微电网中集装箱储能系统的应用

许文文

摘要：为改善微电网电能质量，本文提出了一套适用于微电网的集装箱储能系统，该集装箱储能系统主要包含磷酸铁锂电池簇、电池管理系统、功率变换系统和储能监控系统，详细介绍了每个系统的作用及相互间的联系，并论述了其应用。

关键词：微电网;集装箱储能系统;应用

1微电网

微电网（Micro-Grid）也译为微网，是指由分布式电源、储能装置、能量转换装置、负荷、监控和保护装置等组成的小型发配电系统。开发和延伸微电网能够充分促进分布式电源与可再生能源的大规模接入，实现对负荷多种能源形式的高可靠供给，是实现主动式配电网的一种有效方式。

2集装箱储能系统

其主要由储能电池簇、电池管理系统（BMS）、功率变换系统（PCS）、储能监控系统（EMS）等组成。其技术核心是电池模块和电池簇结构设计、电池管理系统技术、电池系统的控制技术、热管理系统设计等。在集装箱储能系统中储能电池簇、电池簇控制单元、PCS以及电网构成动力主回路，进行电能的转换和输入输出。储能电池管理模块（BMU）、组端采集模块（BCMU）、储能系统管理单元（BAMS）、PCS以及EMS构成通信网络，传输采集数据、报警信息和控制信号，实现对储能系统的即时控制。BMU与储能电池直接连接，获取单体电池的电压、温度、SOC等信息，其中均衡模块可以对电池进行均衡维护。BCMU连接至整组电池及动力主回路，可采集组端电压、主回路电流等信息。其中断路器（QF）、直流接触器（KM）和熔断器（FU）构成主电路的保护和控制结构，分流器（FL）用于采集电池簇电流。

3兆瓦级集装箱储能系统

本文以某地区为例，该地区为了实现储能与光伏能源互补，平滑随机气象、技术原因引起的新能源间隙性波动，实现清洁能源高效利用，同时达到针对峰谷电价策略，按照夜储日供的策略，减少单位用电支出的目的，建设了总容量为1.5MWh的集装箱储能系统，见图1。该集装箱式电池储能系统是以40尺标准集装箱为载体，将磷酸铁锂电池系统、PCS、BMS、EMS、空调系统、消防系统、配电系统等集中在一个特制箱体内，以实现高集成度、大容量、可移动的储能装置，具有隔热、恒温、消防阻燃、防风沙等特点，满足复杂环境下的使用。

3.1磷酸铁锂电池簇

其具有较高的安全性，电池不会因过充、过放、温度过高、短路、撞击而产生爆炸或燃烧。同时磷酸铁锂电池为绿色环保电池，不含重金属与稀有金属，无毒、无污染。为达到系统功率和容量要求，电池簇设计时采用8簇电池并联，每簇96个6.4V320Ah电池模块串联，串并联后总容量达到1.57MWh。

3.2BMS电池管理系统

3.2.1系统功能

BMS通过三层模块实时检测和上传电池及电池簇电压、温度、电流等电池参数，估算电池SOC、SOH、电量等能量状态，电池报警和保护，电池簇均衡，BMS故障诊断，与其他系统通信，实现电池智能管理。BMU实现电池电压和温度模拟量测量、电池电压和温度异常报警和上报、电池SOC和SOH估算、电池均衡等功能。BCMU实现电池簇电压、电流、环境温度、绝缘电阻检测，电池簇电压、电流、环境温度、绝缘异常报警，电池簇SOC估算，执行电池簇保护，单体电池信息上传等。BAMS上传和汇总展示电池及电池簇信息，电量计算，BMS系统内故障诊断，BMS参数设定，电池簇就地监控，与PCS和EMS通信等。

3.2.2通讯

BMU、BCMU、BAMS之间通过CAN总线高速率通讯，能够实时获取电池电压、电流、SOC、温度等信息。同时自下而上地采集信息和自上而下地控制信号都能及时送达，保证了系统控制的即时和准确。BMS和PCS采用基于RS485接口的MODBUS协议通信。BMS与上级监控主机使用RJ45通信，数据传输采用TCP/IP及MODBUS协议。因此通过远程服务器经以太网可对集装箱储能系统进行实时监控与数据管理，实现遥测、遥信、遥控，使储能系统得以及时的维护，保证储能系统的安全运行，提高供电系统的可靠性。

3.3PCS

电池簇通过功率变换系统与电网交换能量，起到了电池与电网间连接的接口作用，实现能量在电池与电网间的双向交换。该储能系统需要实现四组电池的单独控制，通过投切灵活配置容量，DC/DC变换器采用下垂控制。由于单级型功率变换系统拓扑结构容量不能随时改变，储能系统电压输出不稳定，均流特性较差。该微電网中的功率变换系统作为光储互补系统的一部分，需要实现多组电池的独立控制、系统容量的自由配置及根据实际情况投切电池簇，故功率变换系统设计为多级型拓扑结构。多级型功率变换系统将蓄电池簇产生的直流电能先经过DC/DC变换器升压，再供给PWM变流器作为直流侧输入电压，经逆变后输入电网。反之电网产生的交流电能，经过PWM变流器整流成直流电压，经过DC/DC变换器降压，输出储能电池簇的充电电压。

3.4EMS

其搭载在控制主机上，采用B/S架构设计，通过以太网通信获取电池、BMS、PCS的基本信息以及储能系统工作环境状态信息等基本数据，并对其处理分析，智能管理、控制调度电池模块充放电;EMS具有可视化交互界面，实时更新显示储能系统状态;EMS将运行过程中的储能系统状态数据、故障报警数据、工作人员操作信息等，记录并存入数据库，以供调用、查询。EMS还能对电池做在线的、实时的健康状态评估，便于用户及时了解电池的性能，提高工作效率，减少工作负担。

4微电网中集装箱储能系统的应用

微电网中应用集装箱储能系统，其能根据峰谷特性，在谷段对电池进行充电，将多余电能储存起来，在峰段将能量回馈给电网。风电、光伏发电系统可以根据微网系统控制选择接入母线;接入母线时，可以将风电、光伏等能量储存起来，真正实现了“负荷调节、配合新能源接入、弥补线损、功率补偿、提高电能质量”，也可以实现孤网运行功能。储能电池簇充电结束处于备用状态，可由后台统一控制回馈电网。以兆瓦级储能系统作为一个单元，适用范围广，可以通过多个单元并联组合扩充容量。

5结束语

储能系统接入微电网，可以作为后备电源提供短时供电，也能够解决电压跌落、瞬时供电中断等动态电能质量问题，通过调压、调频以及系统故障时的低电压穿越等维持系统稳定，通过向电网及负荷提供有功和无功补偿、维持电压稳定，改善微电网电能质量。因此储能系统成为调节微电源性能，保证负荷供电质量，抑制系统振荡的重要环节。所以本文对微电网中集装箱储能系统的应用进行了探讨。

参考文献

[1]朱月.电池储能系统在并网风电场运行中的协调控制研究[J].电器与能效管理技术，2020（10）：71-76.

[2]陈照光.基于改进的人工蜂群算法的微电网储能系统容量优化配置[J].上海电力大学学报，2021，37（5）：415-421.