系列标准）16>DL/T5-1997多功能电能表通讯规约

17>DL5002-2005地区电网调度自动化设计技术规程18>DL8-94《电力系统通信站防雷运行管理规程》19>GB/T13729－2002远动终端通用技术条件20>GB/T13730-2002地区电网调度自动化系统2、系统设计方案

储能集装箱内设备包括1套1MWh锂电池储能系统，1套能量管理系统、1台250KWPCS（储能变流器），1个储能集装箱体和相关辅助系统组成。

图1储能系统拓扑图深圳市盛弘电气股份有限公司系统说明：

1、单体电池规格3.2V90Ah，6串4并一个模组组成19.2V360Ah的容量，37个模组串联组成1个电池组，标称电压为710.4V，容量255.7KWh；4簇电池组成总量为1022.8KWh，电池电压范围为：555～810.3V。

2、电池总容量1022KWh，选用额定功率250K的储能变流器。3、微网储能系统包含1MWh电池及电池BMS系统、250kWPCS、能量管理系统、通讯系统、电池室及配电室散热系统、集装箱消防系统、集装箱门禁及照明系统、烟雾告警系统等。

3、储能电池及集装箱设计3.1电池选型

本储能系统电池已确定，容量1MWh，电池接入电压等级为500-850V，方案采用亿纬锂电池。系统设计可采用电池模组19.2V360Ah的锂电池，组成电压710.4V，4簇1022KWh的系统容量。满足系统1MWh的电池容量。电池模组参数和图片如下：

表.3-1

电池类别型号标称电压（V）标称容量（Ah）绝缘电阻（Ω）尺寸（mm）重量（Kg）充电温度（℃）放电温度（℃）

磷酸铁锂LP90-4P6S19.2360>500M

569.5*331.5*222.5580~45-20~55

深圳市盛弘电气股份有限公司图2单个电池模组图

锂电池对比传统铅酸电池：1、绿色环保无污染：该产品无论在生产过程，还是在使用过程均无任何污染情况发生，完全符合欧盟的RoHs指令和我国的相关规定；2、高比能量：同样功率的电池组，其体积与重量仅有铅酸电池的四分之一，尤其是重量比、能量比，聚合物锂电池具有更为突出的独特优势；4、循环寿命长：电芯循环寿命大于2500次，电池组循环寿命大于2000次，可保用户使用五至十年；5、储存期长：电池自放电小，年容量降低率低于1%，采用全密封结构；3.2电池存放设计

本项目采用磷酸铁锂电池，容量共计1022KWh，电池的安装方式全部采用机架式安装，每个电池架可安放255.7KWh，根据电池容量，采用4个电池架，电池的摆放方式如图：

深圳市盛弘电气股份有限公司图3255.7KWh磷酸铁锂电池柜（W2180*D650*H2200mm）

本项目电池电池架已确定采用上图排列方式，放置7层，共计37个模组。

图4集装箱侧视图

深圳市盛弘电气股份有限公司图5集装箱前视图

图6集装箱布局图

电池架尺寸为2180*650*2200mm，PCS尺寸为1200*800*2160mm，EMS尺寸为800*800*2100mm。4个电池架分两排放置，2200*2+1200=5600mm，每两套设备之间有20公分公差预留。集装箱消防采用放置于电池室，PCS和EMS放置于设备室，集装箱分为两个舱室。电池和EMS、储能变流器全部放置于30英尺集装箱中，便于安装、统一维护。集装箱布局图如上：

深圳市盛弘电气股份有限公司3.3系统散热方案

电池室采用空调进行散热，空调的选用，需要考虑电池充放电时候的发热量，集装箱箱体的传热量等，可采用一套3kW制冷量的空调。设备室PCS背部会有模块散热，可在对应位置加装4个离心风扇进行强制风冷散热。3.4消防方案

电池室采用柜式七氟丙烷灭火器，保证8s内气体充满整个电池室，有效灭火，同时配置声光告警系统和气体放电指示灯。

配电室考虑到机柜的保护相对比较完善，有完善的过热保护、短路保护等，起火属于非常极限的工况，而且有烟雾传感器，一旦检测到告警信号，系统关机，此处可采用干粉灭火器备用灭火。

3.5门禁系统与照明方案集装箱需配置常规照明和应急照明，与门禁系统配合，开门时，常规照明开启，关门后，常规照明关闭，开门且常规照明断电时，应急照明开启，应急照明时间保证不低于30分钟。3.6集装箱配电方案

集装箱内部供电基本都为220V交流，主要有：消防预警供电、空调供电、烟雾照明系统供电、故障灯供电等。

深圳市盛弘电气股份有限公司图7集装箱配电设计图3.7集装箱地基方案注意事项底部1米处铺设底下综合接地网

地上采用水泥墩环绕支撑方式，在电池部分每隔2米增加横向水泥墩以支撑集装箱，水泥墩高度0.5米

底下综合接地网引出地排并和集装箱外壳焊接在一起，以保持良好的接地连续性



配电室机柜底部需要挖600*800的走线地沟，地沟需注意防水。4、储能变流器选型设计4.1储能双向变流器功能简介

在本方案构建的储能系统中，储能变流器除了双向逆变功能外，

同时可以进行实现支撑电网，实现各电源之间的功率平衡分配，保证电网系统的稳定运行，提供抗短时冲击能力，平滑供电，储能，削峰

深圳市盛弘电气股份有限公司填谷。

储能变流器设备采用模块化设计，每个模块为50KW。设备拓扑采用三电平设计，相比较于两电平拓扑，三电平拓扑能够提高开关频率、转换效率和系统稳定性，降低输出谐波、开关损耗和变流器体积。

储能变流器模块电路主拓扑如下：

图8储能变流器模块主拓扑图4.2250KW储能变流器选型设计

储能变流器设备采用模块化设计，1个模块为50KW。项目中设备采用5个AC模块。设备拓扑采用三电平设计，相比较于两电平拓扑，三电平拓扑能够提高开关频率、转换效率和系统稳定性，降低输出谐波、开关损耗和变流器体积。

储能变流器电路主拓扑如下：

图9250KW储能变流器系统拓扑深圳市盛弘电气股份有限公司250KW储能变流器参数：

产品型号直流侧参数直流电压范围最大直流电流最大直流功率直流电压精度直流电流精度并网充电方式额定输出功率交流最大功率额定电网电压电网电压范围额定电网频率电网频率范围交流额定电流交流最大电流输出THDi并网功率因数交流离网电压交流电压可调节范围交流离网频率离网输出THDu整机最高效率隔离方式冷却方式噪声温度范围防护等级海拔湿度范围尺寸重量认证显示PWS1-250k500~850V550A275kW≤1%≤1%（rms）可以恒流、恒功率充放电，支持多段充电（预充→均充→浮充）交流并网参数250kW275kVA400V±15%50Hz/60Hz±2.5Hz360A397A≤3%-1~+1交流离网参数400V±10%50Hz/60Hz≤2%系统参数96.1%工频隔离强制风冷70dB-20℃~50℃IP203000M0~95%1200*2160*8001280kgCE通讯方式触摸屏深圳市盛弘电气股份有限公司上位机通信方式通信接口ModBusTCP/IP网口、RS485、CAN

本储能变流器具有以下功能：并网功能

a、接入锂电池时分为恒功率充电和恒流充电两个阶段；面向铅酸时，可以分为预充电、快充、均充和浮充四个阶段；

b、并网放电，可以通过预先设置或者集中监控实时调度进行控制。c、四象限控制有功和无功

d、与电网调度系统配合，可按照历史曲线或者实时负荷进行调峰，实现电网的削峰填谷。

e、与电网调度系统及AGC配合，可参与电网二次调频。

f、与AVC相配合，可实现电网静态无功控制，紧急情况下可快速输出无功，避免负荷低压脱口及电压崩溃，实现紧急无功控制实现平抑各个间歇性电源功率，稳定输出。离网运行

a、离网运行时，可为负载提供稳定的电压和频率。模式切换

b、储能变流器与智能切换柜配合可实现并网、离网模式自动切换，可实现计划性无缝切换。非计划性孤岛并离网切换最快可达20ms。4.3250KW储能变流器尺寸安装设计

变流器采用立柜式安装（W1200*D800*H2160），系统采用前进风后出风的散热方式：

深圳市盛弘电气股份有限公司图10250KW储能变流器尺寸图储能变流器采用模块化的设计，易于维护：

图11250KW储能变流器整体图5、能量管理系统（EMS）设计5.1系统功能简介

微电网能量管理系统是微电网控制系统的重要组成部分，它为微电网调度控制中心提供数据管理、监视、控制和优化，保障微电网的

深圳市盛弘电气股份有限公司稳定高效运行。微电网能量管理系统为微电网系统内部每个分布式能源控制器提供功率和电压设定点；确保满足微电网系统中热负荷、电负荷需求；确保微电网系统满足与主网系统间的运行协议；尽可能使能源消耗与系统损耗最小；提供微电网系统故障情况下孤岛运行与重合闸的逻辑与控制方法等。5.2组网架构

微网储能系统中，EMS通讯拓扑分为两层结构，顶层为总集中监控系统，底层设备：1台250KW储能变流器、电池管理系统（BMS）、环境监测设备、消防系统、空调或门禁系统等均接入站级监控系统。

图12EMS系统通讯拓扑采用8口的串口转网口采集器，为以后系统扩展预留接口；采用8个DI,8个DO,8个AI的IO模块,为以后系统扩展提供预留接口；采用16口的工业交换机，方便系统扩展。

监控主机完成现场测控系统之间的网络连接、转换、数据采集、数据本地处理、协议转换和命令的交换、本地用户画面监视操作、控

深圳市盛弘电气股份有限公司制策略、web服务器功能，实现大容量实时数据的高速汇集传输，确保主站系统能够快速、准确地得到所有监测及监控信息，并及时反馈网络检测的系统异常与故障，确保快速定位与恢复。监控的系统说明

PCS接收EMS系统命令，进行并、离网操作。温湿采集器对集装箱内的温度和湿度相关数据采集。

空调子系统接收并执行辅助系统下发的指令（开，关，调温）；

反馈空调状态，及相关温度数据。BMS负责管理电池系统单元中的全部BCMS。上报全部电池模拟量采集的信息，并在电池系统异常时上报告警。

保护电池使用安全。

其他系统门禁、消防、视频监控等系统5.3功能设计

系统能对所有被监控的运行参数和状态进行实时和定时数据采集，所有的电气量均采用交流采样，并保证高精度和高速度，对重要历史数据进行处理并存入数据库。

采集BMS系统的各组电池的总电压、电流、平均温度、SOC、SOH、充放电电流和功率限值、单节电池电压、单节电池温度、各节电池的均衡状态、故障及报警信息、历史充放电电量、历史充放电电能等常用信息。

采集PCS系统的相关参数，包括：直流侧的电压/电流/功率等、各个PCS的三相有功功率、无功功率、三相电压、三相电流、功率因素、频率、IGBT温度、RC滤波器温度、运行状态、报警及故障信息等常用信息，以及日输入电量、日输出电量、累计输入电量、累计输出电量等。

深圳市盛弘电气股份有限公司采集储能系统的各个状态量，包括主回路状态（开关、事故跳闸信号、保护动作信号、异常信号）、消防报警、浸水报警、温度开发等信息并进行显示：

图13EMS系统主页面效果图（仅作参考）还可连续记录显示电气曲线、帮图、饼图：

图14系统电流曲线效果图事件报警和记录：

当出现开关事故变位，保护动作和其它报警信号时，系统能发出音响提示，并在屏幕报警框内显示报警内容，所有报警事件可打印记录和写书保存。

深圳市盛弘电气股份有限公司图15EMS系统某路线故障告警效果图图16EMS系统故障记录查询用户可以通过监控界面对储能系统下发启动/停止指令及有功功率及无功，同时对设置参数进行合理性检查。

深圳市盛弘电气股份有限公司图17有功设置图18温度设置手机App：

通过App应用查询系统的关键数据和曲线。

图19App关键数据查询效果图用户通过手机App查询系统提示的报警信息。

深圳市盛弘电气股份有限公司图20手机报警5.4系统设计特点

这种分层分布的网络结构，有如下优点：1、系统功能全面

具有电气设备实时监控、越限告警、事故告警、事件管理及事故反演、用电管理、电气火灾监测、运行统计报表的自动生成和打印等功能；

2、监控单元标准化、模块化结构，可以充分发挥特定设备和技术的主要优势和功能特点。

3、分布式的网络结构非常有利于系统的高效、可靠地运行数据采集器不仅具备数据采集的功能还具备本地数据的计算和存储功能，既可以分担主站系统的数据处理压力，也可以在与主站通讯中断的情况下将数据存储起来，待以后补采。数据采集器的双以太网通讯接口，

深圳市盛弘电气股份有限公司使之具有热备通讯通道，实现在工作通讯通道故障的情况下自动切换通讯端口，保证系统的正常运行。

4、系统具有良好的开放性，可以方便地与其它自动化系统和智能装置进行通讯，如消防控制系统及其它系统等，实现自动化间相互通讯和信息共享。

软件平台

项目

数据库软件WebServer开发工具6、主要设备清单

序号12

设备名称储能双向变流器1022.8KWh电池系统(含电池架、BMS)能量管理系统（EMS）

3

（含监控柜、后台软件、通讯

交换机、服务器）

4

集装箱箱体

（含消防、空调、照明等系统）1/套

定制

30尺柜

数量1/台1/套

品牌盛弘亿纬

型号规格PWS1-250KLF90

说明

MySql

TomCat

Java，c++，c#

1/套

盛弘PWS-EMS