【政策法规】Q∕GDW_1886-2013_电池储能系统集成典型设计规范_18页_1mb

国家电网公司电池储能系统集成典型设计规范总结

核心内容概述

本规范《Q/GDW 1886-2013 电池储能系统集成典型设计规范》是国家电网公司智能电网标准体系的重要组成部分，主要针对锂离子电池储能系统，适用于35kV及以下电压等级电网的储能系统。规范从系统结构、功能要求、参数性能、设计条件、系统研究及子系统基本要求等方面，对储能系统的集成设计提出了统一的技术要求和指导原则。

主要观点

• 系统集成目标：规范旨在确保储能系统在满足电网运行需求的同时，实现安全、可靠、高效的运行。
• 适用范围：适用于国家电网公司经营区域内的35kV及以下电网接入的储能系统。
• 技术标准依据：引用了多个国家和行业标准，如GB、DL/T、SJ、IEC等，确保设计符合现行技术规范。
• 设计原则：设计需根据储能系统功能需求确定，部分条件可由供需双方协商。
• 系统研究：系统研究是设计的重要基础，包括接入方式、主电路结构、动态特性、控制保护策略、过电压、绝缘配合、安装布置及噪声控制等。

关键信息

1. 储能系统典型结构

• 储能系统典型结构图（图1）展示了系统的基本组成，包括电池组、电池管理系统（BMS）、变流器（PCS）等。
• 最小系统由电池组、BMS及PCS组成，可扩展为多个最小系统通过通信系统连接就地监控和主站监控。

2. 储能系统主要功能

储能系统应具备以下功能（但不限于）：

• 平滑发电功率输出
• 跟踪计划发电
• 系统调频
• 削峰填谷
• 紧急功率支撑
• 应急供电

3. 主要参数和性能指标

储能系统需满足以下关键参数和性能要求：

• 额定容量（Ah）
• 额定功率（kW）
• 充放电切换时间（≤200ms）
• 响应时间（达到90%目标功率所需时间）
• 过载能力（110%持续1min，120%持续10s）
• 系统效率（输出/输入有功功率比值）
• 能量转换效率（电池放出能量与充入能量的比值）

4. 设计基本条件

• 确定原则：由需方提供，部分条件可协商。
• 环境条件：包括海拔、湿度、温度、地震等级、污秽等级等。
• 系统条件：电网电压、频率、接地方式、主接线方式、接入点短路水平、保护定值等。
• 负荷条件：包括协议容量、负荷性质、工况等。
• 其他条件：占地面积、冷却条件、布置方式、监控方式、噪声控制等。

5. 储能系统子系统基本要求

5.1 电池系统

• 电池组：
  • 额定电压建议为12V、24V、36V、48V、72V系列。
  • 初始能量应为额定能量的100%~105%。
  • 额定能量不应小于2.5kWh。
  • 一致性要求：电池组内单体电压差应控制在200mV（≤24串）或300mV（＞24串）以内。
  • 交流内阻误差不超过厂家标称值的5%。
• 保护要求：
  • 温度超限、过/欠电压、过电流、一致性偏差、通讯故障等保护。
• 通讯接口：推荐使用CAN通信协议。

5.2 电池管理系统（BMS）

• 功能要求：
  • 实时监测电池电压、电流、温度等参数。
  • 实时估算SOC。
  • 故障诊断与处理。
  • 与变流器和监控系统进行信息交互。
  • 均衡管理功能。
• 技术要求：
  • 输入电源为220V或380V交流，或110V、220V直流。
  • 测量误差要求：
    • 总电压误差±2% FSR
    • 电流误差±3% FSR
    • 温度误差±1℃
    • 单体电压误差±10mV
  • SOC估算精度：
    • SOC≤30%时≤8%
    • 30%＜SOC＜80%时≤12%
    • SOC≥80%时≤8%
• 保护要求：
  • 温度超限、过/欠电压、过电流、一致性偏差、通讯故障、SOC告警等。
• 通讯接口：
  • 与变流器采用CAN/RS485，支持CAN2.0B/MODBUS-RTU。
  • 与监控系统采用以太网，支持IEC61850协议。

5.3 变流器（PCS）

• 功能要求：
  • 具备并网充电、放电及离网放电功能。
• 性能指标：
  • 效率：
    • 一级变换拓扑：≤100kW时≥95%，＞100kW时≥97%
    • 两级变换拓扑：≤100kW时≥92%，＞100kW时≥94%
  • 功率因数：≥0.95（超前或滞后）
  • 总谐波畸变率（THD）需满足GB/T14549规定。
  • 电压波动和闪变需满足GB/T12326规定。
  • 充放电切换时间≤200ms，离网切换时间≤100ms。
  • 过载能力：110%持续1min，120%持续10s。
• 保护要求：
  • 交流相序错误、电网电压不平衡、过/欠压/频、电流直流分量超标、冷却系统故障、过温、通讯故障、浪涌过电压等。
• 通讯接口：
  • 与监控系统采用以太网，支持IEC61850协议。
  • 与BMS采用CAN/RS485，支持CAN2.0B/MODBUS-RTU。

5.4 监控系统

• 功能要求：
  • 实时监测与控制储能系统各部件。
  • 具备计算、调节、检测、保护、通信、启动/停止顺序控制、事件记录与报警等功能。
• 技术要求：
  • 输入电源可为交流或直流，优先采用直流。
  • 测量精度：
    • 开关量时间分辨率≤1ms。
    • 模拟量误差：
      • 电压：≤0.3%
      • 电流：≤0.5%
      • 有功功率：≤2%
      • 有功电流：≥0.05p.u.时误差≤2%
  • 显示要求：
    • 实时显示储能系统状态，支持就地和远程操作。
    • 报警信号需传至就地和远程监控。
    • 事件记录时间分辨率≤1ms，信息可存储并随机调取。
• 可靠性要求：
  • 年可靠性指标≥99.9%。
• 通讯要求：
  • 与BMS和PCS采用以太网接口，支持IEC61850协议。

5.5 故障录波装置

• 具备事件记录（SER）和暂态故障记录（TFR）功能。
• 采样频率≥5kHz，支持1ms分辨率。
• 记录内容包括母线电压、有功/无功功率、支路电流、断路器状态、故障录波启动信号等。
• 技术要求参考DL/T553。

5.6 辅助设备

• 直流汇流柜：用于电池系统汇流，减少线缆数量，建议用于1MWh及以上系统。
• 不间断电源（UPS）：在供电中断时维持监控系统运行至少20min，切换时间≤20ms。
• 隔离变压器：实现储能系统与电网的电气隔离，可集成于变流器柜中或单独配置。

总结

本规范为国家电网公司经营区域内的电池储能系统集成设计提供了系统性、标准化的技术要求。涵盖电池系统、变流器、监控系统、故障录波装置及辅助设备等子系统，明确了各子系统的功能、参数、性能、保护和通讯要求。设计需基于电网运行条件、环境因素及系统功能需求，确保储能系统安全、可靠、高效运行。规范还强调了系统研究的重要性，包括接入方式、拓扑结构、动态特性、控制策略等，为实际工程应用提供了理论与实践的结合指导。