前言

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一、儲能系統(tǒng)架構(gòu)

電池儲能系統(tǒng)(Battery Energy Storage System, BESS),主要由儲能電池，功率轉(zhuǎn)換(Power Conversion System, PCS)，電池管理(Battery Management System, BMS),能量管理(Energy Management System)等幾部分組成（常用拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示）。

圖1 儲能系統(tǒng)圖

電池是實(shí)現(xiàn)電能存儲與釋放的載體，其中磷酸鐵鋰電池具有能量密度高、循環(huán)壽命長、能量效率高等特點(diǎn)，使用最為廣泛。

儲能電池系統(tǒng)組成：數(shù)只電芯(Cell)串并聯(lián)組成電池組(Module)，電池組經(jīng)過串聯(lián)組成電池簇(Rack),各電池簇相并聯(lián)，構(gòu)成大規(guī)模的電池儲能系統(tǒng)。

電池管理系統(tǒng)負(fù)責(zé)對電池進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測和管理，監(jiān)測電池的電壓、電流、溫度、荷電狀態(tài)、健康狀態(tài)等，對電池充放電過程進(jìn)行安全管理，防止過沖、過放，對可能出現(xiàn)的故障進(jìn)行報(bào)警和應(yīng)急處理，保證電池系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、可靠運(yùn)行。

完整的儲能系統(tǒng)BMS應(yīng)包含電池組BMS、電池簇BMS、系統(tǒng)BMS，尤其是對大規(guī)模儲能系統(tǒng)，三級BMS能最大程度上避免電壓不均衡及其導(dǎo)致的過沖與過放。

儲能變流器(PCS),是電池與電網(wǎng)或交流負(fù)載的接口，它不僅決定了儲能系統(tǒng)輸出的電能質(zhì)量和動態(tài)特性，還在很大程度上影響電池的壽命。

根據(jù)PCS的級數(shù)不同，工頻升壓型PCS可以分為單級式和雙級式。其中單級PCS根據(jù)輸出電平又分為兩電平、三電平、多電平，電平數(shù)量越多，輸出電能質(zhì)量越高。

單級式PCS效率高，結(jié)構(gòu)簡單，針對目前大規(guī)模應(yīng)用的鋰電池儲能系統(tǒng)，單級式、三電平PCS應(yīng)用最為廣泛。

EMS具備系統(tǒng)監(jiān)控功能、系統(tǒng)協(xié)調(diào)優(yōu)化功能。EMS是獨(dú)立BESS之外的上層“指揮”系統(tǒng)，向上可接入規(guī)模更大、更高級的EMS，接受其工作指令和參數(shù)設(shè)置，向下可調(diào)度儲能本地控制器，實(shí)現(xiàn)能量調(diào)度與功率控制。

EMS總體架構(gòu)可分為支撐平臺和應(yīng)用軟件。支撐平臺主要包括測量終端、傳輸通道、計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)庫等。應(yīng)用軟件包含數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控、能量管理、網(wǎng)絡(luò)分析（儲能系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)如圖2所示）。

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圖2 儲能系統(tǒng)控制示意圖?

二、電池

在UPS的使用歷史中，鉛酸電池一直作為其儲能載體。但近幾年來，隨著鋰電池的快速發(fā)展，在使用壽命、能量比等方面，明顯優(yōu)于鉛酸電池，UPS儲能電池已不僅限于使用鉛酸電池了，鋰電池也逐漸成為許多廠家備選項(xiàng)。

在大規(guī)模儲能應(yīng)用領(lǐng)域，磷酸鐵鋰一直處于主導(dǎo)地位，以下為電池參數(shù)內(nèi)容：

1）?電池容量

它表示電池充滿電后，在一定放電率、溫度、終止電壓等條件下，電池放出的電量，通常定義為1h將電池完全放電的能量，單位為Ah。

2）?充放電倍率(C)

表征電池的充放電流大小，電池在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)放出其額定容量時(shí)所需要的電流值，它在數(shù)值上等于電池額定容量的倍數(shù)，通常以字母C表示。充放電倍率對電池性能衰減速度影響很大,即充放電倍率越大,電池性能衰減速度越快。

3）?荷電狀態(tài)(SOC)

電池可用容量占全部容量的百分比。需要注意的是，SOC的計(jì)算要考慮電池的衰減，若用初始額定容量計(jì)算，SOC的誤差會越來越大。

4）?放電深度

該參數(shù)通常是在放電模式下使用。定義為釋放的電能占全部容量的百分比。放電深度越深，電池壽命越容易縮短，電壓和電流就越不穩(wěn)定。

5）?能量密度

體積能量密度：單位體積的電池充滿電時(shí)的可用能量，單位Wh/L；重量能量密度：單位重量的電池充滿電時(shí)的可用能量，單位是Wh/kg。磷酸鐵鋰電池能量密度一般在150Wh/kg左右，鉛酸一般在60Wh/kg左右。

6）?充電效率

電池充電發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時(shí)會產(chǎn)生損耗，其大小等于充電能量與放電能量之間的差值。這些損耗主要是通過發(fā)熱消耗掉的。

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三、應(yīng)用

UPS通過對市電整流后，給蓄電池充電，再將蓄電池直流電逆變器后供電，以達(dá)到在市電斷電之后，能為負(fù)載提供穩(wěn)定、不間斷的電源，避免因市電中斷、諧波干擾、電壓或頻率異常而帶來的設(shè)備故障、硬件損毀、數(shù)據(jù)丟失等安全風(fēng)險(xiǎn)。因此，UPS電源的應(yīng)用越來越廣泛，幾乎遍布所有的行業(yè)。

電池儲能系統(tǒng)的應(yīng)用場景囊括電力生產(chǎn)、電力傳輸、電力消費(fèi)等。由于其響應(yīng)時(shí)間短、調(diào)節(jié)速度快、調(diào)節(jié)精度高等特點(diǎn)，已在在火儲聯(lián)合調(diào)頻、新能源輔助電源、微電網(wǎng)智能調(diào)節(jié)等方面廣泛應(yīng)用。

在火儲聯(lián)聯(lián)合調(diào)頻應(yīng)用中，充分發(fā)揮儲能響應(yīng)時(shí)間短、調(diào)節(jié)速度快和調(diào)節(jié)精度高的特長，可整體提高機(jī)組的調(diào)節(jié)性能指標(biāo)，獲得較好的經(jīng)濟(jì)效益。

在輔助新能源方面，加入儲能可起到削峰填谷、一次調(diào)頻、提高預(yù)測精度、平抑短時(shí)波動的功用。

在微電網(wǎng)方面，儲能的接入可以改善弱電網(wǎng)供電品質(zhì)，能提高柴油發(fā)電機(jī)的燃油效率等。

通過以上分析，儲能與UPS主要區(qū)別在應(yīng)用場景上。因應(yīng)用場景的差異，導(dǎo)致他們在結(jié)構(gòu)、儲能載體、控制功能上存在較大的區(qū)別。在了解他們的區(qū)別前提下，在實(shí)施具體項(xiàng)目時(shí)，尤其是那些特殊應(yīng)用場景，可綜合各自特點(diǎn)，增加方案的靈活性。

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