電池儲能系統可以作爲多種電力能源與穩定的電力需求之間的緩沖器,可以增加像風能、太陽能等不穩定電源的發電能力及法定質量。還可以用於(yú)一般的電網配電用戶的削峰填谷,将谷時電價的電能以直流電的形式儲存在電池矩陣(電堆)中,到峰時電價時段,再以工頻(50Hz)向各個用電器和用電方面輸出,等於(yú)是在高價時段使用瞭(le)低價時段的電能,其差價就是峰谷差儲能節電的收益。
儲能電站系統組成與功能性解析
變壓器及高壓開關櫃
将電(diàn)網輸來的電(diàn)網電(diàn)壓(10KV、6KV或其他等級的電(diàn)壓)轉換成用戶(hù)的用電(diàn)器和用電(diàn)方面所需的電(diàn)壓等級(如0.4KV)
低壓開關及控制櫃
用於(yú)充放電(diàn)和電(diàn)能輸出的控制及管理
控制系統
電池能量存儲系統由可編程邏輯控制器(PLC)和人機界面(HMI)進行控制。PLC系統的關鍵功能之一是控制儲能系統的充電時間和速率。例如:PLC可以接收用電價格的真實時間數據,並(bìng)且根據允許的比較大用電需求、充電狀态以及用電高峰/非高峰時的價格對比,決定怎樣快速地給電池系統重新充電。這個決策是動态的而且能夠根據具體情況優化。通過标準化的通信輸入、控制信号和電力供應,它與系統其餘部分集成在一起。它可以通過撥号或因特網進行訪問。它有多重防衛層以限制對它的不同功能的訪問,並(bìng)且爲遠程監控提供定制的報(bào)告和報(bào)警功能。
電力轉換系統(PCS)
電力轉換系統的功能是對電池進行充電和放電,並(bìng)且爲本地電網提供改善的供電質量、電壓支持和頻率控制。它有一個能進行複雜而快速地動作、多象限、動态的控制器(DSP),帶有專門的控制算法,能夠在設備的整個範圍内轉換輸出,即循環地從全功率吸收到全功率輸出。目前通常採(cǎi)用的是雙向逆變器。
電池矩陣(電堆)
電(diàn)池矩陣(電(diàn)堆)是由若幹單(dān)電(diàn)池組成。
電池儲(chǔ)能系統能夠用來節約電網系統的固定設備(bèi)投資;提高電網設備(bèi)利用率,降低比較終用戶的使用成本。
從(cóng)投資額以及電(diàn)能質量考慮,一般分爲兩類模式:
1、峰時全部採(cǎi)用谷時電能輸出,這種模式的電池矩陣規模和輸出逆變器都比較大,其儲能能量也比較大,電池矩陣中所存儲的電能可以滿足峰時時段的全部用電,即儲能電站系統在峰時向用電器和用電方面輸出的電能全部由所存儲的谷時電能承擔,由電網接入的工頻電能隻作爲充電電源和後備電源。這種模式的峰谷差節能收益比較大,但是投資也比較大,而且由於(yú)向用電器和用電方面所輸出的全部是PWM波形,所以對電能質量的治理的要求也比較高。在這裏稱爲A模式。
2、峰時輸出的電能,由谷時存儲的電能與電網接入的工頻電能共同承擔,即在峰時時段由儲能電站系統和電網接入的工頻電能並(bìng)聯向用電器和用電方面輸出所需的電能。這種模式的電池矩陣規模和輸出逆變器都比A模式的小(比如50%),其儲能能量也相對小(比如50%),電池矩陣中所存儲的電能隻需滿足峰時的部分用電(比如50%)。這種模式的峰谷差節能收益比A模式的小,但是投資也小,而且由於(yú)向用電器和用電方面所輸出的全部電能是由PWM波形和電網工頻這兩種電能的疊加,所以對電能質量的治理的要求也比較低。在這裏稱爲B模式。
另外從(cóng)投資額以及電(diàn)池矩陣規模還可以分爲另外兩種子模式:
3、一次充電模式,這種模式的電池矩陣規模比較大,其儲(chǔ)能能量也比較大,電池矩陣中所存儲(chǔ)的電能可以滿足除谷時時段以外的全部時段的用電,即儲(chǔ)能電站系統在谷時時段一次所存儲(chǔ)的電能,足夠在峰時時段和平時時段向用電器和用電方面輸出電能。這種模式的峰谷差節能收益比較大,但是投資也比較大。在這裏把這種子模式與A模式的組合稱(chēng)爲A1模式,把這種子模式與B模式的組合稱(chēng)爲B1模式。
4、二次充電模式,這種模式的電池矩陣規模比較小,其儲能能量也比較小,電池矩陣中所存儲的電能隻需滿足上午峰時時段的用電即可,即儲能電站系統在谷時首先次所存儲的電能,在上午的峰時時段可以向用電器和用電方面輸出電能。而在中午和下午的平時時段再次向儲能電站系統充電,儲能電站系統用第二次充電所存儲的電能在傍晚和晚上的峰時時段向用電器和用電方面輸出電能。由於(yú)平時時段的電價高於(yú)谷時時段的電價,所以這種模式的峰谷差節能收益比較小,但是投資也相對比較小。在這裏把這種子模式與A模式的組合稱(chēng)爲A2模式,把這種子模式與B模式的組合稱(chēng)爲B2模式。
用電池作爲儲能器件在谷時時段儲能,在峰時時段用逆變(biàn)器産(chǎn)生PWM波向用電器和用電方面輸出電能的儲能電站,雖然其技術基本上是成熟的,幾乎沒有什麽壁壘,總體技術含量也不是很高。但是究其細節,從用電和電網對電能質量的要求方面考慮,就必須使其向用電器和用電方面輸出的電能,以及向電網反饋的電能質量相關的規定。不光是要保證向用電器和用電方面輸出電能的質量,還必須滿足向電網反饋的電能質量的要求。
如果採用目前通常的電池儲能電站的建設方案,不光是必須對輸往用電器和用電方面的電能質量進行治理,以消除對用電質量的不良影響,還必須對反饋到電網的電能質量進行治理,以滿足國家對電網電能質量的要求。這就必須在儲能電站設計和安裝高電壓、大功率電能治理裝置(如SVG等),這就必然産生下面的三個主要問題:1、大增加瞭(le)建設成本;2、由於(yú)SVG等電能治理設備對於(yú)波形畸形的治理會消除一部分諸如諧波等的電能,諧波也是電能,消除一些就少一些,所以會使節能收益有所降低;3、SVG等電能治理裝置都是動态運行的電力電子設備,故障率和運維工作量都比較大,增加的運維成本也會使節能收益有所降低。
如果採(cǎi)用特殊接法的三相平衡變壓器替代普通的變壓器,再通過三相平衡器向用電器和用電方面輸出所存儲的電能,可以大降低諸如諧波等波形畸形對用戶的用電質量和對電網電能質量的影響。對於(yú)B1和B2模式的電池 儲能電站,完全可以不採(cǎi)用任何電能治理設備而滿足用戶的用電質量要求和國家對電網電能質量的要求。
相應的就有瞭(le)下面的三個(gè)主要優勢:
1、減(jiǎn)少瞭(le)建設成本;
2、減少瞭(le)SVG等電能治理設備對於(yú)波形畸形治理時對諸如諧波等電能的消除,使節能收益有所增加;
3、三相平衡變(biàn)壓器和三相平衡器是靜态運行的,不會産(chǎn)生任何故障,無需運維和運維成本。