光储一体化电站技术方案

1 概述

1.1 项目概况

新能源汽车厂区位于上海市嘉定区。属亚热带季风性气候，四季分明，日照充分；气候温和湿润，春秋较短，冬夏较长。年平均气温17.6℃，日照1885.9小时，降水量1173.4毫米。

此项目采用光储一体化电站。

光伏发电采用多晶硅光伏组件，安装于屋顶上，采用自发自用，余电上网的策略，不但可以满足工厂日常需要，还可以反送电力至电网侧，获得售电收益。

储能电站采用能量型电池组作为储能元件，在电力处于“谷”时段蓄电，在电力处于“峰”时段放电，实现电力削峰填谷，调节用户侧需求响应，这不但可以降低电网的峰值负荷，有利于电网的安全运行，还能产生巨大的经济效益。

1.1 设计依据

1.1.1 变流器部分的标准

GB/T 3859.1-1993 半导体变流器 基本要求的规定

GB/T 3859.2-1993 半导体变流器 应用导则

GB/T 13422-1992 半导体电力变流器 电气试验方法

1.1.2 环境适应性部分的标准

GB/T 2423.1-2001 电工电子产品环境试验 第2部分：试验方法  试验A:低温

GB/T 2423.2-2001 电工电子产品环境试验 第2部分：试验方法  试验B:高温

GB/T 2423.3-2006 电工电子产品环境试验 第2部分：试验方法 试验Cab:恒定湿热试验

GB/T 2423.4-2008 电工电子产品环境试验 第2部分：试验方法 试验Db交变湿热（12h+12h循环）

1.1.3 电能质量部分的标准

GB/T 12325-2008 电能质量 供电电压偏差

GB/T 12326-2008 电能质量 电压波动和闪变

GB/T 14549-1993 电能质量 公用电网谐波

GB/T 15543-2008 电能质量 三相电压不平衡

GB/T 15945-2008 电能质量 电力系统频率偏差

1.1.4 电磁兼容设计部分的标准

GB/Z 17625.3-2000 电磁兼容 限值 对额定电流大于16A的设备在低压供电系统中产生的电压波动和闪烁的限制

GB/T 17626.2-2006 电磁兼容 试验和测量技术 静电放电抗扰度试验

GB/T 17626.3-2006 电磁兼容 试验和测量技术 射频电磁场辐射抗扰度试验

GB/T 17626.4-2008 电磁兼容 试验和测量技术 电快速瞬变脉冲群抗扰度试验

GB/T 17626.5-2008 电磁兼容 试验和测量技术 浪涌(冲击)抗扰度试验

GB/T 17626.6-2008 电磁兼容 试验和测量技术 射频场感应的传导骚扰抗扰度

GB/T 17626.12-1998 电磁兼容  试验和测量技术  振荡波抗扰度试验

GB/T 17626.11-2008 电磁兼容 试验和测量技术 电压暂降、短时中断和电压变化的抗扰度试验

GB 17799.4-2001 电磁兼容  通用标准 工业环境中的发射标准

1.1.5 通讯部分的标准

GB/T 19582.1-2008 基于Modbus协议的工业自动化网络规范 第1部分 Modbus应用协议

DL/T 634.5101-2002 远动设备及系统.第5-101部分：传输规约 基本远动任务配套标准

1.1.6 其他部分的标准

GB 4208-2008 外壳防护等级(IP代码)

GB 5226.1-2008 机械电气安全 机械电气设备 第1部分：通用技术条件

GB 11032-2010 交流无间隙金属氧化物避雷器

GB/T 2900.33-2004 电工术语 电力电子技术

NB/T 31016-2011 电池储能功率控制系统技术条件

Q/XJ 20.50-2009 继电保护和安全自动装置通用技术要求

Q/GDW 159.1-2012 电池储能系统 储能变流器 第1部分：技术条件

2 用电情况

2.1 电价政策

2.1.1 峰谷值电价政策

新能源汽车厂区采用上海工商业两部制峰谷电价，电价政策如下表所示：

表2-1 上海市两部制峰谷电价表

电价说明：

① 两部制电价非夏季：峰时段(8-11时、18-21时)，平时段(6-8时、 11-18时、21-22时)，谷时段(22时- 次日6时)；

② 两部制电价夏季（7~9月）：峰时段(8-11时、13-15时、18-21时)，平时段(6-8时、11-13时、15-18时，21-22时)，谷时段(22时- 次日6时)；

1.1.1 光伏补贴政策

1.1.1.1 国家补贴

根据国家2017年对分布式光伏发电实行全电量补贴的政策，电价补贴标准为每千瓦时0.42元，补贴期限为20年，通过可再生能源发展基金予以支付，由电网企业转付。

1.1.1.2 上海市补贴

根据上海市2017年光伏补贴政策，对于光伏项目，按照实际发电量对项目投资主体给予奖励，奖励时间为5年。单个项目年度奖励金额不超过5000万元。具体标准如下：

集中式光伏电站：0.3元/千瓦时；

分布式光伏电站：工、商业用户为0.25元/千瓦时，学校用户为0.55元/千瓦时，个人、养老院等享受优惠电价用户为0.4元/千瓦时

本项目享受补贴为0.25元/千瓦时。

 余电上网电价

根据上海市物价局沪价2016第2号文件自2016年1月1日起分布式光伏自用有余上网电量，其上网电价为0.4048每千瓦时。

 用电现状

 配电室现状

新能源汽车厂区配电室配置630kVA变压器一台。

 厂区现状

厂区有钢结构夹芯板屋顶厂房一座，水泥屋顶办公楼一座，总面积约为4800平方米。

1.1 用电负荷分析

据了解，新能源汽车厂区正常上班时间为上午9点钟至下午5点钟，年上班时间为250天，上班时间负荷大于400kVA，峰值负荷为1000kVA；下午下班以后，基本上无使用负载；由于现在变压器容量为630kVA，则需要配置400kVA储能装置进行容量补偿。

储能装置利用晚上22点钟至此时早上6点钟，可利用变压器空闲容量对储能系统充电。

方案设计

储能方案

系统方案设计

由2.3用电负荷分析，根据厂区用电设备同时开启的概率，本项目配置400kW 6h储能系统一套。在晚上22点钟至次日早上6点钟用利用变压器空闲容量充电。

整体方案设计

储能系统容量为400kW×6h，包含一套400kW储能变流器和一套电池单元。电池单元包含电池架、电池连接、BMS等，蓄电池由4簇电池并联而成，并联后接入储能变流器直流侧。

储能系统拓扑图如下图所示：

 充放电计划

根据新能源汽车厂区的用电情况及上海市两部制峰谷值电价政策，采用每天1充2放的策略，具体如下：

图3-2 储能策略曲线

储能充放电策略说明：

1) 夜晚23时至次日5时：充电6小时；

2) 上午 5时至上午 9时：待机4小时；

3) 上午9时至中午12时：放电3小时；

4) 中午12时至下午13时：待机1小时；

5) 下午13时至下午16时：放电3小时；

6) 下午16时至晚上23时：待机7小时。

光伏发电方案

系统方案设计

屋顶总可铺设光伏面积共计约4800平方米，共可铺设400kW光伏组件，设置500kVA变压器一台，与并网柜一起组成光伏并网系统。

整体方案设计

本项目配置260Wp多晶硅光伏组件，每22块组件串联为一串，每12串并联接入汇流箱，共计6个汇流箱接入逆变器，经并网柜、变压器接入工厂10kV侧。

光伏发电系统拓扑图如下图所示：

系统方案

储能系统方案

1 概述

储能系统包含储能变流器和电池单元，在夜间用电低谷时将低价电能存入储能电池，白天用电高峰时将电能送入变电站内0.4kV母线。

根据系统需求并考虑到用户用电时间，选择储能变流器额定功率为400kW,电池总电量为2.688MWh。

主要系统组成

配置1套400kW 6h储能系统，主要配置如下表：

表4-1 储能系统配置

序号	架构	规格	参数	备注
1	电池	总容量（MWh)	2.688
		使用容量（MWh)	2.1504
2	储能系统	总功率（kW)	400
		并网电压（V）	380

储能变流器方案

 原理构成

本项目储能变流器采用三电平模块化储能变流器产品，原理构成如图4-1所示。主要由隔离变压器、功率模块、监控单元组成。通过隔离变压器接入0.4kV交流电网，400kW双向AC/DC变流器模块直流输出接入储能电池组。

储能变流器采用模块化结构设计，具有以下优点：

（1）分散逻辑控制，可靠性高；

（2）便于维护和系统扩容；

（3）系统配置灵活；

（4）体积小、质量轻、成本低；

（5）采用三电平主电路拓扑，效率高。

关键技术参数及技术指标

表4-2 技术参数表

序号	项目	参数
交流侧参数（并网模式）
1	额定功率		400 kVA
2	交流接入制式		三相三线
3	额定频率		50 Hz
4	允许频率范围		47.5 Hz～51.5 Hz
5	总电流畸变率（iTHD）		≤3%
6	功率因数		≥0.99（额定功率）
7	功率因数调节范围		0.9（超前）～0.9（滞后）
8	充放电切换时间		≤100 ms
交流侧参数（离网模式）
1	额定电压		380V/400V
2	电压调节范围		±15%
3	稳压精度		±3%
4	电压不平衡度		不平衡度要小于2%，短时小于4%（3s～1min）
5	电压失真度		≤3%（额定线性负载）
6	额定频率		50 Hz
7	频率调节范围		49.5 Hz～50.5 Hz
8	电压过渡变换范围		≤10%（电阻负载0～100%）
直流侧参数
1	直流电压范围		DC500 V～DC800 V
2	直流侧最大电流		880 A
3	稳压精度		≤ 1%
4	稳流精度		≤ 1%
5	直流电压纹波		≤ 2%
6	直流电流纹波		≤ 2%
系统参数
1	最大转换效率		97.3%
2	尺寸		1100*2160*800
3	噪声		<70 dB（距装置1m处）
4	冷却方式		强制风冷
5	温度范围		-20℃~50℃
6	湿度范围		0~95%
7	防护等级		IP20
8	重量		600kg
环境参数
33	允许环境温度		-20 ℃～+50 ℃
34	允许相对湿度		≤95％无冷凝
35	海拔高度		海拔高度≤1000m；海拔高度＞1000m时，应按GB/T 3859.2规定降额使用。
显示和通信
36	人机界面	触摸屏
37	通信接口	后台		LAN	2路
		电池		CAN/RS485	2路

功能配置

储能变流器具备如下功能：

Ø运行控制功能

主要功能包括启动/关机、三种控制方式（锁定退出、就地、远方）、三种运行模式（并网运行、离网运行）、运行状态切换（并网充放电切换）功能。

Ø保护功能

储能变流器具备模块级保护、装置级保护、系统级保护等三级保护功能，实现方式为软件保护、硬件保护。除交直流过压、过流保护功能之外，还具备功率翻转保护、三相不平衡保护、防孤岛保护、相序错误保护、通讯故障保护等保护功能。

Ø通讯与界面显示功能

储能变流器对外需具备CAN通讯、RS485通讯、以太网通讯通讯接口，其中CAN接口用于接收电池管理系统（BMS）信息，实现对电池的保护性充放电；RS485用于变流器的内部测试，以太网口用于储能变流器的远程监控。

在人机界面（监控+触摸屏）上，通过用户界面显示系统采集到的电压、电流值和系统工作状态。在系统进行告警时，可以通过触摸屏查看告警信息以及开关的动作情况等故障信息，通过人机界面还可以控制变流器的启动和停止。

储能变流器外形尺寸为1100×800×2160mm（W×D×H）。

图4-2 储能变流器柜外形图

储能电池组

 概述

储能系统规格为400kW×6h，电池总容量为2.688MWh。包含电池架、BMS系统等。

电池成组

本方案电池单体采用2V 1000Ah的能量型新能源电池， 336只电池串联组成1簇电池，每簇电池组端口电压为2×336V=672V，容量为672V×1000Ah= 672kWh；2簇电池并联成一个电池组单元接入储能变流器直流侧，额定容量为672kWh×4=2.668MWh，满足单套储能电池系统400kW×6h的要求。

 电池架设计

电池簇安装在电池架中。每26只电池串联，与电池管理单元BMU共同组成一个电池组，置于一个电池架中，13个电池组串联组成一簇电池，放置于配电室内。

每一簇电池装载于7个电池架中。电池架主要用于对电池的存储和连接，保证电池安全可靠的固定在电池架上，并满足整机串并联及散热等功能要求。整体具有较高的机械强度，便于现场安装、具备完善的防触电防护、具备完善的定位、导向及接口功能，满足电池存储要求。

4簇电池通过并联的方式组成电池组单元，放置在配电室内，电池阵列额定电压672V，额定容量672kWh×4（簇）=2.668MWh。

电池管理系统

  概述

储能系统配置一套电池管理系统（BMS），与储能变流器通讯，对电池进行保护性充放电。BMS采用三级结构，包含电池系统管理单元（BAMS）、电池组管理系统（BCMU）、电池检测单元（BMU）、电流传感器、继电器及附件等。其中BMU负责电池电压和温度的采集，根据均衡策略对电池组实施均衡管理；BCMU负责管理一簇电池，主要用于对储能电池进行实时监控、故障诊断、SOC估算、充放电模式选择等，并通过通信方式与上位机进行信息交互，保障高效、可靠、安全运行。

 BMS结构组成

电池检测单元（BMU）检测26只单体电池电压、温度等信息，每簇电池包含有13个BMU；每簇电池由1个电池组管理系统（BCMU）与13个BMU通讯，对电池组进行实时监控；4簇电池对应一个电池系统管理单元（BAMS），分别和BCMU通过RS485通讯，1个 BAMS与4个BCMU通讯，通过1路CAN与储能变流器通信。电池管理系统结构图如下：

 布置方案

储能系统分为两部分：储能变流器和电池单元，本项目安装在配电室内，具体排布如下图所示：

图4-7 储能系统布置图

每个电池架外形尺寸为： 0.8米×0.7米×2.3米(宽×深×高)，可放置26只2V 1000AH蓄电池，每个电池架安装完蓄电池的重量为26只×2kWh×40kg/kWh=2.08吨，电池架下每平方荷载为2.08吨÷（0.8米×0.7米）=3.714吨。本项目共计52个电池架，合计总量为108.16吨。

PCS系统容量为400kW，重量为0.6吨。

加上线缆等其他设备，本套系统总重约为120吨。

本项目共占用面积为60平方米。

光伏系统方案

 概述

光伏发电系统规格为400kW，包含光伏组件、汇流箱、逆变器、升压变压器等。

光伏组件

采用260Wp的多晶硅光伏组件，每22个光伏组件串联为一串，每12串光伏组件接入汇流箱，共计6个汇流箱接入逆变器，共计1584块光伏组件。

现场光伏组件排布图如下：

表4-2 光伏组件技术参数

太阳电池组件型号	ECS260P60
指标	单位	数  据
峰值功率	Wp	260(0+3%)
开路电压（Voc）	V	37.8
短路电流（Isc）	A	8.85
工作电压（Vmppt）	V	30.8
工作电流（Imppt）	A	8.44
尺寸（薄边框）	mm	1640×992×35
安装尺寸	mm	860×942
重量	kg	20
峰值功率温度系数	%/K	-0.41
开路电压温度系数	%/K	-0.32
短路电流温度系数	%/K	0.053

集中式逆变器

本项目采用500kW集中式光伏逆变器，本项目采用集中式逆变器技术参数见下表：

表4-2 光伏组件技术参数

技术参数
输入（直流侧）
直流工作电压	450-1000V
MPPT电压范围	450-850V
最大直流输入功率（COSØ=1时	550KW
最大输入电流	1100A
最大功率跟踪路数	1
输入路数	6
输出（交流侧）
额定功率	500KW
额定交流电压	315Vac
额定频率	50Hz/60Hz
最大输出电流	1008A
THD额定	〈3%
功率因数额定	≥0.99
连接相数	三相
效 率
最大效率	98.70%
欧洲效率	98.50%
最大MPPT效率	99.99%
保 护
输入断开设备	支持
输出断开设备	支持
电网检测	支持
接地故障检测	支持
绝缘检测	支持
电器隔离	TYPE ‖
交流浪涌保护	TYPE ‖
绝缘阻抗检测	支持
RCD检测	支持
显示与通讯
显示	LED指示灯；蓝牙APP
RS485	支持
USB	支持
PLC	支持

集中式逆变器具有以下特点：

Ø无功功率可调，功率因数范围超前0.9至滞后0.9

Ø高效，快速的MPPT控制算法，MPPT追踪效率99.9%

Ø纯正弦波输出，自动同步并网，电流谐波含量小，对电网无污染、无冲击

Ø主动+被动的双重检测技术，实现反孤岛运行控制

Ø完美的保护和报警功能

Ø配备RS485/RS232、以太网通信接口，实现远程数据采集和监视

Ø内置绝缘接地检测系统，可对绝缘接地状况进行实时监测

Ø保护功能，逆变器具有输入欠压保护、输入过压保护、过电流保护、输出短路保护、输入反接保护、浪涌保护。

设备清单

 储能电站设备清单

表5-1 光储电站设备清单

序号	名称	型号规格	单位	数量	备注
1	蓄电池	2V 1000AH	只	2688
2	电池架		台	52
3	总控制器	BAMS	只	1
4	电池监护模块	BMU-P0226	只	52
5	电池组端控制器	BCMU	只	4
6	PCS	400kW	台	1
7	线缆等		套	1

光伏电站设备清单

表5-2 光储电站设备清单

序号	名称	型号规格	单位	数量	备注
1	光伏组件	265Wp	块	1584
2	光伏支架		套	1
3	光伏逆变器	500kVA	台	1
4	电缆		套	1
5	升压变压器	500kVA	台	1

1 总结

根据国家对光伏、储能项目的政策、上海工商业两部制电价政策，上海新能源汽车厂区光储一体化电站经济和环保效益显著。储能项目的建设和运维过程中利用峰谷值电价，削峰填谷，减轻用电峰值时电网压力，提高了用电效率，同时也使企业获得经济效益、用电质量的提高、增加供电可靠性；光伏发电采用自发自用，余电上网的策略，获得了政府补贴，减少了碳排放。

在优化资源配置的同时，本项目也符合国家大力发展光伏与储能系统政策，投资方获得投资收益，社会公众享受无污染的清洁能源带来的美好环境。因此，项目具有良好的社会和经济效益，值得投资建设。