電池儲能系統集成技術與應用

《電池儲能系統集成技術與應用》較為系統和全面地論述了電池儲能系統集成技術所面臨的問題與任務、系統架構、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，最後介紹了典型應用案例與系統產品。
 
《電池儲能系統集成技術與應用》的內容源於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集成設計的工程師、高等院校從事儲能系統研究的教師和學生提供參考，目的在於拋磚引玉，促進電池儲能系統集成技術在的發展。

前言


作者簡介



第1章　緒論 1
1.1　儲能市場概況 1
1.2　電池儲能的發展趨勢 4
1.3　電池儲能系統的基本特點與面臨的挑戰 9
1.4　電池儲能系統集成技術的任務 10
1.5　本書主要內容 12
參考文獻 13

第2章　電池儲能系統架構與關鍵設備 15
2.1　電池儲能系統架構 15
2.2　電池儲能系統性能指標 16
2.3　電池及電池管理系統 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　電池儲能系統成本分析 38
2.6　小結 39
參考文獻 39

第3章　電池儲能系統主要應用與解決方案 43
3.1　火儲聯合調頻系統 43
3.1.1　火電機組AGC基本原理 43
3.1.2　火儲聯合系統 45
3.2　輔助新能源並網 47
3.2.1　削峰填穀 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實現一次調頻 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 70
3.5　小結 72
參考文獻 72

第4章　電池儲能系統電氣設計 76
4.1　電氣系統概述 76
4.2　低壓開關櫃設計 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　高壓開關櫃 106
4.4.1　高壓開關櫃的選型 106
4.4.2　中置櫃 107
4.4.3　環網櫃 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　電池匯流櫃的設計 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　電池儲能系統並網對配電網的影響 129
4.8　小結 133
參考文獻 133

第5章　電池儲能系統結構與安全設計 140
5.1　整體結構 140
5.2　圍護結構與佈局 144
5.3　接地與靜電防護 146
5.4　熱管理系統設計 147
5.4.1　散熱冷卻方式 148
5.4.2　電池功耗發熱量計算 153
5.4.3　外部靜滲入熱量計算 155
5.4.4　溫控系統功率計算及控制邏輯 158
5.5　結構與散熱模擬 161
5.6　系統火災與自動滅火系統設計 165
5.6.1　火災與電池熱失控 165
5.6.2　自動滅火系統設計 169
5.6.3　火探管滅火系統 180
5.7　小結 181
參考文獻 182

第6章　電池儲能系統本地控制與遠端通訊 186
6.1　電池儲能系統本地控制與管理 186
6.1.1　本地控制器硬體平臺 187
6.1.2　電池儲能系統內部通信方式 188
6.1.3　本地控制器軟體架構 193
6.1.4　電池儲能系統運行狀態與控制邏輯 195
6.2　電池儲能系統監控與能量管理 200
6.2.1　電池儲能系統通信設備配置 200
6.2.2　電池儲能系統站級SCADA系統 201
6.2.3　能量管理系統 203
6.3　IEC 61850在電池儲能系統中的應用 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　電池儲能系統設備集成安裝與檢驗 222
7.1　集裝箱及戶外櫃檢驗 222
7.2　電氣設備安裝與檢驗 223
7.2.1　高壓開關櫃安裝與檢驗 223
7.2.2　變壓器安裝與檢驗 228
7.2.3　低壓開關櫃安裝與檢驗 229
7.2.4　儲能變流器安裝與檢驗 231
7.2.5　直流匯流櫃及直流線纜安裝與檢驗 232
7.3　溫控系統安裝與檢驗 234
7.4　消防系統安裝與檢驗 236
7.5　電池儲能系統出廠調試 237
7.6　電池儲能系統起吊運輸與現場安裝 239
7.6.1　起吊運輸 239
7.6.2　現場安裝 240
7.7　小結 241
參考文獻 242

第8章　電池儲能系統建模與模擬 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　鋰離子電池模擬分析 246
8.3　鉛酸電池模擬分析 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　儲能變流器向量控制 255
8.4.3　儲能變流器虛擬同步機控制 256
8.5　系統模擬 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中的應用展望 275
9.1　電池儲能系統與物聯網 275
9.1.1　物聯網概述 275
9.1.2　物聯網技術在電池儲能系統中的應用 276
9.1.3　物聯網對電池儲能系統的要求 279
9.2　神經網路技術在電池儲能系統中的應用 279
9.2.1　基於神經網路的電池儲能系統即時容量識別 280
9.2.2　基於神經網路的電池儲能系統軟故障狀態識別與保護 284
9.2.3　神經網路技術在電池儲能系統中的應用展望 287
9.3　電池儲能系統與區塊鏈技術 288
9.3.1　區塊鏈技術概述 288
9.3.2　共用儲能技術 290
9.3.3　基於區塊鏈技術的共用儲能交易體系 291
9.3.4　基於區塊鏈技術的共用儲能商業運營思考 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 301
10.1　典型應用案例 301
10.1.1　雙湖微電網 301
10.1.2　兆光火儲聯合調頻系統 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 312
10.2.1　Younicos電池儲能系統 312
10.2.2　CellCube電池儲能系統 313
10.2.3　Ingeteam電池儲能系統 315
10.2.4　Power Electronics電池儲能系統 317
10.3　小結 318
 

陽光電源股份有限公司余勇博士，研究員，IEEE PES儲能系統與裝備分會常務理事，中國電機工程學會新能源並網與運行專業委員會委員。自2006年加入陽光電源股份有限公司以來，一直從事變流器、儲能系統的研究與開發工作，對儲能系統的設計開發、運行機理、應用需求、功能特性等均有著十分深入的理解。領導研發的儲能系統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的數十兆瓦級縣域微電網，到馬爾地夫數百千瓦級海島微電網；從北美工商業需求側回應，到常規發電機組黑起動；從各國風光儲輔助新能源並網，到國內火儲聯合AGC（自動發電控制）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余項發明專利獲得授權，參與起草已發佈國家標準2項，獲得了國家科技進步二等獎、西藏自治區科學技術一等獎、新疆維吾爾自治區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，長期致力於新能源系統運行與控制技術研究，相繼獲得國家自然科學基金專案青年基金、面上基金以及國家重點研發計畫等資助，對實際複雜電網環境下新能源及儲能系統的基礎理論與關鍵技術進行了持續的研究，在系統精確建模、穩態性能提升、暫態故障穿越等方面開展了長期、深入、富有創新性的研究。迄今已在新能源領域發表SCI/EI 論文170餘篇，研究成果已在工業界得到大量成功應用。