PCS说明书.docx

PCS说明书.docx

《PCS说明书.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《PCS说明书.docx（21页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

PCS说明书

分布式电源电能转换系统（PCS）

说

明

书

中船重工第七二四研究所

鹏力科技产业集团

中船重工鹏力（南京）新能源科技有限公司

2012年2月

前言

适用读者范围

工程技术人员、其他自动化控制装置选型、整定及检修人员，以及电力公用事业单位和相关从业人员。

适用范围

该说明适用于分布式电源储能控制系统（PCS）。

技术支持

如果需要分布式电源储能控制系统（PCS）产品的进一步信息，或者本说明书不能提供用户所需要的针对某些特殊问题的足够信息，请与我们技术部门联系。

指导与警告

设备运行期间，须遵循安全运行条例，否则可能会导致严重的人身伤害或进一步的财产损失。

只有合格的经授权人员才可以操作此装置。

操作人员必须完全熟悉本说明书的所有警告、安全提示和相关用户文档，以及现场中装置运行安全条例。

只有具有授权的工作人员，完全遵照本说明书和相关说明书的所有警告很提示，进行正确的运输、储藏、搬运、安装、运行和维护此装置，才能保证装置的正确和安全运行。

尤其必须遵守正确的安全规定和条例（例如IEC,IN,VDE,EN或其他国家相关标准和国际标准）。

请遵守本说明书中的注意事项和警告！

以保证您的安全和本产品的正常使用寿命。

合格的操作人员

本说明书和产品标识所针对的授权人员需熟悉本产品的安装、组装和运行，以及了解此过程中的相关风险。

另外，他还应具备以下资格：

接受过装置安装培训并被授权可以给装置上电、断电、清理，接地和给装置设置标签。

接受过紧急医疗救护培训。

责任声明

虽然本说明书经过了严格校对。

但必要修订在所难免，本公司保留对此说明书修改的权利如果产品与说明书有不符之处，请您及时和我们联系，我们将为您提供相应的服务，并对您提出的建议表示感谢，但我们不承担由此带来的责任。

技术说明书

一、PCS概述

1.1PCS概述

在过去的几十年，电网规模不断扩大，已逐步发展成集中发电、远距离输电的超大互联网络系统。

但远距离输电的不断增大、使得受端电网对外来电力的依赖程度不断提高，电网运行的稳定性和安全性趋于下降，而且难于满足多样化供电需求。

另一方面，对全球常规能源的逐渐枯竭、环境污染等问题的担忧却日益突显。

鉴于此，环保、高效和灵活的分布式发电广受青睐。

分布式发电一般是指将相对小型的发电装置（一般50MW以下）分散布置在用户/负荷现场、或邻近地点，从而实现发电供能的方式。

分布式发电具有位置灵活、分散的特点，极好地适应了分散电力需求和资源分布，延缓了输配电网升级换代所需的巨额投资；与大电网互为备用，也使供电可靠性得以改善；一般还具有污染少、能源利用效率高的优势。

电能转换系统（PCS）是电网与电能存储设备之间的纽带，它肩负着充电和电能回馈作用，是储能系统的关键设备之一，为分布式发电系统的大力发展提供了先决条件。

同时，PCS作为微网中一个可控的储能电源，解决了大电网与分布式电源间的矛盾，促使微电网既可与大电网联网运行，也可在电网故障或需要时与主网断开单独运行。

大大提供了电力系统的安全性、稳定性、经济性。

PCS充分挖掘了分布式电源为电网和用户带来的价值和效益，从根本上改变电力系统的稳定性，在降低能耗、提高电力系统可靠性和灵活性等方面也具有巨大潜力。

1.2PCS示意图

电能转换系统（PCS）应用于各种具有储能电池（电容）充放电，并网及微网供电的场所。

其中控制和显示的功能是由触摸屏人机界面完成的。

简单示意图如下：

图1PCS的典型应用

1.3PCS应用领域

1.3.1PCS主要应用领域

1）PCS是分布式电源储能电池与公共电网的接口，它控制电能（有功功率/无功功率）在储能系统与电网之间的转换。

在电网电能富余时，PCS将电能存储于储能系统；电能不足时，PCS将存储的电能逆变后向电网输出；

2）在微网中PCS利用太阳能光伏发电或风力发电及分布式储能电池起到对就地负荷的独立供电作用。

3）在MEMS（微网能量管理系统）的调度下，PCS主动参与电网的调峰，有效缓解大电网的压力；

4）PCS及分布式储能电池和风力发电机配套使用，可以实现的分布式发电。

1.3.2电能转换系统（PCS）在主要应用领域的优势。

1.3.2.1PCS在分步式发电系统中的主要作用为：

1）负荷调节作用：

PCS可在电力系统的负荷低谷期充电，负荷高峰期放电。

2）负荷跟踪：

PCS通过电力电子接口，能够快速跟踪负荷的变化，从而减轻了大型发电机跟踪负荷的需要。

3）系统稳定：

PCS输出的有功功率和无功功率的迅速变化，可有效地对系统中的功率和频率振荡起到阻尼作用。

4）自动发电控制：

PCS可有效地减小区域控制误差。

5）黑启动能力：

储能装置可以为孤岛运行的分布式发电设备提供起动时需要的电能。

6）增加发电设备的效率以减少其维护储能装置跟踪负荷的能力可使分布式电机运行于恒定输出功率状态，使其发电设备运行于高效率的运行点，从而提高了总的发电效率、发电设备的维护间隔和使用寿命。

7）延缓了系统对新增输电容量的需要：

在系统中适当的地区配置储能装置，在用电低谷期对它们充电，从而减少了输电线路的峰值负荷容量，有效地增加了输电线路的容量

8）延缓了系统对新增发电容量的需求：

当储能装置削平了负荷峰值后，即减少了系统对调峰机组的容量的需要。

9）提高了发电设备的有效利用率：

在用电高峰期，储能装置输出的电力可增加系统的总容量。

1.3.2.2PCS在风力发电系统中的主要作用

1）存储风电，实现峰值转移；

2）提高调度能力，采用储能系统用于电力调峰，使风力发电单元作为调度机组单元运行，而且具备向电力系统提供频率控制、快速功率响应等辅助服务的能力；

3）提高风力风电的输出可信度。

以储能作为配合，提高风电输出与预测的一致性，辅助调度；

4）平滑风电场输出波动，减少风电场输出波动对电网的影响，降低风电波动对电网的冲击；

5）风力发电机组的黑启动。

3.3电能转换系统（PCS）在各个领域指导示意图

图2PCS应用领域图

二、PCS原理介绍

电能转换系统（PCS）直流侧根据容量大小配置有一路电池输入或多路电池组输入等多种方式，多路电池组输入方式可分别接入一定功率的电池组，实现多路独立的充电、放电的工作状态，增强系统调度灵活性和可靠性；交流侧配置有隔离变压器，能有效实现直流侧和交流侧的隔离。

下图为两路电池组输入方式系统原理框图。

图3PCS简单原理图

三、PCS主要性能及技术特点

3.1PCS主要性能

1）采用美国TI公司32位数字信号处理器作为控制CPU，运用自主研发的新型电流控制技术和矢量控制技术，最大程度保证输送到电网的电能质量，提高直流电压利用率，拓展了系统的直流电压输入范围；

2）采用英飞凌IGBT功率模块和配套驱动，有效地降低了开关损耗与导通损耗，提高系统的效率，可靠性高；

3）采用充电、放电一体化设计，可快速执行电网调度命令，实现在智能电网和可再生能源应用中调剂余缺、平滑波动的功能；

4）采用多路电池组输入设计，可实现多路电路电池组的独立充电、放电功能，增强了系统配置和电网调度的灵活性，提高了系统冗余度和可靠性，并避免并联电池组间因电池特性不一致而出现环流现象；

5）采用多重化设计方案，有效提高直流侧控制精度和纹波指标，减小磁性元件的体积重量；

6）具有直流输入手动分断开关、交流电网手动分断开关和紧急停机操作按钮，便于维护和操作；

7）具有远程操作和本地操作模式，除接受电网调度指令外，还可根据用户所在电网特点实现定时充电放电模式自动切换功能。

8）具有有功功率调节功率和功率因数调节功能；

9）具有低电压穿越功能，在电网电压跌落一段时间内可以持续并网发电，支撑电网电压恢复正常；

10）采用先进的孤岛效应检测方案，支持并网运行、孤网运行；

11）可根据液流电池特性设计了预充电功能，可实现系统直流端零电压或低电压启动；

12）按照IEEE1547、UL1741等国际标准要求进行产品设计，具有先进的孤岛效应检测方案、完善的保护功能和监控功能，提供RS485通讯接口，并遵循Modbus通讯协议；

13）优化的工艺结构和电路设计，减少了的系统的构成元件，降低了系统的成本，提高了系统的散热效率，增强了系统的稳定性；

14）友好的人机操作界面，中文显示菜单，包含全面而又丰富的参数显示与控制功能，采用国际流行的触摸屏技术，大大增加了监控的系统参数，图形化的界面特地经过人机工程学设计，方便了用户及时掌握系统的整体信息。

3.2PCS的基本技术特点

1）充放电方式可设定

2）可并网运行

3）先进主动式孤岛检测，结合主动式与被动式原理，满足UL1741标准；

4）具有完善的系统保护功能，先进的模块化设计，安全可靠,高效灵活

5）采用先进的IGBT功率模块

6）低频高效隔离变压器设计

7）宽功率范围内的高性能指标

8）提供RS485和以太网接口通讯接口，可接入BMS（电池管理系统）、MEMS及电网调度系统，支持MODBUS、104、IEC61850规约；

9）液晶触摸屏显示设置

10）安装、操作、维护简便

四、PCS储能单元

电能转换系统（PCS）储能单元由电池堆（BP）、储能变流器（PCS）、电池管理系统（BMS）和主监控单元（MCU）组成。

4.1电池堆（BP）

在现有的电池储能技术中，铅酸电池应用在储能方面的历史较早，技术上也较为成熟，并逐渐进入以密封型免维护产品为主流的阶段，而且成本较低，能量密度则在各类电池中处于适中水平。

在环境影响上，基于密封阀控型的铅酸电池较高的运行可靠性，其劣势已不甚明显，但运行数年之后的报废电池的无害化处理和不能深度放电的特点使其大容量应用受到很大限制。

由于目前新型电池层出不穷，其中适用于大容量储能的动力电池较之铅酸电池在性能、寿命以及环保上已具有明显优势，并且其成熟度和性能还在不断发展进步中，使得铅酸电池已基本退出了大容量储能的应用市场。

目前发展前景较好的全钒液流电池、磷酸铁锂电池储能技术。

4.1.1全钒液流电池

全钒液流电池具有如下特点：

Ø电池的功率和储能容量可以独立设计，给实际应用带来灵活性；

Ø循环寿命长，电解液活性物质易保持一致性和均匀性；

Ø可超深度放电（100%）而不引起电池的不可逆损伤；

Ø响应速度快。

4.1.2磷酸铁锂电池

磷酸铁锂电池的技术特点如下：

Ø安全性：

安全可靠，全密封，不怕火烧，不爆炸；

Ø循环寿命长：

在室温和100%DOD情况下，其循环寿命不小于7500次；

Ø性能价格比高：

普通常用材料；充电（放电）效率≥98.5%；

Ø一致性好：

一些较大规模的公司已经具有自动化生产线，保证了电池产品的一致性。

根据工程情况，可以选择配置各种所需的新能源电池.

4.2电池屏柜

电能转换系统（PCS）电池屏柜属光机电一体化高科技产品配套结构屏柜，能广泛应用于铁路、电厂、变电站、配网自动化系统、及其直流电源应用领域配套产品。

电能转换系统（PCS）电池屏柜主要由以下屏柜组成：

逆变器柜、PCS柜、交流柜、电池柜1、电池柜2、BA柜、通讯柜，这些屏柜即可单独作为一面屏柜也可组屏使用。

4.3电池管理系统（BMS）

电池管理系统（BMS）负责对电池堆的运行工况（电压、电流、温度、存储电量）进行实时监测，完成电池的均衡保护，根据电池的运行状况调整充放电策略。

电池管理系统（BMS）的功能主要包括电池基本保护功能、电池均衡功能、电池储备能量测算功能和网络通信功能。

4.3.1电池管理系统（BMS）的基本保护功能

1）过压保护功能（OV）。

充电时（含制动能量回收），任一电池的充电电压超过设定值时，充电电压自动减小，防止电池过充电。

2）低压保护功能（UV）。

放电时，任一电池的放电电压低于设定值时，停止放电，防止电池过放电。

3）高温保护功能（OT）。

无论是充电还是放电时或者停车休眠状态，任一电池的温度超过设定值时，启动电池热

4）管理系统，降低电池温度。

在超过允仵的最高温度时，要立即自动切断电路。

5）低温保护功能（UT）。

充电时，电池的温度低于设定值时，自动改变充电流，一般要减少到充电电流的1/3；放电时，电池的温度低于设定值时，启动电池热管理系统，提高电池温度。

6）过流保护功能（OC）。

充、放电时，电池的电流超过设定值，自动限制电流的增长。

7）短路保护功能（SC）。

充、放电时和停车休眠状态，遇到电池发生短路，自动切断电路。

4.3.2电池管理系统（BMS）的均衡功能

电池管理系统（BMS）的均衡功能设计，让电池充放电遵循“浅充浅放”的原则。

使电池组中各个电池都达到均衡一致的状态。

4.3.3电池能量储备的测算功能

通过利用电池管理系统（BMS）数据采集的“电池容量（C）/储备能量（W）”，实时测量电池组的电流和与之对应的电池组总电压。

用硬件或软件方法，算出电池的实时容量Ah和实时电量Wh。

实现电池管理系统（BMS）对电池能量储备的测算功能。

4.3.4报警和报警输出功能

无论电池处在充电、放电时，还是停车休眠时，任一电池的电压、温度和电流超限时，电池管理系统（BMS）都应能发出声、光警报，并输出报警信息，自动控制调节充、放电或切断电路。

4.3.5网络通信功能

电池管理系统（BMS）应具有与计算机网络特别是与CAN总线的通信功能。

4.3.6数据储存功能

较大和较重要电池组的电池管理系统（BMS）应该设有一定容量的存储器，至少能存储一个月以上的数据以便查询。

4.3.7电池管理系统（BMS）的自检、故障存储和显示功能

较大和较重要电池组的电池管理系统（BMS），应具有自检、故障存储和显示功能。

当电池管理系统（BMS）发生故障时，以便於及时维修。

4.3.8电池管理系统（BMS）对充电器的要求

充电器必须“恒压”充电，除外充电器还必须准确的执行电池管理系统（BMS）调控充电的要求。

4.4储能变流器（PCS）

储能变流器是电网与电能储存设备之间的纽带，负责充电和电能回馈。

储能单元配置一套独立的15kWPCS，要求能够适应储能系统不同的充放电控制模式。

充放电模式可以通过参数设置，实现恒流、恒压、恒功率、快速充放、最长寿命充放电等多种充放电管理模式。

五、PCS拓扑结构

PCS方案主电路拓扑如下图所示（两路直流输入）。

图4PCS拓扑结构图

六、PCS工作模式

电能转换系统（PCS）工作模式可分为两类：

远程调度和就地操作模式。

6.1远程调度模式

在远程调度模式下，PCS根据远程调度指令工作于给定功率或电流的充电或放电模式下。

6.2就地操作模式

在就地操作模式下，用户可选择自动模式和手动模式。

在自动模式下，PCS将根据之前设定好的充电/放电状态和参考值对储能电池进行充电或放电。

在手动模式下，用户可以通过手动修改充电或放电电流、电压和时间值，使PCS工作在设定的充电或放电状态，充电度和放电度可由操作者选择。

充放电指令的各种模式由触摸屏或上位机修改。

七、PCS充放电模式

7.1并网充电模式

并网充电模式包括恒流充电、恒压充电、恒功率充电。

7.2并网放电模式

并网放电模式包括恒流放电、限压放电、恒功率放电。

八、PCS控制和监控

电能转换系统（PCS）可本地和远程控制。

也能够本地和远程的存入数据和故障信息查询以便以后检索。

用户能够通过本地或远程控制修改参数值（如充放电模式、充电电流，放电电流，充放电限制电压，充放电时间等）。

1）接收电网调度指令，实现计划发电或储能；

2）实时实现风电场功率平滑输出；

3）实现暂态有功功率紧急响应；

4）实现与储能电池系统相关的工作状态监控、数据采集、5）历史数据库维护查询和故障报警等通讯及显示功能；

6）实时存储、传送运行数据和故障信息；

7）实现与储能电站监控系统通讯功能；

8）有功功率控制功能

PCS可根据储能电站调度监控系统指令控制其有功功率输入／输出，以实现跟踪计划发电（储能）或平滑风电功率输出；电池储能系统接收并实时跟踪执行就地监控系统发送的有功功率控制信号，根据并网侧电压频率、就地监控系统控制指令等信号自动调节有功输出，

9）无功功率控制功能

PCS可根据就地监控系统控制指令信号实时跟踪调节无功输出，其调节方式、参考电压、电压调整率、功率因数等参数可由储能电站调度监控系统远程设定。

九、PCS保护功能

电能转换系统（PCS）保护功能领域广泛，主要包括电网欠过压保护、电网欠过频保护、孤岛保护、输出短路保护、直流反接保护、电池过充过放保护、电池过流保护、硬件故障保护、接触器故障保护、过载保护、充放电限制、对地漏电流保护、防雷保护等。

9.1电网过电压保护

Ø85%Un≤U≤110%Un连续运行

Ø110%Un＜U＜135%Un2.0s跳闸

Ø135%Un≤U0.05s跳闸

9.2低电压耐受能力

并网电压异常（低）时电能转换系统（PCS）具有耐受电压异常（低）能力，避免在电网电压异常时无条件脱离，引起电网电源的损失。

如下图所示，当电池储能系统交流侧电压在电压轮廓线及以上的区域内，电池储能系统必须保证不间断并网运行；交流侧电压在电压轮廓线及以下的区域内，允许电池储能单元系统脱离电网。

图5电池储能系统低电压耐受能力要求

注：

1）UL0=0.9UN，UL1=0.2UN；

2）T1=1s，T2=3s。

9.3电网过、欠频保护

频率范围

运行要求

低于48Hz

根据变流器允许运行的最低频率而定

48Hz~49.5Hz

每次低于49.5Hz时运行10min，同时在0.2s内转为放电模式

49.5Hz~50.2Hz

连续运行

50.2Hz~50.5Hz

频率高于50.2Hz时，连续运行2min，同时在0.2s内转为充电模式的能力

高于50.5Hz

在0.2s内停止送电，并转为充电模式

9.4过流保护及断路保护

在120%倍额定电流以下，PCS系统连续可靠工作时间不小于1min；在120%~150%额定电流内，PCS连续可靠工作时间不小于10s；当检测到电网侧发生短路时，向电网输出的短路电流不大于额定电流的150%。

9.5孤岛保护

当PCS在额定功率下并网工作时，断开电网空开，PCS能够在0.2秒内停止输出。

9.6充放电限制

9.7储能逆变器交流侧电压不平衡度

PCS接入电网后，公共连接点的三相电压不平衡度不超过GB/T15543-2008《电能质量三相电压不平衡》规定的限值，公共连接点的负序电压不平衡度不超过2%，短时不超过4%；其中由变流器引起的负序电压不平衡度不超过1.3%，短时不超过2.6%。

十、PCS孤岛运行

1、当PCS检测到外电网断电时，先行切断储能系统与外电网的并网开关，确认并网开关断开后，可自动或手动进入孤岛运行模式，并以电压源方式对局部设备释放电力。

2、当外部电网恢复供电时，PCS根据调度命令先行停止工作，退出孤岛运行模式。

十一、PCS主要技术参数

交流侧参数

工作方式

连续工作

交流接线方式

三相四线

额定输出功率

kVA

50、100、200、500

输出过载能力

kVA

150%

并网充放电模式

额定电网电压

V

380

有效值

允许电网电压

V

额定电压±7%

额定电网频率

Hz

50/60

频率范围

Hz

47-51.5/57-61.5

总电流波形

畸变率（THD）

%

＜3%

额定功率下

功率因素

≥0.99

额定功率下

-0.6~0.6

加入无功时

直流侧参数

最大直流功率

kW

20

直流电压范围

V

60~280

Vdc

最大输入电流

A

120

Idc

稳压精度

±1%

稳流精度

±2%

直流电流纹波

%

＜3%

IPP

系统

充放电转换时间（额定功率）

≤200ms

最大转换效率

%

97

含变压器

直流侧计量功能

根据用户要求可配置0.2或0.5级电度表

防护等级

IP20室内IP65（室外）

允许环境温度

-25℃~+55℃

冷却方式

风冷

允许相对湿度

0~95%

无冷凝

允许最高海拔

m

5000

尺寸

mm

2400*600*2260

含变压器

待机损耗

≤0.6%

显示和通讯

显示

触摸屏

标准通讯方式

RS485、以太网

MODBUS、104、IEC61850协议、

十二、PCS与电网调度系统典型组网方案

1）系统级监控：

2）蓄电池监控；

3）PCS监控；

4）电网监控调度。

图6PCS典型组网方案

十三、PCS典型应用及现场照片

1）崇明北沿风电场10kW钒液流电池储能示范工程

2）上海汇泰大楼智能楼宇光伏储能系统（20KW）

图7PCS上海汇泰大楼现场图

图8上海汇泰大楼光伏储能电站系统图

图9上海汇泰大楼光伏发电