储能电站PCS系统方案书Word文档格式.docx
- 文档编号:22621213
- 上传时间:2023-02-04
- 格式:DOCX
- 页数:19
- 大小:9.34MB
储能电站PCS系统方案书Word文档格式.docx
《储能电站PCS系统方案书Word文档格式.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《储能电站PCS系统方案书Word文档格式.docx(19页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
该系统具有各种通讯接口,包括RS232/485/CAN/以太网接口等等,可以满足不同监控通讯方式的要求;
9)并网运行状态下,对电网产生的谐波污染小,是真正的绿色产品;
由于采用先进的软件算法和优异的硬件拓扑结构,因此并网运行状态下,对电网产生的谐波污染很小,绿色环保;
10)并网运行状态下,可根据实际电网的需求,在并网侧产生相应的无功功率,达到对电网无功补偿的目的;
并网运行时,可根据远程指令或本地设定,向电网注入无功功率,使得并网功率因数可在-1~1之间可调,实现对电网的无功补偿;
11)离网运行状态下,能够产生高质量的交流电能,满足用电负荷对电能质量的要求;
12)IGBT功率模块采用光纤连接驱动,有效降低EMI,提高了控制可靠性;
1.3技术参数
xxBC-500KW设备的具体技术参数如下表;
型号
xxBC-500KW
直
流
侧
电压范围(Vdc)
675~900
额定功率(KW)
500
额定直流电压(Vdc)
810
锂离子蓄电池节数(节)
225
泄漏电流(A)
<20mA
交
交流相数
三相五线制(R+S+T+N+PE)
并网放电
额定电压(Vac)
380
允许电压范围(Vac)
323~418
额定频率(Hz)
50
允许频率范围(Hz)
48~50.5
总电流谐波畸变率
<5%
输出功率因数
-1~1
离网运行
电压精度(Vac)
<±
3%
输出电压失真度
<5%(额定线性负载)
额定输出频率(Hz)
50±
2%
动态负载电压瞬变
5%(阻性负载0到100%跃变)
并网充电
频率范围(Hz)
最大功率(KW)
600
功率因数
1
交流过载能力
110%,过载10分钟
120%,过载1分钟
最大效率
96%
最大短路电流峰值
<2倍额定电流
功
能
反孤岛效应检测
具备主动、被动式孤岛检测
显示
触摸彩屏实时显示直流侧、交流侧参数以及设备的运行状态
通信及集中监控
RS232/485/CAN/以太网接口
一
般
参
数
冷却方式
风冷
防护等级
IP30
安装环境
室内
尺寸(深×
宽×
高)(mm)
900×
2000×
1800
重量(kg)
2950
1.4系统主电路原理拓扑图
500kw双向换流系统(xxBC-500KW)的主电路原理拓扑图如下图所示:
1.5保护及控制原理框图
500kw双向换流系统(xxBC-500KW)的保护及控制原理框图如下图所示:
1.6保护功能详细介绍
双向换流系统具有完备的保护功能,确保设备本身和相连设备的安全;
其主要的保护功能具体说明如下:
1)开机自检功能;
双向换流系统具有完备的开机自检功能,开机启动时,机器会首先进入自检功能,对整个电路的主功率部分如继电器、IGBT模块等重要元器件进行自检,对控制部分的硬件和软件进行自检,对系统连接的蓄电池和公共电网进行检测,对与其它设备的通讯是否正常进行检测,如发现任何故障和异常状态,换流系统都将停止启动,进入保护状态,声光报警,并在显示屏中显示和记录相关信息;
2)直流电压过欠压保护;
换流系统实时检测直流侧的电压,检测到直流电压超出允许范围后,根据实际情况,立即或延时一段时间后,封锁功率器件的驱动脉冲,并令直流侧和交流侧开关保护装置动作;
同时声光报警,并在显示屏中显示和记录相关信息;
待故障状态被手动清除后,才会重新投入运行;
双向换流系统前端连接锂离子蓄电池,单节锂离子蓄电池额定电压为3.6V,需串联的电池节数为225节,则直流额定电压为810V,单节电池的过压保护值为4.0V,欠压保护值为3.0V,则直流电压欠压设定值=3.0V×
225=675V;
直流电压过压设定值=4.0V×
225=900V;
3)直流侧过流保护
换流系统实时检测直流侧电流,当检测到有过流现象,根据实际情况,立即或延时一段时间后,封锁功率器件的驱动脉冲,并令直流侧和交流侧开关保护装置动作;
4)交流电压异常保护
换流系统在运行过程中,检测到交流侧电压异常后,根据换流系统当前的运行状态,立即或延时一段时间后,封锁功率器件的驱动脉冲,并令直流侧和交流侧开关保护装置动作;
待故障状态消除后,才会重新投入运行;
根据国家标准规定,电网电压在85%Unom~110%Unom之间,双向换流系统应能够正常工作,即交流电压过压保护值为1.1×
380V=418V;
交流电压欠压保护值为0.85×
380V=323V;
保护值可根据用户实际需求进行更改;
5)交流侧过流保护
当换流系统检测到交流侧电流过大,根据其实际检测值的大小,在规定时间内封锁功率器件的驱动脉冲,并令直流侧和交流侧开关保护装置动作;
6)频率异常保护
当换流系统工作在并网运行模式下时,当检测到电网频率值超出正常范围后,根据实际检测值的大小,选择立即或者持续运行一段时间后,封锁功率器件的驱动脉冲,并令直流侧和交流侧的开关保护装置动作,同时声光报警,并在显示屏中显示和记录相关信息;
待故障状态消除后,重新投入运行;
根据国家相关标准规定,当电网频率在49.5~50.2Hz范围内,双向换流系统应能持续工作,当电网频率在48~49.5Hz之间时,设备应能继续工作10分钟后保护,当电网频率在50.2~50.5Hz之间,设备应能继续工作2分钟后保护,则过频设定值为50.5Hz,欠频设定值为48Hz;
保护值可以根据用户实际需求进行修改;
7)防孤岛保护
换流系统具有主动式和被动式两种孤岛检测方式,确保能准确迅速的检测到孤岛状态,当换流系统工作在并网放电模式下时,检测到孤岛发生后,在要求时间内,立即封锁功率器件的驱动脉冲,并令直流侧和交流侧的开关保护装置动作,同时声光报警,并在显示屏中显示和记录相关信息;
8)恢复并网保护
检测到电网电压和频率异常,换流系统进入保护状态,当检测到电网电压和频率恢复正常后,延时一段时间后,换流系统才能够重新并网运行;
双向换流系统的恢复并网保护时间设定为3分钟;
可根据用户要求进行更改;
9)输出直流分量超标保护
当换流系统运行在并网放电状态时,检测到输出到电网的直流分量超标后,立即保护,同时声光报警,并在显示屏中显示和记录相关信息;
10)功率翻转保护
换流系统在运行过程中,当检测到功率传输流向异常后,封锁功率器件的驱动脉冲,并令直流侧和交流侧的开关保护装置动作,同时声光报警,并在显示屏中显示和记录相关信息;
11)过温保护
当换流系统在运行过程中,检测到机器内部温度(包括环境温度、隔离变压器线包温度、功率器件散热器温度等)过高后,自动封锁功率器件的驱动脉冲,并令直流侧和交流侧的开关保护装置动作,同时在显示屏中显示和记录相关信息;
待温度值恢复正常后,换流系统自动恢复正常运行;
温度过温保护值设定为85℃,过温恢复值设定为75℃;
1.7关键设备技术参数
型号为xxBC-500KW的双向换流系统,其关键元器件为IGBT功率模块,该元器件的的选择对设备的性能影响非常关键,详述如下:
换流系统中,使用了12个IGBT功率模块,其主要性能参数和数据如下表所示:
元器件名称
IGBT功率模块
生产厂商
EUPEC
FF300R17KE3
单个IGBT元件个数
2个IGBT单管
动态不重复峰值电压
1700V
动态重复峰值电压
通态平均电流
300A
浪涌电流
600A
重量
340g
其技术参数和应用详见附件“IGBT.pdf”和“IGBT设计应用说明.pdf”;
下面是IGBT型号的详细说明:
A)IGBT过电压裕度的详细计算过程如下:
由于蓄电池母线电压最高为900Vdc,考虑到布线分布电感,以及短路冲击产生的di/dt较大,所以选用1700V的IGBT功率模块,逆变母线采用了叠层母线可以有效降低直流母线到IGBT之间的分布电感,母线电容采用高寿命、高耐压、高吸收电流的溥膜电容作为滤波元件,以够有效的防止过太的产生;
实际使用中,最高电压不会超过1200Vdc,采用1700Vdc功率管是为了增加系统工作富余量使IGBT工作在最为可靠的区域,提高产生的可靠性;
B)IGBT过电流裕度的详细计算过程如下:
若采用锂电池供电且最高电压不超过900Vdc,则经计算所需要的单体锂电池节数为215节,则系统工作的电压范围为:
645V~900V,按最低电压计算,500kW的最大直流侧放电电流为:
(500k/0.96)/645V=807A;
807A/3=269A;
可见单相逆变的功率模块电流有效值为269A,考虑到正弦电流峰值,以及可能工作于离网模块的电压源模式,则最大峰值电流为:
269A*2=538A;
,考虑到系统会有限制最大功率输出功能,所以选用电流为300A/1700V的模块并联,达到600A有效值,1200A的电流峰值容量,远大于538A的额定峰值电流容量,所以系统电容裕量相对较大,系统工作在非常安全的工作区域;
C)IGBT触发系统原理说明如下:
考虑到PCS系统工作于高电压、大电流状态。
所以系统的EMI相对较大,
考虑到系统所要求的可靠性、稳定必等因素,所以采用光纤传输触发信号的方案来增加触发系统的可靠性,达到系统所要求的可靠性和稳定性。
系统原理如下图所示,由于采用了光纤作为传输信号所以控制部分与驱动部分可以相隔较远,控制部分可以远离EMI产生源,这有利于增强控制部分工作的稳定性;
IGBT触发系统原理示意图
D)IGBT功率模块外形尺寸
其外形尺寸图如下图所示:
IGBT功率模块外形尺寸图
E)IGBT功率模块的过电压、过电流和误触发保护
模块的过电压,从硬件上通过降低母线分布电感,在保证热损耗不提高情况下适当延长关断时间,从而减少因Ldi/dt产生的过电压;
从软件上采取实时检测母线电压的的方式来达到母线电压的持续过高现象;
模块的过电流,硬件上通过霍尔检测IGBT电流,瞬时限流保护,增加了IGBT饱和压检测保护电路,限制因系统故障产生的瞬时过电流;
软件上采用最大功率限制程序,使系统只能输出500kW的系统功率,从而抑制因远程指令的误发送产生过流的情况;
IGBT的误触发现象,主要是通过结构上的合理布局,使控制部分到功率模块的距离最小,经过电平变换使长距离传输的触发信号具备高电压大电流特点,增强传输信号的抗干扰能力;
通过缓冲电路的设计降低EMI干扰,进而减少触发信号受干扰的机率;
采用光纤传输方式提高传输可靠性;
F)IGBT功率模块故障维护及更换方法
双向换流系统的所有易损件,均采用了前门维护安装的结构设计,维护者只需要在前门进行更换操作,不需要预留专门的维修空间及通道;
而且功率器件采用了模块设计方式,更换速度非常快;
G)双向换流系统的散热量
双向换流系统为能量变换装置,所以具有一定的发热量。
热量主要由两部分组成一部分是功率器件所产生的损耗,另一部分是输出隔离变压器产生的热量;
IGBT所产生的散热量约占系统损耗的70%,主要由两部分产生开关损耗和通态损耗;
从IGBT的数据手册可查得,IGBT的最大功耗为1.4kW,系统用了12只,所以IGBT所产生的极限损耗为16.8kW;
隔离变压器由于采用了先进的材料及生产工艺,所以其变换效率较高,满负载情况下可>
98%,所以隔离变压器的损耗为10kW;
所以从系统极限热损耗为IGBT损耗+变压器损耗约为26.8kW,所以系统设计时需考虑26.8kW的散热量,以及相应的通风散热系统相匹配;
1.8冷却系统说明
双向换流系统要达到高性能和长的使用寿命,需要设计好配套冷却系统,确保设备内部的热量及时排出,500KW双向换流系统的冷却系统设计方案详述如下:
系统的散热设计充分利用了自然风散热方式,充分利用环境度与发热元件的温度实现散热,通过强制风冷措施实现热量交换;
内部空调用于降低配电室内的环境温度,延长系统工作寿命;
散热通风系统如下图所示:
如上图所示:
冷空气从配电室底部一侧引入,经机内循环热交换后从配电室顶部一侧吹出,这样散热方式充分利用了室外冷空气的热量交换,避免了热量积累,使配电室内温度升高的现象,也间接的降低了空调的制冷量,达到节能的目的;
冷却系统需要上传到监控系统的信息包括:
室内温度、室外温度、室内湿度、室外湿度,通风流量、室内噪声、室内温度过高状态、室内湿度过高状态、制冷系统故障状态、制冷系统停开状态
1.9系统外观图
xxBC-500KW的外观图如下图所示:
xxBC-500KW外观图
二、储能电站技术方案配置说明
2.1储能电站系统总述
该项目为MW级电池储能站试点项目,储能站额定容量为5MW×
4h,额定功率为5MW,以PCS为单位划分为10个分系统,每个分系统的额定容量为500kW×
4h,额定功率为500kW。
储能站每个分系统最大充放电功率不超过600kW,寿命期内充放电容量不小于500kW×
4h;
储能站接入广东深圳电网110kV碧岭变电站10kV侧,主要考虑削峰填谷、提高电能质量、孤网运行、配合新能源接入等功能应用。
主要由蓄电池、蓄电池管理系统(BMS)、能量转换系统(PCS)、储能站监控系统等组成。
该方案书只针对储能电站能量转换系统(PCS)进行相关的方案设计;
2.2能量转换系统(PCS)总述
能量转换系统,是储能电站的重要组成部分,它主要负责在并网模式下,实现蓄电池组和公共电网之间的双向能量转换;
在离网模式下,将蓄电池组的直流电能转换成符合电网质量要求的交流电能,供本地用电负载,此外,它还具有无功补偿等功能;
其在并网放电模式下的系统组成及能量流动示意图如下所示:
其在并网充电模式下的系统组成及能量流动示意图如下所示:
其在离网模式下的系统组成及能量流动示意图如下所示:
2.3单个PCS系统设计
储能电站设计容量为5MW,根据标书要求,以PCS为单位,分成10个子系统,每个PCS子系统的额定容量为500KW;
以每个子系统为例,500KW的容量,则可采用xx的型号为xxBC-500KW的双向换流系统,后端连接380V/10KV的容量为600KVA的升压变压器,双向换流系统的直流侧连接蓄电池组即可,其与电站监控系统、与电池管理系统(BMS)之间均需要通讯连接;
单个500KW的PCS系统如下图所示:
上图中,红色粗线表示功率流动示意,蓝色细线表示通讯连接示意;
2.3.1通讯数据内容
单个500KWPCS系统需要分别与BMS和储能站监控系统之间进行实时的通讯数据交换;
PCS系统与BMS之间的通讯内容如下表所示:
序号
PCS接收信息
PCS发送信息
01
电池电压
02
电池电流
03
充放电状态
04
电池温度
05
报警信息
PCS系统与储能电站监控系统之间的通讯内容如下表所示:
设备地址
工作模式指令
工作模式
无功补偿指令
直流侧电压值
继电器动作指令
直流侧电流值
直流侧功率值
06
交流侧电压值
07
交流侧频率值
08
交流侧电流值
09
交流侧有功功率值
10
交流侧无功功率值
11
交流侧功率因数
12
交流侧直流分量值
13
交流侧THD
14
直流侧继电器开关状态
15
交流侧继电器开关状态
16
当日放电电量
17
累计放电电量
18
当日充电电量
19
累计充电电量
20
运行状态
21
2.3.2500KWPCS子系统设备配置
单个500KWPCS子系统的配置如下表所示:
设备名称
数量
双向换流系统
1台
升压变压器
600KVA380/10KV
2.4储能电站PCS系统总配置
整个储能电站的额定容量为5MW,则需要500kwPCS子系统10个并联实现,其系统组成示意图如下所示:
图中红色方框内即为整个储能电站PCS系统,整个系统由10个500KW子系统并联连接而成,其交流侧同时连接到10KV高压母线上;
整个储能电站的PCS系统组成配置如下表所示:
10台
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 电站 PCS 系统 方案