科学论坛 Ｉ■ Ｃｈｉｎａ ＳＣｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｒｅｖｉｅｗ 风光储联合发电工程储能电池及逆变器选择 徐广瑞 （内蒙古电力勘测设计院内蒙古呼和浩特０１００２０） ［摘要］阐述了风光储联合发电的发展背景，对风光储联合发电系统的储能蓄电池的逆变器的选择进行了详细介绍。 ［关键词］风光储储能方式磷酸铁锂电池逆变器 中图分类号：ＴＭ７４ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００９—９１４Ｘ（２０１３）１９—０５９８—０１ 由于风能和光能波动陛、间歇性和随机性的特点，风、光运行系统很难 ２．４蓄电池管理系统（ＢＭＳ）配置方案 ＢＭＳ采用三级管理方式，分别对电池模组、电池组串和电池系统单元进行 提供连续稳定的能量输出，因此，大规模建设风力发电和光伏发电对当地电网 的安全稳定运行势必会产生较大的负面影响 如果在风、光互补的基础上加入 管理。该系统使用三层模块化结构，扩展性强，可灵活应对不同电池组串电压需 求及电池系统单元容量需求。同时，系统针对每个电池组串配置了ＢＣＭＳ（电池 储能装置组成风光储联合发电系统，就可以充分利用风能和光能在时间及地域 上的天然互补性，同时配合储能系统对电能的存储和释放，改善整个风光发电 系统的功率输出特性，缓解风电、光电等可再生能源的间歇性和波动性与电力 系统需要实时平衡之间的矛盾，降低其对电网的不利影响。而风光储联合发电 系统的重点则是储能蓄电池和逆变器的选择，本文将对这两点进行说明。 １．储能方式选择 储能有多种型式，在当前技术条件下，能够满足风电应用的储能系统有蓄 能储能、空气压缩储能、超导储能、飞轮储能、钠硫电池和液流电池储能装置以 及正在兴起的磷酸铁锂电池。抽水蓄能方式可实现大功率、大容量电能储存，但 是对场址要求较高。大型压缩空气储能系统目前尚未有在风电光伏等清洁能源 电站中使用。引入电池储能系统是目前一个解决办法。 从技术发展水平来看，抽水储能和压缩空气储能技术已经实用化。对于化 学储能技术，铅酸电池、小型二次电池早已普遍实用化，氧化还原液流储能电池 已经达到了商业化示范阶段，而超导储能和飞轮储能技术离实际应用还有相当 大的距离。 各种储能技术在其能量密度和功率密度方面均具有不同的表现，而同时电 力系统也对储能系统不同应用提出了不同的技术要求，很少能有一种储能技术 可以完全胜任在电力系统中的各种应用，因此，必须兼顾双方需求，选择匹配的 储能方式与电力应用。 综合考虑物理储能、电磁储能、电化学储能的特点和能力，针对本工程我们 选用电化学储能，而国外储能的示范工程来看，钠硫电池、全钒液流电池、磷酸 铁锂电池储能技术在风电、光伏等可再生能源电站有较好的应用前景。鉴于目 前的技术成熟度以及成本考虑，本项目拟采用磷酸铁锂电池的储能方式。 ２．储能部分的结构 系统选用磷酸铁锂电池，容量１．１３ＭＷｈ，充放电功率５６４．７ｋＷｘ２ｈ。本工 程储能双向逆变器选定容量６３０ｋＷ的逆变器，储能电池设１个５６４．７ｋＷ ｘ ２ｈ的 储能单元。逆变器直流电压范围ＤＣ５００￣ＤＣＳ００。 ２ １单体电池指标 本次储能电池模块采用了力神公司生产的ＬＰ２７７０１２０ＡＣ一１６．５Ａｈ锂离子 动力电池具有比能量高、循环寿命长（大于２０００￣、自放电率低（≤３％／月）、安全 无污染等特点，已广泛应用于电动汽车储能系统、光电储能系统。 电池种类为动力型锂离子电池，型号ＬＰ２７７０１２０ＡＣ，标称容量１６．５Ａｈ，标 称电压３．２Ｖ，内阻￣＜８ｍｆ２，重］ｔ４５３±１０ｇ，最大充电电流６Ｂ，充电电压３．６５Ｖ￣ ０．０５Ｖ，最大放电电流１２１３（连续，放电终止电压２．０Ｖ。 ２．２蓄电池的容量选择 ６２０ｋＷ×２ｈ电池系统单元的电池模组由单体电池经过ｌ６串ｌ２并组成，电 池模组规格为５１．２Ｖ一１９８Ａｈ。电池组串为Ｉ２个电池模组串联组成，其规格为 ６１４．４Ｖ一１９８Ａｈ。整个电池系统单元由ｌ３个电池组串并联而成，电池系统单元 规格为６１４．４Ｖ一２５７４Ａｈ，总体标称容量达到１．５８ＭＷｈ，设计冗余系数为１．４。 蓄电池容量＝６１４．４Ｖ×２５７４Ａｈ＝１．５８ＭＷｈ 设计冗余系数＝１．５８ＭＷｈ／（０．５６４７ＭＷｈ×２ １．４ 系数取值现没有规程统一规定，该系数取值参考电力工程铅酸蓄电池可靠 系数１．４。１２个电池并接ｌ６个电池串接组成１个电池模块组，然后ｌ３个模块组并 接１２模块组串接组成一个系统。 ２ ３蓄电池配置清单 ５６４．７ｋＷ×２ｈ磷酸铁锂电池储能系统配置清单：单体电池（３．２Ｖ１６．５Ａｈ） ２９９５２只，磷酸铁锂电池模块１６Ｓ１２Ｐ共ｌ５６组，储能电池柜（２５００×８５０ ｘ １３００ｍｍ）共２８面，蓄电池监测系统１套。 ５９８｝科技博览 组串管理系统），能够完成单个电池组串的接人和退出电池系统运行，能够大大 提供储能系统的可用性。该系统具备国内外行业领先的高精度电压、电流及温 度等数据采集，采用了先进的大电流主动均衡技术，融合了高水平的ＳｏＣ及ＳｏＨ 核心算法，有效的解决了因电池一致性差异产生的电池成组短板效应，显著提 高了电池堆工作效率，延长了电池系统单元循环使用寿命。 ＢＭＳ系统具有高速高可靠的数据传输功能，系统内部数据传输采用 ＣＡＮ２．Ｏ高速总线，数据信息反馈高效及时，同时还提供丰富的高速通信接口 与外围设备互联，包括以太网，ＲＳ４８５，ＣＡＮ，ＲＳ２３２，ＵＳＢ等，以及多种规约转 换，可针对不同的需求，与外部或第三方系统对接，充分满足电网对于系统可靠 性及高速通讯的要求。 ＢＭｓ电池管理系统能够实现以下功能：报警功能、保护功能、均衡功能、事 件记录功能、参数设定功能、显示功能、权限管理和通信功能。 其中报警功能又主要包括过压告警、欠压告警、过流告警、过温告警、各级 开关状态通信异常、电池异常告警、电池管理系统异常告警等 保护功能主要包括过压保护、放电欠压保护、放电过流保护、充电过流保 护、温度保护等。 ２．５储能系统的控制与测量 储能系统的控制由风光储控制系统通过控制逆变器来实现。储能系统箱式 变压器的非电量信号及断路器的状态信号由风光储Ｉ／Ｏ采集单元进行采集，通 过通讯将信息上传给风光储控制系统。储能系统箱式变压－￣５９０Ｖ侧设置０．５呶 智能电度表。 ３．逆变器选型 逆变器是太阳能交流发电系统重要组成部分，主要功能是将蓄电池的直流 电逆变成交流电。本工程采用两种逆变器，一种为光伏用逆变器，一种为储能蓄 电池用的可充可放的储能型逆变器。因为本工程属于并网接人发电系统，所以 两种逆变器均采用并网型产品。 ３ １并网逆变器的选择 现在世界上比较通行的太阳能逆变方式为：集中逆变器镬【串逆变器，多组 串逆变器和组件逆变，因本工程太阳能容量较小，电池板布置集中，所以采用集 中式逆变器比较合理。 逆变器输入直流电压采用输，Ｋ５００－８００Ｖ，交流输出电压２７０Ｖ，经升压变压 器变到６９ｏｖ，实现和风机出口电压一致。逆变器均采用不带隔离变的设备。 集中式逆变器的容量市面投入商业运行的有１００ｋＷ、２５０ｋＷ、５００ｋＷ和 １０００ｋＷ几种型号。对于本工程０．２５７６ＭＷ的光伏电池，采用一台２５０ｋＷ逆变 器。 ３．２可充可放的储能型逆变器的选择 对于可充可放型逆变器国内的生产商相对较少，现了解的５００ｋＷ以上的储 能型逆变器有Ａ厂商６３０ｋＷ型产品和Ｂ厂商的８００ｋＷ产品，本工程暂按６３０ｋＷ 型产品进行考虑。 储能型逆变器与常规逆变器的区别就是，通过控制功率元件实现电流的双 向流动，现有产品的充放电的转换时间是２０（￣ｎｓ，最快可以达到３０ｍｓ，理论上可 以满足蓄电池在削峰填补时的充放电要求。 ３．３低电压穿越能力 风电场根据国网《风电场接人电网技术规定掰Ⅱ《光伏电站接人电网技术规 定》，储能逆变器必须具备满足国家要求的低电压穿越能力，这样才能满足风电 机太阳能电站的整体要求。
