1MW/2MWh 储能电站设计案例

一、1MW/2MWh储能电站系统架构

1MW/2MWh大容量集装箱式锂电池储能电站，其系统架构示意图

通过将储能电池柜、电池管理系统、汇流柜、控制柜、预警与消防系统、空调系统等设备集成安装在一个40尺集装箱内。

（1）集装箱：该集装箱采用的是40尺标准高柜，其外形尺寸为12192mm*2438mm*2896mm。它具备多种功能，包括防腐、防火、防水、防尘（防风沙）、防震、防紫外线和防盗。此外，它还配备了独立的供电系统、温度控制系统、隔热系统、阻燃系统、火灾报警系统、消防系统、安全逃生系统和应急系统等自动控制和安全保障系统。这些功能和系统确保了集装箱的安全性和功能完整性。

（2）电池储能系统：由6个电柜、2个汇流柜、1个控制柜组成。其中每个电柜是由14个电池pack串联组成，而每个电池pack又由15个260Ah磷酸铁锂单体电池串联组成。

（3）充/放电控制系统：由500KW非隔离储能逆变器PCS连接电池储能系统与交流电网侧。

（4）预警与消防系统：与储能电站监控系统联合，通过高精度气体传感器的监测，与电池管理系统（BMS）智慧联动，在站内建立多级预警和防护设计，当监测到单体电池出现热失控时，集装箱与监控平台都会及时出现声光告警并立即启动消防系统进行精准灭火。

（5）储能电站监控系统：实时的监测储能电站各个系统的工作状态，对各个子系统上传的数据信息进行处理分析，智能管理控制储能电站。

二、电池储能系统设计

（1）电池管理系统

1、电池参数采集功能

采集的参数包括：单体电池温度、单体电池电压、单体电池内部编号、电池模组电压、电池模组充放电电流等。

2、电池电压均衡功能

由于单体电池之间存在个体差异，充放电过程中可能出现串联单体电池的过充或欠充现象，导致电压不均衡，某些电池容量减少，严重影响锂电池的使用寿命。为解决这个问题，本文设计的BMS开发板采用电压均衡管理电路。该电路能够将电压偏高的单体电池多余的能量传递给电压偏低的单体电池，或者通过放电回路使电压偏高的单体电池的电压降低，从而实现电压的平衡，提高整个电池组的性能和使用寿命。

3、安全保护功能

过电流保护。当采集到的电流值超过预设阈值时，充放电回路将会自动切断，以防止过大的电流造成损坏或安全风险。

过电压和低电压保护。过电压和低电压保护。在充电过程中，如果采集到的电压值超过预设的上限阈值，或者在放电过程中低于预设的下限阈值，BMS会自动切断充放电回路，以保护电池免受过高或过低的电压损害。

高、低温保护。当检测到电池温度超过设定的高温阈值或低于设定的低温阈值时，BMS会暂时切断充放电回路，以防止温度对电池性能和安全造成不利影响。当温度恢复到正常范围后，BMS将重新闭合充电或放电回路。

4、SOC与SOH估计功能

首先，通过对电池放电时间、放电电流、电池电压以及环境温度、湿度等电池状态特征参数的综合评估，电池管理系统能够合理评估电池的电量状态、健康状况以及剩余使用时间。这有助于准确了解电池的实际情况。而随着电池的循环次数增加、寿命缩短和实际容量降低，单体电池的使用周期会减小，其带负载能力也会减弱。如果仍然采用原先的评估算法，可能会导致电池模组发生意外故障，从而影响其正常工作。

5、实时通信功能

储能电站作为电池模组的大规模集成，对内部实时通信要求高。为此，该电站的电池管理单元在单元硬件资源上预留了两路CAN和一路以太网口，以确保与外部进行数据交换。

（1）充放电控制系统

储能变流器，也称为双向储能逆变器PCS，在并网储能和微网储能等交流耦合储能系统中应用广泛。它连接在蓄电池组和电网（或负荷）之间，实现电能的双向转换。储能变流器能够将蓄电池的直流电逆变为交流电，并输送给电网或供交流负荷使用；同时，它也能将电网的交流电整流为直流电，给蓄电池充电，主要功能有

1、在并网模式、孤岛模式间进行切换，并控制两种模式下的充放电；

2、通过PCS控制实现储能系统的四象限运行，为系统提供双向可控的有功无功功率，实现系统有功、无功功率平衡；

3、通过PCS的控制，储能系统能够实现一系列高级应用功能，包括削峰填谷、功率平滑和低电压穿越等。

（2）预警与消防系统

预警与消防系统主要是由烟雾传感器、温度传感器、报警器和灭火控制器组成。当储能电站锂电池发生热失控火灾时，主要表现为集装箱内烟雾浓度增加和温度升高，通过烟雾传感器与温度传感器分别监测箱体内烟雾浓度和温度，当箱内烟雾的浓度与温度超过阈值时，报警器就会输出声光报警信号，提醒值班的工作人员，同时监控系统与灭火控制器响应，控制灭火装置立即灭火。

（3）储能电站监控系统

储能电站监控系统通过通信网络收集各子系统的运行信息，并对其进行分析和处理。随后，监控系统会下发指令给各子系统，实现对其的控制，其包含以下功能

（1）人机交互：操作人员可以通过监控系统界面观察储能电站的基本信息和状态。监控系统提供了可视化界面，使操作人员能够实时了解电站的运行情况。此外，操作人员还可以通过监控系统进行手动操作，如启动或停止特定设备、调整参数设置等。监控系统为操作人员提供了直观、便捷的操作界面，以确保他们对电站进行有效的监控和管理。

（2）信息监控：通过以太网通信，监控系统可以实时采集数据，并监视电池模块的信息以及储能电站的工作环境状态信息。这些信息包括电池模块的电压、电流、温度等参数，以及电站的运行状态、环境温度、湿度等信息。通过以太网通信，监控系统能够快速而准确地获取这些数据，并对其进行分析和处理，以提供准确的电站状态监测和诊断。这样的实时监测和数据采集能够帮助操作人员及时发现问题，并采取必要的措施，确保储能电站的安全和高效运行。

（3）储能电站运行控制：通过对收集到的数据信息和报警信息进行处理和分析，监控系统能够识别储能电站的状态和运行需求。基于这些分析结果，系统可以生成相应的控制命令，以实现对储能电站的控制操作。这些控制操作包括启动和停止储能电站的运行、进行储能和发电操作、调整电站的功率因数（调相）、以及控制充放电过程等。

（4）报故、报警：中央控制主机在储能电站监控系统中扮演着重要的角色。它通过声光报警和界面显示等方式，向操作人员提供实时的故障和报警信息。当系统中的子系统发生故障或出现异常情况时，中央控制主机能够及时发出警报，以引起操作人员的注意。同时，中央控制主机还负责将各子系统上传的故障和报警信息整理成故障日志，并实时发送给远程监控终端。这样，远程监控终端可以及时获取储能电站的故障信息，了解系统运行状态，以便采取相应的措施进行维修和处理。故障日志的记录和传送有助于及时识别和解决问题，提高储能电站的可靠性和可用性。

三、储能电站通信网络架构设计

主要采用了CAN总线和工业以太网作为通信手段，实现系统内部的数据交换。由于集装箱式储能电站的内部空间有限，电气设备排布紧密，同时存在大量的信息采集点和大量的数据需要传输，因此通信网络需要具备较高的吞吐率和可靠性。

四、监控软件系统设计

根据上述对于储能电站监控平台功能需求的分析，可以将储能电站监控系统系统软件可划分为四大部分，整个监控软件功能结构划分

内容源于《储能电站监控系统关键技术研究与实现》‍