一个典型的分布式储能系统架构
电控知识搬运工 2024-06-14

煤炭是我国重要的化石能源和工业原料,是一次能源消费中占比最大的品种,也是我国产量最大、资源最为丰富的化石能源,将长期在我国能源体系中发挥“压舱石”重要作用,但在能源消费结构中的占比将持续下降,从主体能源逐步过渡到支撑能源、托底能源,能源转型正在牵引我国经济社会全面绿色低碳发展。


而储能技术是紧紧牵动着新能源行业发展的,新型储能不仅是构建新型能源体系、推动能源绿色低碳转型的重要装备基础和关键技术,而且是助力实现“双碳目标”的重要支撑。储能具有消除昼夜峰谷差,实现平滑输出、调峰调频和备用容量的作用,满足了新能源发电平稳、安全接入电网的要求,可以有效减少弃风、弃光现象。


下面是一个典型的分布式储能系统架构:

储能系统由电池、电器元件、机械支撑、加热和冷却系统(热管理系统)、双向储能变流器(PCS)、能源管理系统(EMS)以及电池管理系统(BMS)共同组成。电池通过排列,连接组装成电池模组,再和其他元器件一起固定组装到柜体内构成电池柜体。下面我们针对其中重要的部分进行介绍。


1、电池

作为新型储能的关键技术路线之一,新型储能电池在提高可再生能源消纳比例、保障电力系统安全稳定运行等方面发挥重要作用锂电池作为储能关键器件,是决定电化学储能进步的“中枢”。锂电池按照正极材料不同分为磷酸铁锂电池和三元锂电池。储能市场主要以磷酸铁锂电池为主,消除昼夜峰谷差是储能系统的主要应用场景,而产品使用时间直接影响到项目收益。


2、热管理
如果把电池比喻成储能系统的身体,那么热管理系统就是储能系统的“衣服”。电池和人一样,也需要在舒适的温度环境(23~25℃),才能发挥最高的工作效率。如果电池工作温度超过50℃,电池寿命会快速衰减。而温度低于-10℃时,电池会进入“冬眠”模式,无法正常工作。
从电池面对高温和低温的不同表现可以看出,处于高温状态的储能系统寿命和安全性会受到巨大影响,而处于低温状态的储能系统则会彻底罢工。热管理的作用就是根据周围环境温度,来给储能系统舒适的温度。从而使整套系统得以“延年益寿”。
3、电池管理系统(BMS)
电池管理系统的英文名是BATTERY MANAGEMENT SYSTEM,它是电池与用户之间的纽带,主要就是为了能够提高电池的利用率,防止电池出现过度充电和过度放电。“高矮胖瘦”等参数对应到储能系统中,是电压、电流和温度三个数据。根据复杂的算法,可以推测出系统的SOC(荷电状态),热管理系统的启停,系统绝缘检测和电池间的均衡。BMS应以安全作为设计初衷,遵循“预防为主,控制保障”的原则,系统性的解决储能电池系统的安全管控。
4、双向储能变流器(PCS)
其实储能变流器在日常生活中十分常见,手机充电器的功能是将家用插座中的220V交流电,转换为手机内电池所需的5V~10V的直流电。这与储能系统在充电过程中将交流电转换为电池堆所需直流电的模式是一致的。

储能系统中的PCS可以理解为一个超大号的充电器,但与手机充电器的区别在于它是双向的。双向PCS充当了电池堆与电网端之间的桥梁,一方面将电网端的交流电转化为直流电为电池堆充电,另一方面将电池堆的直流电转换为交流电回馈给电网。

5、能源管理系统(EMS)
一位分布式能源的研究者曾经说过“好方案源于顶层设计,好系统出于EMS”,由此可见EMS在储能系统中的重要性。

能源管理系统的存在,是为了将储能系统内各子系统的信息汇总,全方位的掌控整套系统的运行情况,并作出相关决策,保证系统安全运行。EMS会将数据上传云端,为运营商的后台管理人员提供运营工具。同时,EMS还负责与用户进行直接的交互。用户的运维人员可通过EMS实时的查看储能系统的运行情况,做到实施监管。



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