储能电站PCS系统方案书

储能电站 PCS 系统方案书、产品介绍1.1 能量转换系统介绍能量转换系统(Power Conversion System),是用于储能电 站的专业换流设备，它通过与蓄电池组和公共电网连接，主 要有以下主要功能：1) 在电网负荷低谷期，将电网上的交流电能转换成直流电能，给蓄电池组充电；在电网负荷高峰期，它又将蓄电池组的直流电能转换成满足电网要求的交流电能，回馈至 公共电网中去，起到移峰填谷的功能，保证电网的正常运 行；2) 提高电网质量的功能；通过监测电网的状态，并接收来自电网调度的要求或本地控制要求，向电网馈送或吸收 有功，提供无功补偿等，保证电网电能的质量；3) 离网运行(又称为孤岛运行)功能，能量转换系统还可以根据实际的需要，在满足设定要求的情况下，与主电 网脱开，给本地的部分负荷提供满足电网电能质量要求的 交流电能；4) 新能源接入功能；PCS也可以根据实际的需求，接入光伏或风机，将新能源产生的电能，转换成符合电网要求 的交流电能，馈送至公共电网，以缓解电网供电紧张的局 面；1.2 xxBC-500KW 产品介绍xxBC 系列产品为 xx 利用自身雄厚的研发实力，研制的 专业双向换流系统(bidirectional converting system);目前我公司研制的产品最大容量到500KW；其型号为 xxBC-500KW；其主要的性能特点如下：1) 所有的元器件均采用高质量产品，确保系统的性能和 使用寿命；xxBC-500KW 内部的元器件，包括空气开关、继电器、 IGBT 模块、电解电容、滤波电容等，均使用知名品牌产品 严格挑选，确保系统优异的整机性能和长的使用寿命；2) 使用先进的 DSP 数字处理芯片，运用先进的软件处理 算法，确保对系统运行的可靠、精确控制；xxBC-500KW 的 控 制 主 芯 片 ， 使 用 TI 公 司 的 TMS320F28XX系列DSP，该系列DSP为32位的高性能控 制芯片，丰富的外设，高速的数据处理能力，十分适合于高 性能电能变换设备中使用，加上软件程序上使用先进的控制 和处理算法，可以确保对系统运行状态实现完美、可靠、精 确的控制；3) 具有并网运行和离网运行两种模式；可以满足用户的 不同要求；该双向换流系统可以工作在两种模式，并网运行模式和 离网运行模式，并可以在两种模式之间进行快速切换，满足 用户在实际运用中的不同需求；4) 完善可靠的各种保护功能，最大限度的确保系统和电 网的安全；该双向换流系统具有各种完备的保护功能，如过欠压保 护、过欠频保护、过流保护、短路保护、过载保护、过温保 护、防孤岛保护、功率翻转保护等等，确保系统、蓄电池和 公共电网最大的运行安全；5) 设备自身功耗小，转换效率高达 96%以上；确保能量 的最大化利用；由于采用了一系列硬件和软件优化措施，使得设备本身 的功耗很小，转换效率可以达到 96%以上，节能性能优异；6) 预留并联接口，可以扩容至 MW 级换流器；内置有并联接口，可以非常方便地将 500KW 系统扩容 至 1MW 以上的换流系统；7) LCD 彩色触摸屏显示，人机界面友好；使用彩色触摸屏显示技术，操作方便，简单，实时显示 直流侧、交流侧参数以及设备的运行状态，并可对操作、运 行、故障等历史信息进行详细的存储记录；8) 通讯接口丰富，可满足不同监控通讯方式的要求；该系统具有各种通讯接口，包括 RS232/485/CAN /以太网接口等等，可以满足不同监控通讯方式的要求；9）并网运行状态下，对电网产生的谐波污染小，是真正 的绿色产品；由于采用先进的软件算法和优异的硬件拓扑结构，因此 并网运行状态下，对电网产生的谐波污染很小，绿色环保；10）并网运行状态下，可根据实际电网的需求，在并网侧产 生相应的无功功率，达到对电网无功补偿的目的；并网运行时，可根据远程指令或本地设定，向电网注入 无功功率，使得并网功率因数可在-11 之间可调，实现对电 网的无功补偿；11）离网运行状态下，能够产生高质量的交流电能，满足用 电负荷对电能质量的要求；12）IGBT功率模块采用光纤连接驱动，有效降低EMI,提 高了控制可靠性；1.3 技术参数xxBC-500KW 设备的具体技术参数如下表；型号xxBC-500KW直流侧电压范围（Vdc）675900额定功率（KW）500额定直流电压（Vdc）810锂离子蓄电池节数（节）225泄漏电流（A）V20mA交交流相数三相五线制流侧(R+S+T+N+PE)额定功率（KW）500并 网 放 电额定电压（Vac）380允许电压范围（Vac）323418额定频率（Hz）50允许频率范围（Hz）4850.5总电流谐波畸变率5%输出功率因数-11离 网 运 行额定电压（Vac）380电压精度（Vac）3%输出电压失真度5% （额定线性负载）额定输出频率（Hz）50 2%动态负载电压瞬变5% （阻性负载0到100%跃变）并 网 充 电额定电压（Vac）380允许电压范围（Vac）323418频率范围（Hz）4850.5最大功率（KW）600功率因数1交流过载能力110%,过载10分钟120%,过载1分钟最大效率96%最大短路电流峰值 AI気S GU_ 13,25 g 14 b叭叭123二伞令80,74冋LEB toLeranceE于IStecker DIN4624-A2.0-O.5-B7FreimafitoLeronzenGeneralnarh ISO2768 mHISO276HmHIGBT功率模块外形尺寸图E) IGBT功率模块的过电压、过电流和误触发保护模块的过电压，从硬件上通过降低母线分布电感，在保 证热损耗不提高情况下适当延长关断时间，从而减少因 L di/dt 产生的过电压；从软件上采取实时检测母线电压的的方 式来达到母线电压的持续过高现象；模块的过电流，硬件上通过霍尔检测IGBT电流，瞬时限 流保护，增加了 IGBT 饱和压检测保护电路，限制因系统故 障产生的瞬时过电流；软件上采用最大功率限制程序，使系 统只能输出500kW的系统功率,从而抑制因远程指令的误发 送产生过流的情况；IGBT 的误触发现象，主要是通过结构上的合理布局， 使控制部分到功率模块的距离最小，经过电平变换使长距离 传输的触发信号具备高电压大电流特点，增强传输信号的抗 干扰能力；通过缓冲电路的设计降低EMI干扰，进而减少触 发信号受干扰的机率；采用光纤传输方式提高传输可靠性；F) IGBT 功率模块故障维护及更换方法双向换流系统的所有易损件，均采用了前门维护安装的 结构设计，维护者只需要在前门进行更换操作，不需要预留 专门的维修空间及通道；而且功率器件采用了模块设计方 式，更换速度非常快；G) 双向换流系统的散热量双向换流系统为能量变换装置，所以具有一定的发热 量。热量主要由两部分组成一部分是功率器件所产生的损 耗，另一部分是输出隔离变压器产生的热量； IGBT 所产生 的散热量约占系统损耗的 70%，主要由两部分产生开关损耗 和通态损耗；从IGBT的数据手册可查得，IGBT的最大功耗 为1.4kW，系统用了 12只，所以IGBT所产生的极限损耗为 16.8kW；隔离变压器由于采用了先进的材料及生产工艺，所以其 变换效率较高，满负载情况下可98%，所以隔离变压器的损 耗为 10kW；所以从系统极限热损耗为 IGBT 损耗+变压器损耗约为26.8kW，所以系统设计时需考虑26.8kW的散热量，以及相 应的通风散热系统相匹配；1.8 冷却系统说明双向换流系统要达到高性能和长的使用寿命，需要设计 好配套冷却系统，确保设备内部的热量及时排出，500KW双 向换流系统的冷却系统设计方案详述如下：系统的散热设计充分利用了自然风散热方式，充分利用 环境度与发热元件的温度实现散热，通过强制风冷措施实现 热量交换；内部空调用于降低配电室内的环境温度，延长系 统工作寿命；如上图所示：冷空气从配电室底部一侧引入，经机内循 环热交换后从配电室顶部一侧吹出，这样散热方式充分利用 了室外冷空气的热量交换，避免了热量积累，使配电室内温 度升高的现象，也间接的降低了空调的制冷量，达到节能的 目的；冷却系统需要上传到监控系统的信息包括：室内温度、室外温度、室内湿度、室外湿度，通风流量、 室内噪声、室内温度过高状态、室内湿度过高状态、制冷系 统故障状态、制冷系统停开状态1.9 系统外观图xxBC-500KW 的外观图如下图所示：xxBC-500KW 外观图二、储能电站技术方案配置说明2.1储能电站系统总述该项目为MW级电池储能站试点项目，储能站额定容量 为5MWX4h，额定功率为5MW,以PCS为单位划分为10 个分系统，每个分系统的额定容量为500kWX4h,额定功率 为500kW。储能站每个分系统最大充放电功率不超过 600kW,寿命期内充放电容量不小于500kWX4h；储能站接入广东深圳电网llOkV碧岭变电站10kV狈I，主要考虑削峰填谷、提高电能质量、孤网运行、配合新能源 接入等功能应用。主要由蓄电池、蓄电池管理系统 (BMS)、 能量转换系统(PCS)、储能站监控系统等组成。该方案书只针对储能电站能量转换系统(PCS)进行相关的方案设计；2.2能量转换系统(PCS)总述能量转换系统，是储能电站的重要组成部分，它主要负责在并网模式下，实现蓄电池组和公共电网之间的双向能量 转换；在离网模式下，将蓄电池组的直流电能转换成符合电 网质量要求的交流电能，供本地用电负载，此外，它还具有 无功补偿等功能；其在并网放电模式下的系统组成及能量流动示意图如下所示：蓄电池组其在并网充电模式下的系统组成及能量流动示意图如下所示：蓄电池组其在离网模式下的系统组成及能量流动示意图如下所示：蓄电池组2.3单个PCS系统设计储能电站设计容量为 5MW，根据标书要求，以 PCS 为单位，分成 10 个子系统，每个PCS 子系统的额定容量为500KW；以每个子系统为例，500KW的容量，则可采用xx的 型 号 为 xxBC-500KW 的 双 向 换 流 系 统 ， 后 端 连 接380V/10KV 的容量为 600KVA 的升压变压器，双向换流系统的直流侧连接蓄电池组即可，其与电站监控系统、与电池管理系统（BMS）之间均需要通讯连接；单个500KW的PCS系统如下图所示：蓄电池组上图中，红色粗线表示功率流动示意，蓝色细线表示通 讯连接示意；2.3.1 通讯数据内容单个500KW PCS系统需要分别与BMS和储能站监控系统之间进行实时的通讯数据交换；PCS 系统与 BMS 之间的通讯内容如下表所示：序号PCS接收信息序号PCS发送信息01电池电压0102电池电流0203充放电状态0304电池温度0405报警信息05PCS系统与储能电站监控系统之间的通讯内容如下表所示：序号PCS发送信息序号PCS接收信息01设备地址01工作模式指令02工作模式02无功补偿指令03直流侧电压值03继电器动作指令04直流侧电流值05直流侧功率值06交流侧电压值07交流侧频率值08交流侧电流值09交流侧有功功率值10交流侧无功功率值11交流侧功率因数12交流侧直流分量值13交流侧THD14直流侧继电器开关状态15交流侧继电器开关状态16当日放电电量17累计放电电量18当日充电电量19累计充电电量20运行状态21报警信息2.3.2 500KW PCS 子系统设备配置单个 500KW PCS 子系统的配置如下表所示：设备名称型号数量双向换流系统xxBC-500KW1台升压变压器600KVA380/10KV1台2.4 储能电站 PCS 系统总配置整个储能电站的额定容量为5MW,则需要500kw PCS子系统10个并图如下所示：图中红色方框内即为整个储能电站PCS系统，整个系统由 10 个 500KW 子系统并联连接而成，其交流侧同时连接到10KV 高压母线上；整个储能电站的PCS系统组成配置如下表所示:设备名称型号数量双向换流系统xxBC-500KW10台升压变压器600KVA380/10KV10台