储能架构学习笔记一

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• 三、应用

前言

提示：这里可以添加本文要记录的大概内容：

提示：以下是本篇文章正文内容，下面案例可供参考

一、储能系统架构

电池储能系统(Battery Energy Storage System, BESS),主要由储能电池，功率转换(Power Conversion System, PCS)，电池管理(Battery Management System, BMS),能量管理(Energy Management System)等几部分组成（常用拓扑结构如图1所示）。

图1 储能系统图

电池是实现电能存储与释放的载体，其中磷酸铁锂电池具有能量密度高、循环寿命长、能量效率高等特点，使用最为广泛。

储能电池系统组成：数只电芯(Cell)串并联组成电池组(Module)，电池组经过串联组成电池簇(Rack),各电池簇相并联，构成大规模的电池储能系统。

电池管理系统负责对电池进行实时监测和管理，监测电池的电压、电流、温度、荷电状态、健康状态等，对电池充放电过程进行安全管理，防止过冲、过放，对可能出现的故障进行报警和应急处理，保证电池系统安全、稳定、可靠运行。

完整的储能系统BMS应包含电池组BMS、电池簇BMS、系统BMS，尤其是对大规模储能系统，三级BMS能最大程度上避免电压不均衡及其导致的过冲与过放。

储能变流器(PCS),是电池与电网或交流负载的接口，它不仅决定了储能系统输出的电能质量和动态特性，还在很大程度上影响电池的寿命。

根据PCS的级数不同，工频升压型PCS可以分为单级式和双级式。其中单级PCS根据输出电平又分为两电平、三电平、多电平，电平数量越多，输出电能质量越高。

单级式PCS效率高，结构简单，针对目前大规模应用的锂电池储能系统，单级式、三电平PCS应用最为广泛。

EMS具备系统监控功能、系统协调优化功能。EMS是独立BESS之外的上层“指挥”系统，向上可接入规模更大、更高级的EMS，接受其工作指令和参数设置，向下可调度储能本地控制器，实现能量调度与功率控制。

EMS总体架构可分为支撑平台和应用软件。支撑平台主要包括测量终端、传输通道、计算机、数据库等。应用软件包含数据采集与监控、能量管理、网络分析（储能系统控制结构如图2所示）。

图2 储能系统控制示意图

二、电池

在UPS的使用历史中，铅酸电池一直作为其储能载体。但近几年来，随着锂电池的快速发展，在使用寿命、能量比等方面，明显优于铅酸电池，UPS储能电池已不仅限于使用铅酸电池了，锂电池也逐渐成为许多厂家备选项。

在大规模储能应用领域，磷酸铁锂一直处于主导地位，以下为电池参数内容：

1） 电池容量

它表示电池充满电后，在一定放电率、温度、终止电压等条件下，电池放出的电量，通常定义为1h将电池完全放电的能量，单位为Ah。

2） 充放电倍率(C)

表征电池的充放电流大小，电池在规定的时间内放出其额定容量时所需要的电流值，它在数值上等于电池额定容量的倍数，通常以字母C表示。充放电倍率对电池性能衰减速度影响很大,即充放电倍率越大,电池性能衰减速度越快。

3） 荷电状态(SOC)

电池可用容量占全部容量的百分比。需要注意的是，SOC的计算要考虑电池的衰减，若用初始额定容量计算，SOC的误差会越来越大。

4） 放电深度

该参数通常是在放电模式下使用。定义为释放的电能占全部容量的百分比。放电深度越深，电池寿命越容易缩短，电压和电流就越不稳定。

5） 能量密度

体积能量密度：单位体积的电池充满电时的可用能量，单位Wh/L；重量能量密度：单位重量的电池充满电时的可用能量，单位是Wh/kg。磷酸铁锂电池能量密度一般在150Wh/kg左右，铅酸一般在60Wh/kg左右。

6） 充电效率

电池充电发生化学反应时会产生损耗，其大小等于充电能量与放电能量之间的差值。这些损耗主要是通过发热消耗掉的。

三、应用

UPS通过对市电整流后，给蓄电池充电，再将蓄电池直流电逆变器后供电，以达到在市电断电之后，能为负载提供稳定、不间断的电源，避免因市电中断、谐波干扰、电压或频率异常而带来的设备故障、硬件损毁、数据丢失等安全风险。因此，UPS电源的应用越来越广泛，几乎遍布所有的行业。

电池储能系统的应用场景囊括电力生产、电力传输、电力消费等。由于其响应时间短、调节速度快、调节精度高等特点，已在在火储联合调频、新能源辅助电源、微电网智能调节等方面广泛应用。

在火储联联合调频应用中，充分发挥储能响应时间短、调节速度快和调节精度高的特长，可整体提高机组的调节性能指标，获得较好的经济效益。

在辅助新能源方面，加入储能可起到削峰填谷、一次调频、提高预测精度、平抑短时波动的功用。

在微电网方面，储能的接入可以改善弱电网供电品质，能提高柴油发电机的燃油效率等。

通过以上分析，储能与UPS主要区别在应用场景上。因应用场景的差异，导致他们在结构、储能载体、控制功能上存在较大的区别。在了解他们的区别前提下，在实施具体项目时，尤其是那些特殊应用场景，可综合各自特点，增加方案的灵活性。