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基于膠體鉛酸蓄電池的2MWh儲能系統設計方法

鉅大鋰電  |  點擊量:0  |  2021年07月02日  

1需求分析


管式膠體鉛酸蓄電池成套設備供貨范圍包括管式膠體鉛酸蓄電池、BMS、附屬設備、備品備件、專用工具和安裝附件等。根據項目的特點,


根據標書要求,綜合鉛酸電池特性,關于儲能系統進行如下設計:


336只2V1000Ah管式膠體鉛酸電池串聯而成一個電池堆,電壓672V,電池串容量672kWh。每3個電池堆并聯到一臺500kWh儲能雙向變流器。三個電池堆的總容量可達2MWh,故本方法中三個電池堆為一儲能單元,每個單元配置一套BMS電池管理系統,可監控每人單體電池電壓,內阻及溫度、電流。廠房含煙感探頭、消防滅火器、環境控制系統、排氫系統、視頻監控系統、溫濕度監測等設備,以保證鉛酸電池安全穩定的工作環境,實現遠程監控。


2電池組串成組方法


以上成組方法,充分考慮了電池多組并聯時出現環流的問題,也充分考慮了系統的走線主載流量,電池簇內采用銅排聯結,載流量300A,滿足系統運行需求,在跨簇聯結時采用銅線聯結形式,載流量300A。系統設計多級開關保護,方便接線及系統控制。


2.1電池組串內部及組間連接方法


2.2系統拓撲圖


銅排聯結,整體穩固體好,可能減少后續運行過程中由于振動及其它原因導致的接線端子松動現象。此外采用了全護套銅排及絕緣端子帽保護,提升電池組的安全絕緣等級。


下圖表示了儲能系統整體聯方法,電池組間內部通過銅排連接。電池組至直流配電柜通過電纜連接,電纜通過底部電纜溝進入直流配電柜。BMS系統弱電走線與直流線路分開,減少干攏,弱電線路通過鐵質線管引至直流配電柜或采用帶屏蔽層電纜。


直流配電柜至PCS采用電纜經由電纜溝接入PCS直流側輸入斷路器,BMMS通信線纜經由電纜溝,通過鐵質線管引入PCS和儲能系統就地監控系統。


3蓄電池管理系統(BMS)


3.1BMS系統整體構架


本次BMS系統是根據大規模儲能電池陣列的特點設計的電池管理系統,本系統使用鉛酸電池為儲能單元的儲能電池陣列,用于監測、評估及保護電池運行狀態的電子設備集合,包括:監測并傳遞鉛酸電池、電池組及電池系統單元的運行狀態信息,如電池電壓、電流、溫度、內阻以及保護量等;評估計算電池的荷電狀態SOC、壽命健康狀態SOH及電池累計處理能量等;保護電池安全等。


本BMS系統由ESMU、ESGU與BMM構成:


ESMU(EnergyStorageSystemManagementUnit)儲能系統管理單元,該管理單元對BMM上傳的電池實時數據進行數值計算、性能分析、報警處理及記錄存儲;每臺ESMU管理兩臺ESGU模塊。


ESGU(EnergyStorageBatteryGroupControlUnit)電池組控制單元,ESGU重要是對整組電池的運行信息收集,采集整組電池的總電壓和電流,對電池組出現的異常進行報警和保護;每臺ESGU管理14簇電池。


BMM(BatteryMonitoringModule)蓄電池組監護模塊,該單元集電池運行信息監測采集、自動充電、放電均衡管理、在線內阻測試、故障診斷等功能于一體。每個模塊可以管理一簇(24只)單體蓄電池。每組電池單元對應14簇電池,14臺BMM。


該BMS系統有如下特點:全面電池信息管理,在線SOC診斷,無損主動均衡充電管理,系統保護功能,熱管理功能,自我故障診斷與容錯技術,專業的負荷聯動控制及優化,靈活的模塊化設計。


3.2BMS系統重要設備介紹


電池監測模塊BMM3.1


該單元集電池運行信息監測采集、充電均衡管理、故障診斷等功能于一體。設計緊湊合理,高度集成,各單元間采用隔離技術絕緣性能好,可靠性、安全性高。每一個模塊可對24串電池進行監測和維護,可連接多路溫度傳感器,儲能電池管理模塊之間及與儲能系統管理單元之間采用RS485或CAN連接。


Ø在線自動檢測每節蓄電池電壓、蓄電池組端電壓、充放電電流和溫度等;


Ø實時報警功能,實現對電壓、溫度、電流的超限報警;


Ø現場報警,干節點輸出閉合,可實現遠端計算機報警并顯示報警內容;


Ø在線自動定期(周期可設)測試蓄電池內阻;


Ø具有RS485/或CAN通訊接口,可接入監控系統或現場采集單元,實現數據和告警信息上送,達到遠程監控蓄電池組的目的;


Ø采用模塊化設計,安裝、使用和維護方便,且模塊間相互隔離、可靠性高;


Ø產品具有蓄電池組在線均衡維護功能,可通過對單體蓄電池在線小電流充電,提高蓄電池組電壓一致性,達到延緩蓄電池失效的目的。


儲能電池監測模塊BMM3.1實物圖


電池組控制模塊ESGU


ESGU重要是對整組電池的運行信息收集,采集整組電池的總電壓和電流,對電池組出現的異常進行報警和保護;能根據安全處理規則的要求對電池組進行保護,確保電池系統的安全、穩定運行,當電池嚴重過壓、欠壓、過流(短路)、漏電(絕緣)等異常故障情況出現時,儲能系統管理單元發出命令至該單元,控制整組電池的開斷,防止電池被過充、過放和過流。


Ø具體功能


具備系統上電自檢功能,重要包括所有傳感器、系統狀態等;


具備電池組端電壓、電流、溫度等檢測功能;


具有電池正負極對機殼的絕緣檢測功能;


具有管理主接觸器控制及主接觸器反饋信號檢測功能;


異常報警及硬接點保護控制功能;


具備CAN/RS485總線通訊功能。


電池組控制模塊ESGU實物圖


儲能系統管理單元ESMU


對BMM3.1上傳的電池實時數據進行數值計算、性能分析、報警處理及記錄存儲,此外,可一對一實現與PCS主機、儲能調度監控系統等進行聯動控制,根據輸出功率要求及各組電池的SOC優化負荷控制策略,保證所有電池組的總運行時間趨于一致。


Ø具體功能


a.監測顯示數據


1)監測顯示單體電池電壓數據。


2)監測顯示電流數據。


3)監測顯示溫度。溫度包括:環境溫度、BMM3.1的數據。


b.報警功能


1)通訊連接報警。


2)溫度過高或者過低報警。


3)單體電壓過高及過低報警。


4)組端電壓過高或者過低報警。


5)BMM3.1錯誤報警。


c.保護


1)單體電壓過低或者過高保護。


2)溫度過低或者過高保護。


3)組端電壓過高或者過低保護。


d.參數設置


1)電池組安裝及運行參數的設置


2)網絡通訊參數設置


3)接口協議參數設置


4)ESGU參數設置


儲能系統管理單元實物圖


3.3BMS系統保護方式


儲能用BMS和PCS及后臺都有數據通信,通信方式與PCS是以太網或RS485的方式,與后臺監控是以太網的方式,采用的通信協議都是Modbus或IEC61850(可選),確保當BMS和PCS間出現通信異常時,BMS、電池、后臺能正常工作。


電池管理系BMS與后臺通信采用標準Modbus協議或IEC61850(可選),具有高性能、高可靠性、實時性的通訊能力,具有多種錯誤檢測方式,保證龐大數據量上傳及指令下發的準確性和及時性。


BMS通過以太網(或RS485)和兩路硬接點兩種方式與PCS進行聯系,保證在電池組出現嚴重故障時及時停運。


3.4BMS系統通信方法


整個儲能系統容量為28MWh;系統由14臺PCS的電池單元組成,系統采用2V/1000Ah的鉛酸單體電池。


儲能系統采用336節2V/1000Ah的電池組串連構成一組電池,三組電池并聯構成一個電池單元,每個電池單元容量為2MWh,即336節×2V×1000Ah×3=2.016MWh;每個最小模塊支持24節單體電池,336節電池要336/24=14個模塊;


整個儲能系統14個電池單元累計總容量為2.016MWH×14=28.224MWH;儲能逆變器的常見效率在92%~95%,所以整個儲能的實際容量為28.224MWH×0.92=25.97MWh,架構如下:


系統在直流側采用三組電池并聯后接入單級式500KWPCS,電池簇接入PCS的功能示意圖如下:


儲能系統總容量為336節×2V×1000Ah×3組×14PCS×92%=25.97MWh,系統采用鉛酸電池作為儲能單元,采用帶主動無損均衡和容量診斷的電池管理系統(BMS),采用目前市面上成熟的雙向逆變器(PCS)組成,整個系統由后臺統一控制,電池采用電池架立式安裝。


4對鉛酸電池儲能廠房要求


關于大型儲能型廠房的設計有很多要求,既要保證鉛酸電池工作在額定工作溫度,延長儲能單元工作壽命,又要配置安防系統,確保系統安全工作運行,從以下幾個方面要對儲能用大型機房進行設計;


溫控系統


要保證廠房內立體空間的整體溫度均勻度在5度這間,以保證鉛酸電池單體整體放電的均恒性,為此要按需設計整個廠房立體空間的熱管理系統。要配置風道及新風系統。


排氫系統


由于密封式閥控式鉛酸蓄電池在過充的情況下會出現析氫的反應,導致內部壓力增大,從而要配備氫氣檢測與排氫系統。鑒于整個房間內平面空間比較大,假如單在廠房一側設置排氫扇很難達到排氫要求,另外由于氫氣比較輕,通常均在整個房間的最上層,因此要在整個房間的最頂部設立氫氣檢測專感器及專用的排氫通道。此系統自動運行,可以實現按時排氫及按照氫濃度控制自行排氫等。


溫度要控制在5~35度,濕度為40%~80%,布線建議采用懸掛式的線架布線,方便維修。根據《建筑地面工程施工質量驗收規范》GB50209規定的平整度為4mm/2000mm,故本次廠房地面同樣要滿足此平整度要求。承重每平米2噸。針對本項目,所建造的廠房要有獨立的供電系統、溫濕度系統、隔熱阻燃系統、火災報警系統、安全逃生系統、消防系統、排氫系統等自動控制和安全保障系統。


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