电化学储能电站电气设计主要特点

电化学储能电站电气设计主要特点

郭继尧

（西南电力设计院有限公司，成都610021）

摘要：本文以淮北皖能储能电站（103MW/206MWh）工程为蓝本，介绍电化学储能电站在电气主接线、储能系统、计算机监控系统及电气设备布置等方面的电气设计主要特点。电化学储能电站应用前景日益广阔，其电气设计的相关研究对此类电厂的建设具有重要的指导意义。

关键词：电化学储能电站；电气主接线；储能系统；计算机监控系统；电气设备布置

前言

当前世界各国正在大力发展清洁能源。随着能源需求稳步增长和“三高”问题（煤炭消费占比高、油气对外依存度高、单位GDP能耗高）影响日益突出，我国能源电力发展面临保障持续稳定供应和加快清洁低碳转型的双重挑战。发展新能源成为保障我国能源安全的必然选择。

为了实现“3060”碳达峰碳中和的“双碳目标”，需要大规模发展新能源，逐步替代火电，构建以新能源为主体的新型电力系统。为了保障电网稳定性需要配置大量储能。新型储能是指除抽水蓄能以外的新型储能技术，包括电化学储能、压缩空气储能、飞轮储能、储热、储冷、储氢技术等。当前新型储能发展初步形成以电化学储能为主体，多元储能协同发展的产业格局。装机规模最大的锂离子电池储能已从“商业化初期”迈入“规模化发展”的新阶段。新型储能具有低成本、高可靠和长寿命等优点，是实现碳达峰碳中和目标的重要支撑，成为催生国内能源新业态、抢占国际战略新高地的重要领域。

淮北皖能本期拟建设103MW/206MWh储能电站，储能电池拟选用磷酸铁锂电池。文章以此电站为蓝本，介绍电化学储能电站的电气系统主要设计特点。

1电化学储能电站概述

电化学储能电站是采用电化学电池作为储能元件，可进行电能存储、转换及释放的电站。

常规电化学储能系统主要由电池系统(BatterySystem，BS)、功率转换系统(PowerConversionSystem，PCS)、电池管理系统(BatteryManagementSystem，BMS)和监控系统等四部分组成。

电化学储能技术比较成熟，建设周期短，功率和能量可根据不同应用需求灵活配置，充放电响应速度快。具有调峰、调频、调相、系统动态有无功响应、应急电源、黑启动电源等控制功能。电化学储能在电网调峰调频中应用广泛，覆盖了电厂侧、电网侧和用户侧，运行控制简单，可以实现无人操作。

磷酸铁锂电池放电电压稳定，能量密度大，寿命长，自放电率低，无记忆效应。不含有毒的重金属，对环境无污染。

电化学储能电站至少具备以下应用功能:削峰填谷、跟踪计划出力、改善电能质量、紧急电源支撑和需求响应。储能电站可以在用电低谷时充电储能，用电高峰时释放电能，突发故障时提供备用电源，为电网安全稳定运行提供有力支撑。

2电化学储能电站电气设计主要特点

下面主要对淮北皖能储能电站在电气主接线、储能系统、计算机监控系统及电气设备布置等方面的电气设计主要特点进行介绍。

2.1电气主接线

电化学储能电站主接线设计应遵循《电化学储能电站设计规范》等规程的相关要求。

淮北皖能储能电站规划建设103MW/206MWh储能电站，远期规划再建设400MW/800MWh储能电站。储能电池拟选用磷酸铁锂电池。每两个电池舱对应一个变流升压舱（PCS＋升压变）组成一个3.42MW/6.84MWh的储能单元，全站设置30套3.42MW/6.84MWh储能单元。另设1套由一个电池舱对应一个变流升压舱（PCS＋升压变）组成一个1.71MW/3.42MWh的储能单元。全站31套储能单元共计104.3MW/208.6MWh。

配套的电池控制柜、汇流柜、消防、液冷系统及暖通系统集成安装于一个预制电池舱中，由电池厂家成套提供。储能单元之间采用环网接线，每4个单元串接后接至35kV配电装置。35kV配电装置采用单母线接线共设两段母线，每13.68MW组成一条集电线路，其中＃1－＃4、＃5－＃8、＃9－＃12和＃13－＃16储能子系统经4回集电线路接入35kVI母，＃17－＃20、＃21－＃24、＃25－＃28、＃29－＃31储能子系统经4回集电线路接入35kVII母，两段母线之间不设置联络，每段出线1回经封闭母线T接后接入主变低压侧。主变压器通过220kV电缆接入现有皖能淮北国安电厂220kV配电装置，220kV配电装置为户外敞开式，采用双母线接线方式。

该储能站35kV系统采用经电阻接地，主变高压侧中性点按直接接地和不接地两种方式。

2.2储能系统

该电站储能系统本期建设规模为103MW/206MWh，由30个3.42MW/6.84MWh和1个1.71MW/3.42MWh储能单元组成。3.42MW/6.84MWh储能单元包含1个3.45MW变流升压舱和2个3.42MWh电池系统舱。1.71MW/3.42MWh储能单元包含1个1.725MW变流升压舱和1个3.42MWh电池系统舱。实际配置总容量为104.3MW

/208.6MWh，共包含61个3.42MWh电池舱和31个变流升压舱。储能电站35kV交流侧效率不低于88.5％（含站用电损耗，日均等效满充满放次数≥2）。

2.3计算机监控系统

该电站采用一套计算机监控系统，按照“无人值班/有人值守”运行模式设计，实现对储能电站可靠、合理、完善的监视、测量、控制、断路器合闸同期等功能，并具备遥测、遥信、遥调、遥控全部的远动功能和时钟同步功能，具有与调度通信中心交换信息的能力。具体功能包括信号采集、“五防”闭锁、顺序控制、远端维护、智能告警等。

计算机监控系统采用双机双网冗余配置，以太网连接，由站控层、间隔层和网络设备等构成，并采用分层、分布、开放式网络系统实现连接。站控层和间隔层分别按远景规模和本期规模配置。

储能电站计算机监控系统能够实现多个储能单元的协调控制，并根据其定位实现削峰填谷、系统调频、无功支撑、电能质量治理、新能源功率平滑输出等控制策略。与电池管理系统、功率变换系统通讯应快速、可靠，通讯规约统一采用IEC61850规约。

储能电站自动化系统监控范围包含储能电池、储能变流器PCS、35kV高压电源系统、站用变及站用低压电源、交流一体化电源等。

储能电站监控系统根据系统的要求和储能电站的运行方式，实时完成对储能电站、控制电源系统和电气设备的自动监控和调节，并同时在智能控制调度系统内集成储能PCS和电池本体监控软件，可以对电池本体的监测和对PCS的监控功能。电池储能监控平台用于电池储能系统的监视和控制，协调储能系统的协调运行及系统接入，实现电池储能系统的应用。除实现常规三遥（遥测、遥信、遥控）功能外，储能监控系统根据不同的控制需求，具有多种应用方式，如削峰填谷的应用功能等。

结束语

以上通过对电化学储能电站电气部分的几个重要方面进行分析，其主要特点归纳总结如下：1）电化学储能电站电气主接线中高压侧接线形式一般采用单母线或单母线分段等接线形式。2）储能系统中锂离子电池多采用安全、可靠、环保型的磷酸铁锂电池。3）大中型储能电站计算机监控系统采用双机双网冗余配置，通信网络采用以太网连接，由站控层、间隔层和网络设备等构成，并采用分层、分布、开放式网络系统实现连接。4）储能电池的现场安装一般采用预制舱式的设计方案。该方案可大幅缩减工程土建施工、电池接线和安装调试的工期。同时，预制舱作为可移动设备，今后还可随电网运行应急的需要进行灵活调配。

随着储能系统设备制造工艺和应用技术的不断发展完善，电化学储能电站的电气设计方案也将不断更新。

参考文献：

[1]GB 51048-2014电化学储能电站设计规范[S].

[2]Q/GDW1886－2013电池储能系统集成典型设计规范[S].

[3]Q/GDW10769－2017电化学储能电站技术导则[S].

1