储能电站系统组成与功能性解析

来源：能见Eknower发布时间：2018-06-28 13:42:42

电池储能系统可以作为多种电力能源与稳定的电力需求之间的缓冲器，可以增加像风能、太阳能等不稳定电源的发电能力及法定质量。还可以用于一般的电网配电用户的削峰填谷，将谷时电价的电能以直流电的形式储存在电池矩阵(电堆)中，到峰时电价时段，再以工频(50Hz)向各个用电器和用电方面输出，等于是在高价时段使用了低价时段的电能，其差价就是峰谷差储能节电的收益。

下面是一般的电池储能电站系统的主要组成：

系统示意图：

变压器及高压开关柜

将电网输来的电网电压(10KV、6KV或其他等级的电压)转换成用户的用电器和用电方面所需的电压等级(如0.4KV)

低压开关及控制柜

用于充放电和电能输出的控制及管理

控制系统

电池能量存储系统由可编程逻辑控制器(PLC)和人机界面(HMI)进行控制。PLC系统的关键功能之一是控制储能系统的充电时间和速率。例如：PLC可以接收用电价格的真实时间数据，并且根据允许的最大用电需求、充电状态以及用电高峰/非高峰时的价格对比，决定怎样快速地给电池系统重新充电。这个决策是动态的而且能够根据具体情况优化。通过标准化的通信输入、控制信号和电力供应，它与系统其余部分集成在一起。它可以通过拨号或因特网进行访问。它有多重防卫层以限制对它的不同功能的访问，并且为远程监控提供定制的报告和报警功能。

电力转换系统(PCS)

电力转换系统的功能是对电池进行充电和放电，并且为本地电网提供改善的供电质量、电压支持和频率控制。它有一个能进行复杂而快速地动作、多象限、动态的控制器(DSP)，带有专用控制算法，能够在设备的整个范围内转换输出，即循环地从全功率吸收到全功率输出。目前通常采用的是双向逆变器。

电池矩阵(电堆)

电池矩阵(电堆)是由若干单电池组成。

电池储能系统能够用来节约电网系统的固定设备投资;提高电网设备利用率，降低最终用户的使用成本。

储能系统在输配电系统中可以实现的其它重要优势包括：

通过无功补偿和电压调节提高服务可靠性和电能质量;

削峰填谷，存储谷电力在峰时出售，由此降低高峰价格波动的市场风险并控制能源不均衡的高额费用;

通过本地供电、修正功率因数、调节电压减少线损;

减少线路拥堵，在能源供给的瓶颈部分提供顺畅通道;

基本用户可以实现在用电高峰使用谷值电力，增加设备使用价值以及容量扩展。

削峰填谷

储能系统可以在配电端减低用户能量负载峰值，这将促进电网设备利用并满足终端客户需求。电网负载系数从而得到提高。

智能电网

智能电网是未来发达电网管理系统的一个重要组成部分，储能技术在其中拥有巨大的市场空间。

从投资额以及电能质量考虑，一般分为两类模式：

1、峰时全部采用谷时电能输出，这种模式的电池矩阵规模和输出逆变器都比较大，其储能能量也最大，电池矩阵中所存储的电能可以满足峰时时段的全部用电，即储能电站系统在峰时向用电器和用电方面输出的电能全部由所存储的谷时电能承担，由电网接入的工频电能只作为充电电源和后备电源。这种模式的峰谷差节能收益最大，但是投资也最大，而且由于向用电器和用电方面所输出的全部是PWM波形，所以对电能质量的治理的要求也最高。在这里称为A模式。

2、峰时输出的电能，由谷时存储的电能与电网接入的工频电能共同承担，即在峰时时段由储能电站系统和电网接入的工频电能并联向用电器和用电方面输出所需的电能。这种模式的电池矩阵规模和输出逆变器都比A模式的小(比如50%)，其储能能量也相对小(比如50%)，电池矩阵中所存储的电能只需满足峰时的部分用电(比如50%)。这种模式的峰谷差节能收益比A模式的小，但是投资也小，而且由于向用电器和用电方面所输出的全部电能是由PWM波形和电网工频这两种电能的叠加，所以对电能质量的治理的要求也比较低。在这里称为B模式。

另外从投资额以及电池矩阵规模还可以分为另外两种子模式：

3、一次充电模式，这种模式的电池矩阵规模比较大，其储能能量也比较大，电池矩阵中所存储的电能可以满足除谷时时段以外的全部时段的用电，即储能电站系统在谷时时段一次所存储的电能，足够在峰时时段和平时时段向用电器和用电方面输出电能。这种模式的峰谷差节能收益比较大，但是投资也比较大。在这里把这种子模式与A模式的组合称为A1模式，把这种子模式与B模式的组合称为B1模式。

4、二次充电模式，这种模式的电池矩阵规模比较小，其储能能量也比较小，电池矩阵中所存储的电能只需满足上午峰时时段的用电即可，即储能电站系统在谷时第一次所存储的电能，在上午的峰时时段可以向用电器和用电方面输出电能。而在中午和下午的平时时段再次向储能电站系统充电，储能电站系统用第二次充电所存储的电能在傍晚和晚上的峰时时段向用电器和用电方面输出电能。由于平时时段的电价高于谷时时段的电价，所以这种模式的峰谷差节能收益比较小，但是投资也相对比较小。在这里把这种子模式与A模式的组合称为A2模式，把这种子模式与B模式的组合称为B2模式。

用电池作为储能器件在谷时时段储能，在峰时时段用逆变器产生PWM波向用电器和用电方面输出电能的储能电站，虽然其技术基本上是成熟的，几乎没有什么壁垒，总体技术含量也不是很高。但是究其细节，从用电和电网对电能质量的要求方面考虑，就必须使其向用电器和用电方面输出的电能，以及向电网反馈的电能质量相关的规定。不光是要保证向用电器和用电方面输出电能的质量，还必须满足向电网反馈的电能质量的要求。

如果采用目前通常的电池储能电站的建设方案，不光是必须对输往用电器和用电方面的电能质量进行治理，以消除对用电质量的不良影响，还必须对反馈到电网的电能质量进行治理，以满足国家对电网电能质量的要求。这就必须在储能电站设计和安装高电压、大功率电能治理装置(如SVG等)，这就必然产生下面的三个主要问题：1、大大增加了建设成本;2、由于SVG等电能治理设备对于波形畸形的治理会消除一部分诸如谐波等的电能，谐波也是电能，消除一些就少一些，所以会使节能收益有所降低;3、SVG等电能治理装置都是动态运行的电力电子设备，故障率和运维工作量都比较大，增加的运维成本也会使节能收益有所降低。

如果采用特殊接法的三相平衡变压器替代普通的变压器，再通过三相平衡器向用电器和用电方面输出所存储的电能，可以大大降低诸如谐波等波形畸形对用户的用电质量和对电网电能质量的影响。对于B1和B2模式的电池储能电站，完全可以不采用任何电能治理设备而满足用户的用电质量要求和国家对电网电能质量的要求。相应的就有了下面的三个主要优势：1、减少了建设成本;2、减少了SVG等电能治理设备对于波形畸形治理时对诸如谐波等电能的消除，使节能收益有所增加;3、三相平衡变压器和三相平衡器是静态运行的，不会产生任何故障，无需运维和运维成本。

下面是采用特殊接法三相平衡变压器和三相平衡器的电池储能电站的示意图：