5MW储能电站方案书

5MW储能电站PCS系统方案书设计单位：设计时间：储能电站PCS系统方案书一、产品介绍1.1能量转换系统介绍能量转换系统(PowerConversionSystem)，是用于储能电站的专业换流设备，它通过与蓄电池组和公共电网连接，主要有以下主要功能：1）在电网负荷低谷期，将电网上的交流电能转换成直流电能，给蓄电池组充电；在电网负荷高峰期，它又将蓄电池组的直流电能转换成满足电网要求的交流电能，回馈至公共电网中去，起到移峰填谷的功能，保证电网的正常运行；2）提高电网质量的功能；通过监测电网的状态，并接收来自电网调度的要求或本地控制要求，向电网馈送或吸收有功，提供无功补偿等，保证电网电能的质量；3）离网运行（又称为孤岛运行）功能，能量转换系统还可以根据实际的需要，在满足设定要求的情况下，与主电网脱开，给本地的部分负荷提供满足电网电能质量要求的交流电能；4）新能源接入功能；PCS也可以根据实际的需求，接入光伏或风机，将新能源产生的电能，转换成符合电网要求的交流电能，馈送至公共电网，以缓解电网供电紧张的局面；1.2xxBC-500KW产品介绍xxBC系列产品为xx利用自身雄厚的研发实力，研制的专业双向换流系统(bidirectionalconvertingsystem);目前我公司研制的产品最大容量到500KW；其型号为xxBC-500KW；其主要的性能特点如下：1）所有的元器件均采用高质量产品，确保系统的性能和使用寿命；xxBC-500KW内部的元器件，包括空气开关、继电器、IGBT模块、电解电容、滤波电容等，均使用知名品牌产品，严格挑选，确保系统优异的整机性能和长的使用寿命；2）使用先进的DSP数字处理芯片，运用先进的软件处理算法，确保对系统运行的可靠、精确控制；xxBC-500KW的控制主芯片，使用TI公司的TMS320F28XX系列DSP，该系列DSP为32位的高性能控制芯片，丰富的外设，高速的数据处理能力，十分19适合于高性能电能变换设备中使用，加上软件程序上使用先进的控制和处理算法，可以确保对系统运行状态实现完美、可靠、精确的控制；3）具有并网运行和离网运行两种模式；可以满足用户的不同要求；该双向换流系统可以工作在两种模式，并网运行模式和离网运行模式，并可以在两种模式之间进行快速切换，满足用户在实际运用中的不同需求；4）完善可靠的各种保护功能，最大限度的确保系统和电网的安全；该双向换流系统具有各种完备的保护功能，如过欠压保护、过欠频保护、过流保护、短路保护、过载保护、过温保护、防孤岛保护、功率翻转保护等等，确保系统、蓄电池和公共电网最大的运行安全；5）设备自身功耗小，转换效率高达96%以上；确保能量的最大化利用；由于采用了一系列硬件和软件优化措施，使得设备本身的功耗很小，转换效率可以达到96%以上，节能性能优异；6）预留并联接口，可以扩容至MW级换流器；内置有并联接口，可以非常方便地将500KW系统扩容至1MW以上的换流系统；7）LCD彩色触摸屏显示，人机界面友好；使用彩色触摸屏显示技术，操作方便，简单，实时显示直流侧、交流侧参数以及设备的运行状态，并可对操作、运行、故障等历史信息进行详细的存储记录；8）通讯接口丰富，可满足不同监控通讯方式的要求；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19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；型号电压范围（Vdc）直流侧额定功率（KW）额定直流电压（Vdc）锂离子蓄电池节数（节）泄漏电流（A）交流相数额定功率（KW）额定电压（Vac）并网放电允许电压范围（Vac）额定频率（Hz）允许频率范围（Hz）总电流谐波畸变率输出功率因数离网运行并网充电额定电压（Vac）电压精度（Vac）输出电压失真度额定输出频率（Hz）动态负载电压瞬变额定电压（Vac）允许电压范围（Vac）频率范围（Hz）最大功率（KW）功率因数xxBC-500KW675~900500810225＜20mA三相五线制（R+S+T+N+PE）500380323~4185048~50.5＜5%-1~1380＜±3%＜5%（额定线性负载）50±2%＜±5%（阻性负载0到100%跃变）380323~41848~50.56001110%，过载10分钟120%，过载1分钟96%＜2倍额定电流具备主动、被动式孤岛检测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RS232/485/CAN/以太网接口风冷IP30室内900×2000×1800295019交流侧交流过载能力最大效率最大短路电流峰值反孤岛效应检测功能显示通信及集中监控一般参数冷却方式防护等级安装环境尺寸（深×宽×高）（mm）重量（kg）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：双向换流功率部分直流侧开关及动作保护部分到控制板接蓄电池组隔离变压器交流侧开关及动作保护部分DC+DC-电能质量监测仪RSTN接交流电网彩屏液晶显示DSP控制板通讯接口191.5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：蓄电池组直流滤波双向换流功率部分交流滤波工频隔离交流电网直流侧电流采样直流电压采样交流侧电流采样交流电压采样过/欠压保护低THD并网控制算法并联均流控制电池充放电管理直流侧绝缘检测孤岛检测及保护并网/离网切换控制谐波补偿控制无功补偿控制过欠压保护最大效率控制DSP处理器（TMS320F2808）通信及显示191.6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；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；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；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，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19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；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；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；待故障状态消除后，重新投入运行；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19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；待故障状态消除后，重新投入运行；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：元器件名称生产厂商型号单个IGBT元件个数动态不重复峰值电压动态重复峰值电压通态平均电流浪涌电流重量IGBT功率模块EUPECFF300R17KE32个IGBT单管1700V1700V300A600A340g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：19A）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