陈强：用户侧储能系统集成开发与应用
发布日期：2017/8/28
8月25-26日，首届全国用户侧储能细分市场开发与应用高层研讨会在江苏无锡太湖饭店召开。研讨会由江苏省电机工程学会、国网江苏省电力公司电力科学研究院、全国微电网与分布式电源并网标准化技术委员会、中国化学与物理电源行业协会储能应用分会联合主办。会议吸引了国内近400位学术、行业专家及企业高层代表，就“用户侧储能细分市场开发和应用深化”的主题展开深度研讨。 江苏峰谷源储能技术研究院有限公司副总经理陈强以《用户侧储能系统集成开发与应用》为题，发表了主题演讲。
陈强：我今天汇报的题目是《用户侧储能系统集成开发与应用》，主要分三个部分，第一是储能系统集成关键技术，第二是储能系统在用户侧应用，第三是猛狮科技在储能领域的开拓。
储能系统主要三部分构成，电池存储系统、功率转换系统PCS、能量管理系统EMS。储能系统的开发流程可以分四个阶段：第一阶段是分系统设计，电池系统主要是电池的选型、电池管理和安全设计，功率系统主要是电气设计、结构设计和控制软件的开发，监控系统主要是监控系统的方案设计、硬件设计和软件开发；第二阶段是系统集成，主要是储能房/储能集装箱的电气仓和电池仓结构设计、温控、消防、照明、环境监测系统等；第三阶段是生产施工，设备生产和调试，还有项目现场的土建施工；第四阶段，系统调试，设备到项目地安装、调试和跟业主的对接。
这是集装箱储能系统，整个系统的外形图。这是内部的结构，40尺集装箱标准柜具有照明、独立的供电和温度烟感控制和直流配电以及内部的所有设备。
电池PACK的流程，电池配组，根据容量、电压、放电率的一致性原则，选电池进行配组，然后模块组装，BMU的安装，线束的连接、测试等。电池系统成簇设计的流程，电池组成一个PACK，里面包括BMU，数个PACK加上高压盒串联组成一个电池簇，多个电池簇并联组成一个电池系统。电池管理系统，分三层，最底层是BMU，电池模组的管理单元，往上是电池簇管理单元BCMS，最上层是电池堆管理单元BAMS。BMU主要是检测模组里面电池的电压电流、内阻，对电池系统进行监管和报警，然后进行均衡。BCMS主要是管理一个电池簇里面的BMU，然后检测整个电池簇的电压、电流，并且标定SOC，电池出现故障异常时，可以断开高压盒的接触器，使电池簇退出运行。BAMS主要是一个通讯功能，它对下与BCMS进行通讯，同时跟EMS和PCS进行通讯。
电池系统长期运行以后，电池之间的特性总会有差异，我们需要进行一个主动均衡，分三层控制：BMU底层控制实现电池组内均衡；一个簇里面的组间均衡是借助BCMS提供控制策略，然后由BMU来完成的；簇间均衡控制主要是由BAMS联合PCS实现。BMS保护及控制策略：首先高压盒的通断控制，继电器的控制，高压盒是电池簇进入了直流汇流箱的一个端口，可以说是电池系统到电气系统的一个端口，那么它的通断控制是保证电池系统在适宜的电压和环境状态下进行工作；还有预充回路的控制，为了防止冲击电流对功率其件造成损伤，所以加了一个预充回路控制；还有双供电电源控制，主要是防止直流电源持续放电造成电池系统过放；还有簇间均衡防环流控制，防止电池簇间过大环流对功率器件和电池造成损坏；还有EMS和PCS的通信控制，用于通过EMS和PCS执行相关的充放电动作。
接下来功率转换系统PCS，PCS主要的工作是四象限变换(能量的双向流动)，有功无功调节，黑启动，充放电管理，运行状态控制，通讯管理，后台监控。主要用途是四点：平衡新能源发电上网功率，平衡电网的负荷峰谷，优化配电网电能质量，应急供电。
主要拓扑是两种，DC/AC单级拓扑和DC/DC与DC/AC串联双级拓扑。单级拓扑主要应用在电池电压比较高的场合，像锂电池系统，我们一般是串联到200串左右，额定电压大概600多伏。两级式拓扑是用在一些电池电压比较低的如铅酸电池、钒液流电池等电池系统电压较低的系统里面，需要DC/DC进行升压然后再逆变。另外还应用在一些多直流电源输入的场合，需要DC/DC进行功率的分配。
并离网的智能切换箱柜，主要用在一些微电网系统里面，由断路器，静态开关，还有控制板组成。控制板控制系统检测静态开关两端的电压电流，通过静态开关的通断控制实现并网向离网的转换，以及离网向并网的同期控制。另外带电操的断路器控制信号，可以实现离网运行下的负荷投切。
技术关键点，分成四个方面：第一是并网运行模式，动、静态电网支撑和低电压穿越；第二是离网运行模式，这是主要难点所在，非线性负荷下的谐波抑制，冲击性负荷抑制，三相不平衡负荷下微电网电压控制，我们常规可以采用三相电压的正负序分离进行控制，变流器交流并联协调控制，可以采用下垂控制，还有基于VSG的控制方式；第三是并离网运行模式的切换，非计划性并网切向离网的稳定性控制，离网转并网的同期并网控制；第四是多储能系统的协调控制，多储能的均衡充放电控制，尤其离网模式下实现微电网系统多个储能系统的电量均衡控制。
接下来介绍一种控制系统软件开发方法。通常电气仿真是使用MATLAB/SIMULINK可视化仿真平台，SIMULINK提供了一个封装子模块库Embedded Coder，它提供了相应的封装子模块，能够与仿真得到的控制模块组成一个控制程序转换模型，直接生成控制系统软件程序。首先看Target Preferences封装子模块，它有四个主要功能，控制芯片的选型、储存空间的分配、section的设置、外围设备的设置。Embedded Coder还提供了一些子模块库，有控制芯片各个外围设备的应用封装子模块库提供了如ADC、CAN、SPI、I/O口输入输出、PWM等模块，DMC模块库提供了常用的控制子模块，Memory Operations模块库提供了赋值和拷贝的功能，IQmath模块库提供了IQmath相应的子模块，这些模块可以帮助我们结合控制仿真系统的控制模块建立一个控制系统软件生成模型。
这页PPT左边显示的是一个电气系统仿真模型，仿真通过后把Controller这个控制模块拿出来，结合相关的Embedded Coder中的子模块，构建出PPT右边显示的源程序转换模型，有两个中断，一个是ADC中断，一个是串口通讯中断，还有主循环程序模块，将它编译在CCS里生成相应的控制系统软件程序，然后上电调试。本人用这个方法也开发了几款产品，个人的经验分享，这一方法能够极大地提高产品开发进程，它的最大问题就是生成的程序的可读性比较差。
能量管理系统，这是一个储能监控系统拓扑结构，它分实时监控区和数据采集区。
我们看一下储能系统在用户侧应用，主要是削峰填谷、负荷转移、微电网中的应用和需求侧响应。
第三部分汇报猛狮科技在储能领域的开拓。主要三个部分：一是电池生产基地，这也是猛狮科技目前资产最重的产业，两个基地计划总投资60亿元人民币，分别是福建猛狮新能源动力锂电池生产基地，和猛狮宜城高端锂电工业园；第二是储能设备制造及系统集成，就是我所在的江苏峰谷源储能技术研究有限公司；第三是在储能项目方面的开拓，目前已经落地的项目是陕西可再生能源发电和储能综合应用产业基地，湖北可再生能源发电和储能综合应用产业基地，另外一些项目正在洽谈中，其中一些项目规模比较大。
福建猛狮新能源动力锂电池生产基地，它占地450亩，总产能是6GWh，2020年达产，目前已经开始量产了，达产后年产值大概是100亿人民币左右，主要生产圆柱三元电池，18650和21700，左边是它的鸟瞰图，在福建省漳州市诏安县经开区，总投资30亿元人民币。
猛狮宜城高端锂电工业园，位于湖北省宜城市经济开发区，占地457亩，年产能是4GWh，主要生产40Ah以上的三元方壳电池、磷酸铁锂电池，右边是它的鸟瞰图，总投资30亿元人民币，是一个环境优美，设备完全现代化的锂电工业园区。
接下来介绍一下江苏峰谷源储能技术研究院有限公司，于2012年9月在镇江成立，2015年11月正式并入猛狮科技。主要在四个方面进行深耕：一是储能系统的核心部件，以PCS为核心的电气系统的自主开发、电池PACK和成组的设计；第二是储能系统的集成设计和生产装配；第三是储能项目的EPC，工程总包；第四是储能项目运维平台的建设。
这是我们在储能系统方面的主要产品，大功率PCS，大容量电池PACK，兆瓦时集装箱储能系统。
这是公司资质，是高新技术企业，还有我们部分专利证书，峰谷源是一个具有自主知识产权的高科技企业。
接下来是我们储能方面的主要项目。
首先是定边可再生能源发电和储能综合应用产业基地。定边县地处陕甘宁蒙四省交界，是国家首批绿色能源示范县，风光资源非常丰富。去年的SNEC展会上，定边县和猛狮科技签署的《合作共建可再生能源发电和储能综合应用产业基地框架协议》，双方计划在四年之内，在定边投资建设500兆瓦时的储能电站，100兆瓦的地面光伏电站，100兆瓦的风电站，50兆瓦的光热电站，形成西北地区规模较大的可再生能源发电和储能综合应用示范中心。整个投资规模总计是56.2亿人民币。项目一期在今年的3月25号开工，是一个10兆瓦时的锂电池储能示范电站，它以解决光伏电站弃光为目的，提高光伏电站并网电能质量，建设一个依托100MW光伏电站的储能电站示范工程，已完成主体工程，即将并网。这是目前一期10MWh储能电站的鸟瞰图。光伏电站、储能电站的智能协调工作，实现储能电站的无人值守，凸现能量管理系统优化调度控制的效果。在电站设计方面我们主要原则是光伏弃光的最大限度消纳，还有储能电池使用的最佳效能的原则。
项目主要分三期，初期是一个10兆瓦时的示范电站，计划是2017年6月30号并网，中期是2019年5月完成建设500兆瓦时的储能电站，100兆瓦的光伏电站，还有100兆瓦的风力电站，50兆瓦的光热发电站，吸纳定边县及周围的弃风、弃光，并通过储能电站实现平稳并网，为电网提供备用储能控制服务。
远期是2020年5月完工，建设一个以储能主要部件生产、组装和测试为一体的现代化工厂项目，并建设一座调度中心和监控中心，组成定边县周边区域的能源互联网，形成可再生能源和电池储能综合应用示范中心。
在宜城我们主要有两大投资，刚刚介绍了一个投资30亿元的锂电池生产基地项目，另一个是可再生能源发电和储能综合应用基地的项目，整个项目规模是600兆瓦的光伏电站、200兆瓦的风电站、以及200兆瓦时的储能电站。
来源：中国储能网
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