下面是一般的電池儲(chǔ)能電站系統(tǒng)的主要組成:
系統(tǒng)示意圖:
變壓器及高壓開關(guān)柜
將電網(wǎng)輸來的電網(wǎng)電壓(10KV、6KV或其他等級(jí)的電壓)轉(zhuǎn)換成用戶的用電器和用電方面所需的電壓等級(jí)(如0.4KV)
低壓開關(guān)及控制柜
用于充放電和電能輸出的控制及管理
控制系統(tǒng)
電池能量存儲(chǔ)系統(tǒng)由可編程邏輯控制器(PLC)和人機(jī)界面(HMI)進(jìn)行控制。PLC系統(tǒng)的關(guān)鍵功能之一是控制儲(chǔ)能系統(tǒng)的充電時(shí)間和速率。例如:PLC可以接收用電價(jià)格的真實(shí)時(shí)間數(shù)據(jù),并且根據(jù)允許的最大用電需求、充電狀態(tài)以及用電高峰/非高峰時(shí)的價(jià)格對(duì)比,決定怎樣快速地給電池系統(tǒng)重新充電。這個(gè)決策是動(dòng)態(tài)的而且能夠根據(jù)具體情況優(yōu)化。通過標(biāo)準(zhǔn)化的通信輸入、控制信號(hào)和電力供應(yīng),它與系統(tǒng)其余部分集成在一起。它可以通過撥號(hào)或因特網(wǎng)進(jìn)行訪問。它有多重防衛(wèi)層以限制對(duì)它的不同功能的訪問,并且為遠(yuǎn)程監(jiān)控提供定制的報(bào)告和報(bào)警功能。
電力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)(PCS)
電力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的功能是對(duì)電池進(jìn)行充電和放電,并且為本地電網(wǎng)提供改善的供電質(zhì)量、電壓支持和頻率控制。它有一個(gè)能進(jìn)行復(fù)雜而快速地動(dòng)作、多象限、動(dòng)態(tài)的控制器(DSP),帶有專用控制算法,能夠在設(shè)備的整個(gè)范圍內(nèi)轉(zhuǎn)換輸出,即循環(huán)地從全功率吸收到全功率輸出。目前通常采用的是雙向逆變器。
電池矩陣(電堆)
電池矩陣(電堆)是由若干單電池組成。
電池儲(chǔ)能系統(tǒng)能夠用來節(jié)約電網(wǎng)系統(tǒng)的固定設(shè)備投資;提高電網(wǎng)設(shè)備利用率,降低最終用戶的使用成本。
儲(chǔ)能系統(tǒng)在輸配電系統(tǒng)中可以實(shí)現(xiàn)的其它重要優(yōu)勢(shì)包括:
通過無功補(bǔ)償和電壓調(diào)節(jié)提高服務(wù)可靠性和電能質(zhì)量;
削峰填谷,存儲(chǔ)谷電力在峰時(shí)出售,由此降低高峰價(jià)格波動(dòng)的市場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)并控制能源不均衡的高額費(fèi)用;
通過本地供電、修正功率因數(shù)、調(diào)節(jié)電壓減少線損;
減少線路擁堵,在能源供給的瓶頸部分提供順暢通道;
基本用戶可以實(shí)現(xiàn)在用電高峰使用谷值電力,增加設(shè)備使用價(jià)值以及容量擴(kuò)展。
削峰填谷
儲(chǔ)能系統(tǒng)可以在配電端減低用戶能量負(fù)載峰值,這將促進(jìn)電網(wǎng)設(shè)備利用并滿足終端客戶需求。電網(wǎng)負(fù)載系數(shù)從而得到提高。
智能電網(wǎng)
智能電網(wǎng)是未來發(fā)達(dá)電網(wǎng)管理系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分,儲(chǔ)能技術(shù)在其中擁有巨大的市場(chǎng)空間。
從投資額以及電能質(zhì)量考慮,一般分為兩類模式:
1、峰時(shí)全部采用谷時(shí)電能輸出,這種模式的電池矩陣規(guī)模和輸出逆變器都比較大,其儲(chǔ)能能量也最大,電池矩陣中所存儲(chǔ)的電能可以滿足峰時(shí)時(shí)段的全部用電,即儲(chǔ)能電站系統(tǒng)在峰時(shí)向用電器和用電方面輸出的電能全部由所存儲(chǔ)的谷時(shí)電能承擔(dān),由電網(wǎng)接入的工頻電能只作為充電電源和后備電源。這種模式的峰谷差節(jié)能收益最大,但是投資也最大,而且由于向用電器和用電方面所輸出的全部是PWM波形,所以對(duì)電能質(zhì)量的治理的要求也最高。在這里稱為A模式。
2、峰時(shí)輸出的電能,由谷時(shí)存儲(chǔ)的電能與電網(wǎng)接入的工頻電能共同承擔(dān),即在峰時(shí)時(shí)段由儲(chǔ)能電站系統(tǒng)和電網(wǎng)接入的工頻電能并聯(lián)向用電器和用電方面輸出所需的電能。這種模式的電池矩陣規(guī)模和輸出逆變器都比A模式的小(比如50%),其儲(chǔ)能能量也相對(duì)小(比如50%),電池矩陣中所存儲(chǔ)的電能只需滿足峰時(shí)的部分用電(比如50%)。這種模式的峰谷差節(jié)能收益比A模式的小,但是投資也小,而且由于向用電器和用電方面所輸出的全部電能是由PWM波形和電網(wǎng)工頻這兩種電能的疊加,所以對(duì)電能質(zhì)量的治理的要求也比較低。在這里稱為B模式。
另外從投資額以及電池矩陣規(guī)模還可以分為另外兩種子模式:
3、一次充電模式,這種模式的電池矩陣規(guī)模比較大,其儲(chǔ)能能量也比較大,電池矩陣中所存儲(chǔ)的電能可以滿足除谷時(shí)時(shí)段以外的全部時(shí)段的用電,即儲(chǔ)能電站系統(tǒng)在谷時(shí)時(shí)段一次所存儲(chǔ)的電能,足夠在峰時(shí)時(shí)段和平時(shí)時(shí)段向用電器和用電方面輸出電能。這種模式的峰谷差節(jié)能收益比較大,但是投資也比較大。在這里把這種子模式與A模式的組合稱為A1模式,把這種子模式與B模式的組合稱為B1模式。
4、二次充電模式,這種模式的電池矩陣規(guī)模比較小,其儲(chǔ)能能量也比較小,電池矩陣中所存儲(chǔ)的電能只需滿足上午峰時(shí)時(shí)段的用電即可,即儲(chǔ)能電站系統(tǒng)在谷時(shí)第一次所存儲(chǔ)的電能,在上午的峰時(shí)時(shí)段可以向用電器和用電方面輸出電能。而在中午和下午的平時(shí)時(shí)段再次向儲(chǔ)能電站系統(tǒng)充電,儲(chǔ)能電站系統(tǒng)用第二次充電所存儲(chǔ)的電能在傍晚和晚上的峰時(shí)時(shí)段向用電器和用電方面輸出電能。由于平時(shí)時(shí)段的電價(jià)高于谷時(shí)時(shí)段的電價(jià),所以這種模式的峰谷差節(jié)能收益比較小,但是投資也相對(duì)比較小。在這里把這種子模式與A模式的組合稱為A2模式,把這種子模式與B模式的組合稱為B2模式。
用電池作為儲(chǔ)能器件在谷時(shí)時(shí)段儲(chǔ)能,在峰時(shí)時(shí)段用逆變器產(chǎn)生PWM波向用電器和用電方面輸出電能的儲(chǔ)能電站,雖然其技術(shù)基本上是成熟的,幾乎沒有什么壁壘,總體技術(shù)含量也不是很高。但是究其細(xì)節(jié),從用電和電網(wǎng)對(duì)電能質(zhì)量的要求方面考慮,就必須使其向用電器和用電方面輸出的電能,以及向電網(wǎng)反饋的電能質(zhì)量相關(guān)的規(guī)定。不光是要保證向用電器和用電方面輸出電能的質(zhì)量,還必須滿足向電網(wǎng)反饋的電能質(zhì)量的要求。
如果采用目前通常的電池儲(chǔ)能電站的建設(shè)方案,不光是必須對(duì)輸往用電器和用電方面的電能質(zhì)量進(jìn)行治理,以消除對(duì)用電質(zhì)量的不良影響,還必須對(duì)反饋到電網(wǎng)的電能質(zhì)量進(jìn)行治理,以滿足國家對(duì)電網(wǎng)電能質(zhì)量的要求。這就必須在儲(chǔ)能電站設(shè)計(jì)和安裝高電壓、大功率電能治理裝置(如SVG等),這就必然產(chǎn)生下面的三個(gè)主要問題:1、大大增加了建設(shè)成本;2、由于SVG等電能治理設(shè)備對(duì)于波形畸形的治理會(huì)消除一部分諸如諧波等的電能,諧波也是電能,消除一些就少一些,所以會(huì)使節(jié)能收益有所降低;3、SVG等電能治理裝置都是動(dòng)態(tài)運(yùn)行的電力電子設(shè)備,故障率和運(yùn)維工作量都比較大,增加的運(yùn)維成本也會(huì)使節(jié)能收益有所降低。
如果采用特殊接法的三相平衡變壓器替代普通的變壓器,再通過三相平衡器向用電器和用電方面輸出所存儲(chǔ)的電能,可以大大降低諸如諧波等波形畸形對(duì)用戶的用電質(zhì)量和對(duì)電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響。對(duì)于B1和B2模式的電池儲(chǔ)能電站,完全可以不采用任何電能治理設(shè)備而滿足用戶的用電質(zhì)量要求和國家對(duì)電網(wǎng)電能質(zhì)量的要求。相應(yīng)的就有了下面的三個(gè)主要優(yōu)勢(shì):1、減少了建設(shè)成本;2、減少了SVG等電能治理設(shè)備對(duì)于波形畸形治理時(shí)對(duì)諸如諧波等電能的消除,使節(jié)能收益有所增加;3、三相平衡變壓器和三相平衡器是靜態(tài)運(yùn)行的,不會(huì)產(chǎn)生任何故障,無需運(yùn)維和運(yùn)維成本。
下面是采用特殊接法三相平衡變壓器和三相平衡器的電池儲(chǔ)能電站的示意圖:
圖中的《自支撐輸出柜》是可選的,如采用,可以增加儲(chǔ)能電池矩陣的輸出能量。