《電池儲能系統(tǒng)集成技術與應用》較為系統(tǒng)和全面地論述了電池儲能系統(tǒng)集成技術所面臨的問題與任務、系統(tǒng)架構、關鍵設備、運行控制、電氣設計、結構設計、熱設計、消防安全設計、通信與控制、設備集成與安裝調試、建模仿真及先進技術應用展望等，*后介紹了典型應用案例與系統(tǒng)產品。
《電池儲能系統(tǒng)集成技術與應用》的內容源于作者及其所在團隊多年的技術研究與積累，寫作的初衷旨在為從事電池儲能系統(tǒng)集成設計的工程師、高等院校從事儲能系統(tǒng)研究的教師和學生提供參考，目的在于拋磚引玉，促進電池儲能系統(tǒng)集成技術在我國的發(fā)展。
1.本書由陽光電源股份有限公司余勇研究員、浙江大學年珩教授聯(lián)合撰寫。
2.本書的內容源于作者及其所在團隊多年的技術研究與積累。
3.本書較為系統(tǒng)和全面地闡述電池儲能系統(tǒng)硬件集成、軟件控制和典型應用。
4.電池儲能系統(tǒng)集成技術已經成為電池儲能技術發(fā)展中的研究熱點與難點。
前 言
隨著新能源大規(guī)模并網與智能電網的建設，電池儲能系統(tǒng)近年來受到了廣泛關注并得到了大量應用。不論是在發(fā)電側、電網側，或是在負荷側，電池儲能系統(tǒng)都能夠發(fā)揮雙向功率控制和能量調控的作用，使得電力的生產者、調度者和消費者均能基于各自的安全考量和經濟利益，從中汲取化價值，從而增強了電力管理的靈活性。特別是現(xiàn)代通信技術、大數(shù)據(jù)、人工智能等新技術的發(fā)展，進一步賦予了電池儲能系統(tǒng)數(shù)字化、智能化的特征，使之能夠在多樣化的商業(yè)模式和市場體系下，促進新能源消納、電力輔助服務、需求側響應與綜合智慧能源的融合發(fā)展。
當前，各國按照各自的能源結構轉型方向和戰(zhàn)略目標，推動了大量的電池儲能系統(tǒng)工程示范或商業(yè)化項目。預計2020-2022年，全球電池儲能系統(tǒng)新增投運規(guī)劃將超過16GW；我國也將在十四五期間逐步完成電池儲能系統(tǒng)從商業(yè)化初期向規(guī)�；l(fā)展的轉變。因此，面對電池儲能系統(tǒng)容量不斷擴大、應用場景日益增多的趨勢，系統(tǒng)集成商的專業(yè)水平與技術能力都亟待進一步提升；而電池儲能系統(tǒng)集成技術關系到系統(tǒng)內部各設備的優(yōu)化運行、協(xié)調控制與聯(lián)動保護、安全與壽命保障，并終實現(xiàn)電池儲能系統(tǒng)在多種應用領域的安全、高效、一體化運行，已經成為電池儲能技術發(fā)展中的研究熱點與難點。
電池儲能系統(tǒng)集成技術，不僅涵蓋系統(tǒng)本身的硬件集成與軟件控制，還包括儲能系統(tǒng)與應用場景的銜接與協(xié)同。除電氣、電力電子、電化學、通信控制外，技術人員還應對應用領域相關知識，如電力系統(tǒng)、新能源發(fā)電、火儲聯(lián)合、需求側響應及微電網等，有著較深入的研究與理解。上述學科的融合，將進一步優(yōu)化電池儲能系統(tǒng)容量與功率配置、設計與運行控制，確保良好的經濟性和壽命的可預期性。
《電池儲能系統(tǒng)集成技術與應用》較為系統(tǒng)和全面地論述了電池儲能系統(tǒng)集成技術所面臨的問題與任務、基本系統(tǒng)架構、關鍵設備、運行控制、電氣設計、結構設計、熱設計、消防安全設計、通信與控制、設備集成與安裝調試、建模仿真及先進技術應用展望等，后介紹了典型應用案例與系統(tǒng)產品。
《電池儲能系統(tǒng)集成技術與應用》的內容源于作者及其所在團隊多年的技術研究與積累，寫作的初衷旨在為從事電池儲能系統(tǒng)集成設計的工程師、高等院校從事儲能系統(tǒng)研究的教師和學生提供參考，目的在于拋磚引玉，促進電池儲能系統(tǒng)集成技術在我國的發(fā)展。
《電池儲能系統(tǒng)集成技術與應用》由陽光電源股份有限公司余勇研究員、浙江大學年珩教授合作編著。其中，余勇研究員編寫了全書大綱、前言以及第1-7章、第10章，年珩教授編寫了第8章和第9章；全書由余勇研究員、年珩教授統(tǒng)稿。
在《電池儲能系統(tǒng)集成技術與應用》的編寫過程中，得到了陽光電源股份有限公司董事長曹仁賢教授、趙為博士、合肥工業(yè)大學張興教授等專家的關心與支持，在此一并向他們表示衷心的感謝；同時，感謝曹偉、李國宏、孫德亮、蔡壯、汪東林、劉牛、袁興來以及其他一同進行儲能系統(tǒng)技術研究與開拓的陽光電源股份有限公司的同事，書中涉及的很多工作也是來自于他們的艱辛勞動或受到了他們的啟發(fā)；與本書有關的研究工作獲得了十二五國家科技支撐項目大型機械能-電能轉換回收利用關鍵技術研究及示范（2014BAA04B02）與光伏微電網關鍵技術研究和核心設備研制（2015AA050607）、國家重點研發(fā)計劃項目分布式光儲發(fā)電集群靈活并網關鍵技術及示范（2016YFB0900300）與基于電力電子變壓器的交直流混合可再生能源技術研究（2017YFB0903300）的支持。
電池儲能系統(tǒng)集成技術與應用涉及的學科領域較多，應用場景更是不勝枚舉，由于作者水平有限，對有些問題的探討不夠深入或淺嘗輒止，書中也難免存在疏漏甚至謬誤，敬請讀者不吝指教。
作 者
陽光電源股份有限公司余勇博士，研究員，IEEE PES儲能系統(tǒng)與裝備分會常務理事，中國電機工程學會新能源并網與運行專業(yè)委員會委員。自2006年加入陽光電源股份有限公司以來，一直從事變流器、儲能系統(tǒng)的研究與開發(fā)工作，對儲能系統(tǒng)的設計開發(fā)、運行機理、應用需求、功能特性等均有著十分深入的理解。領導研發(fā)的儲能系統(tǒng)相關產品在國內外得到了大量的工程應用，從我國西藏海拔5000m的數(shù)十兆瓦級縣域微電網，到馬爾代夫數(shù)百千瓦級海島微電網；從北美工商業(yè)需求側響應，到常規(guī)發(fā)電機組黑起動；從各國風光儲輔助新能源并網，到國內火儲聯(lián)合AGC（自動發(fā)電控制）調頻，再到歐洲獨立一次調頻，積累了豐富的儲能系統(tǒng)集成與應用經驗。主持或參與科研任務8項，省級1項，已有50余項發(fā)明專利獲得授權，參與起草已發(fā)布國家標準2項，獲得了國家科技進步二等獎、西藏自治區(qū)科學技術一等獎、新疆維吾爾自治區(qū)科學技術進步二等獎、中國電力科學技術進步一等獎、廬州英才等獎項或榮譽。
浙江大學年珩教授，IEEE高級會員，長期致力于新能源系統(tǒng)運行與控制技術研究，相繼獲得國家自然科學基金項目青年基金、面上基金以及國家重點研發(fā)計劃等資助，對實際復雜電網環(huán)境下新能源及儲能系統(tǒng)的基礎理論與關鍵技術進行了持續(xù)的研究，在系統(tǒng)精確建模、穩(wěn)態(tài)性能提升、暫態(tài)故障穿越等方面開展了長期、深入、富有創(chuàng)新性的研究。迄今已在新能源領域發(fā)表SCI/EI 論文170余篇，研究成果已在工業(yè)界得到大量成功應用。
目 錄
前言
作者簡介
第1章 緒論 1
1.1 儲能市場概況 1
1.2 電池儲能的發(fā)展趨勢 4
1.3 電池儲能系統(tǒng)的基本特點與面臨的挑戰(zhàn) 9
1.4 電池儲能系統(tǒng)集成技術的任務 10
1.5 本書主要內容 12
參考文獻 13
第2章 電池儲能系統(tǒng)架構與關鍵設備 15
2.1 電池儲能系統(tǒng)架構 15
2.2 電池儲能系統(tǒng)性能指標 16
2.3 電池及電池管理系統(tǒng) 19
2.3.1 先進鉛酸電池 19
2.3.2 全釩液流電池 22
2.3.3 鋰離子電池 27
2.4 儲能變流器 33
2.5 電池儲能系統(tǒng)成本分析 38
2.6 小結 39
參考文獻 39
第3章 電池儲能系統(tǒng)主要應用與解決方案 43
3.1 火儲聯(lián)合調頻系統(tǒng) 43
3.1.1 火電機組AGC基本原理 43
3.1.2 火儲聯(lián)合系統(tǒng) 45
3.2 輔助新能源并網 47
3.2.1 削峰填谷 48
3.2.2 提高預測精度 50
3.2.3 平滑 53
3.2.4 直流耦合系統(tǒng)及控制 55
3.3 一次調頻 61
3.3.1 獨立一次調頻 61
3.3.2 新能源配置儲能系統(tǒng)實現(xiàn)一次調頻 62
3.4 微電網 65
3.4.1 交流母線微電網 66
3.4.2 直流母線微電網 68
3.4.3 無縫切換 69
3.4.4 微電網能量管理系統(tǒng) 70
3.5 小結 72
參考文獻 72
第4章 電池儲能系統(tǒng)電氣設計 76
4.1 電氣系統(tǒng)概述 76
4.2 低壓開關柜設計 77
4.2.1 電氣絕緣 77
4.2.2 導體設計 81
4.2.3 短路故障導體應力計算 84
4.2.4 低壓斷路器 91
4.2.5 交流低壓SPD 95
4.3 變壓器 101
4.3.1 變壓器的選型 101
4.3.2 交流接地方式 103
4.4 高壓開關柜 106
4.4.1 高壓開關柜的選型 106
4.4.2 中置柜 107
4.4.3 環(huán)網柜 109
4.4.4 C-GIS 113
4.4.5 高壓電力線纜的選型 114
4.4.6 高壓避雷器 115
4.5 電池匯流柜的設計 116
4.5.1 直流匯流回路設計 116
4.5.2 直流側極間短路故障分析 121
4.6 控制配電設計 128
4.7 電池儲能系統(tǒng)并網對配電網的影響 129
4.8 小結 133
參考文獻 133
第5章 電池儲能系統(tǒng)結構與安全設計 140
5.1 整體結構 140
5.2 圍護結構與布局 144
5.3 接地與靜電防護 146
5.4 熱管理系統(tǒng)設計 147
5.4.1 散熱冷卻方式 148
5.4.2 電池功耗發(fā)熱量計算 153
5.4.3 外部靜滲入熱量計算 155
5.4.4 溫控系統(tǒng)功率計算及控制邏輯 158
5.5 結構與散熱仿真 161
5.6 系統(tǒng)火災與自動滅火系統(tǒng)設計 165
5.6.1 火災與電池熱失控 165
5.6.2 自動滅火系統(tǒng)設計 169
5.6.3 火探管滅火系統(tǒng) 180
5.7 小結 181
參考文獻 182
第6章 電池儲能系統(tǒng)本地控制與遠程通信 186
6.1 電池儲能系統(tǒng)本地控制與管理 186
6.1.1 本地控制器硬件平臺 187
6.1.2 電池儲能系統(tǒng)內部通信方式 188
6.1.3 本地控制器軟件架構 193
6.1.4 電池儲能系統(tǒng)運行狀態(tài)與控制邏輯 195
6.2 電池儲能系統(tǒng)監(jiān)控與能量管理 200
6.2.1 電池儲能系統(tǒng)通信設備配置 200
6.2.2 電池儲能系統(tǒng)站級SCADA系統(tǒng) 201
6.2.3 能量管理系統(tǒng) 203
6.3 IEC 61850在電池儲能系統(tǒng)中的應用 206
6.3.1 IEC 61850系列標準 206
6.3.2 IEC 61850技術特點 209
6.3.3 IEC 61850建模的基本概念 210
6.3.4 電池儲能系統(tǒng)的IEC 61850建模 215
6.4 小結 219
參考文獻 220
第7章 電池儲能系統(tǒng)設備集成安裝與檢驗 222
7.1 集裝箱及戶外柜檢驗 222
7.2 電氣設備安裝與檢驗 223
7.2.1 高壓開關柜安裝與檢驗 223
7.2.2 變壓器安裝與檢驗 228
7.2.3 低壓開關柜安裝與檢驗 229
7.2.4 儲能變流器安裝與檢驗 231
7.2.5 直流匯流柜及直流線纜安裝與檢驗 232
7.3 溫控系統(tǒng)安裝與檢驗 234
7.4 消防系統(tǒng)安裝與檢驗 236
7.5 電池儲能系統(tǒng)出廠調試 237
7.6 電池儲能系統(tǒng)起吊運輸與現(xiàn)場安裝 239
7.6.1 起吊運輸 239
7.6.2 現(xiàn)場安裝 240
7.7 小結 241
參考文獻 242
第8章 電池儲能系統(tǒng)建模與仿真 243
8.1 儲能電池建模 243
8.1.1 常用電池模型 243
8.1.2 改進型電池模型 244
8.2 鋰離子電池仿真分析 246
8.3 鉛酸電池仿真分析 249
8.4 儲能變流器建模與控制 252
8.4.1 儲能變流器同步旋轉坐標系建模 252
8.4.2 儲能變流器矢量控制 255
8.4.3 儲能變流器虛擬同步機控制 256
8.5 系統(tǒng)仿真 259
8.5.1 調頻控制 259
8.5.2 調壓控制 263
8.5.3 緊急功率支撐 267
8.5.4 調峰控制 268
8.5.5 計及SOC變化的電池儲能系統(tǒng)控制 270
8.6 小結 273
參考文獻 273
第9章 先進技術在電池儲能系統(tǒng)中的應用展望 275
9.1 電池儲能系統(tǒng)與物聯(lián)網 275
9.1.1 物聯(lián)網概述 275
9.1.2 物聯(lián)網技術在電池儲能系統(tǒng)中的應用 276
9.1.3 物聯(lián)網對電池儲能系統(tǒng)的要求 279
9.2 神經網絡技術在電池儲能系統(tǒng)中的應用 279
9.2.1 基于神經網絡的電池儲能系統(tǒng)實時容量識別 280
9.2.2 基于神經網絡的電池儲能系統(tǒng)軟故障狀態(tài)識別與保護 284
9.2.3 神經網絡技術在電池儲能系統(tǒng)中的應用展望 287
9.3 電池儲能系統(tǒng)與區(qū)塊鏈技術 288
9.3.1 區(qū)塊鏈技術概述 288
9.3.2 共享儲能技術 290
9.3.3 基于區(qū)塊鏈技術的共享儲能交易體系 291
9.3.4 基于區(qū)塊鏈技術的共享儲能商業(yè)運營思考 296
9.4 小結 297
參考文獻 298
第10章 儲能集成技術典型應用案例與系統(tǒng) 301
10.1 典型應用案例 301
10.1.1 雙湖微電網 301
10.1.2 兆光火儲聯(lián)合調頻系統(tǒng) 305
10.1.3 日本直流光儲項目 308
10.1.4 夏威夷風儲項目 311
10.2 典型電池儲能系統(tǒng) 312
10.2.1 Younicos電池儲能系統(tǒng) 312
10.2.2 CellCube電池儲能系統(tǒng) 313
10.2.3 Ingeteam電池儲能系統(tǒng) 315
10.2.4 Power Electronics電池儲能系統(tǒng) 317
10.3 小結 318
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