儲能電站PCS系統(tǒng)方書一、產(chǎn)品介紹1.1量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)介紹能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)PowerConversion能站的專業(yè)換流設備，通過與蓄電池組和公共電網(wǎng)連接，主要有以下主要功能：1）

在電網(wǎng)負荷低谷期，電網(wǎng)上的交流電能轉(zhuǎn)換成直流電能，給蓄電池組充；在電網(wǎng)負荷高峰期，它又將蓄電池組的直流電能轉(zhuǎn)換滿足電網(wǎng)要求的交流電能饋至公共電網(wǎng)中去，起到峰填谷的功能，保證電網(wǎng)的正常運行；2）

提高電網(wǎng)質(zhì)量的功能通過監(jiān)測電網(wǎng)的狀態(tài)，并接收來自電網(wǎng)調(diào)度的要求本地控制要求向電網(wǎng)饋送或吸收有功，提供無功補償，保證電網(wǎng)電能的質(zhì)量；3）

離網(wǎng)運行（又稱為孤運行）功能，能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)還可以根據(jù)實際的需要在滿足設定要求的情況下，與主電網(wǎng)脫開本地的部負荷提供滿足電網(wǎng)電能質(zhì)量要求的交流電能；4）

新能源接入功能；PCS也可以根據(jù)實際的需求，接入光伏或風機，將新能產(chǎn)生的電能，轉(zhuǎn)換成符合電網(wǎng)要求的交流電能，饋送至共電網(wǎng)，以緩解電網(wǎng)供電緊張的局面；

xxBC-500KW產(chǎn)品介紹xxBC系列產(chǎn)品為xx利自身雄厚的研發(fā)實力研制的專業(yè)雙向換流系統(tǒng)(bidirectionalsystem);目前我公司研制的產(chǎn)最大容量到500KW其型號為；其主要的性能特點如：1）

所有的元器件均采用質(zhì)量產(chǎn)品，確保系統(tǒng)的性能和使用壽命；內(nèi)部的元器件包括空氣開關(guān)、繼電器、IGBT模、電解電容、濾波電等，均使用知名品牌產(chǎn)品，嚴格挑選，確保系統(tǒng)異的整機性能和長的使用壽命；2）

使用先進的數(shù)字處理芯片，運用先的軟件處理算法，確保對系統(tǒng)運的可靠、精確控制；的控主片，使用TI公的系列該系列DSP位的高性能制芯片，豐富的外設高速的數(shù)據(jù)處理能力，十分適合于高性能電能變換設備中用，加上軟件程序上使用先進的控制和處理算法，可以確對系統(tǒng)運行狀態(tài)實現(xiàn)完美、可靠、精確的控制；3）

具有并網(wǎng)運行和離網(wǎng)行兩種模式；可以滿足用戶的不同要求；該雙向換流系統(tǒng)可以作在兩種模式，并網(wǎng)運行模式和1

離網(wǎng)運行模式，并可在兩種模式之間進行快速切換，滿足用戶在實際運用中的同需求；4）

完善可靠的各種保護能，最大限度的確保系統(tǒng)和電網(wǎng)的安全；該雙向換流系統(tǒng)具有種完備的保護功能，如過欠壓保護、過欠頻保護、過保護、短路保護、過載保護、過溫保護、防孤島保護、功翻轉(zhuǎn)保護等等，確保系統(tǒng)、蓄電池和公共電網(wǎng)最大的運行全；5）

設備自身功耗小，轉(zhuǎn)效率高達96%以上；確保能量的最大化利用；由于采用了一系列硬和軟件優(yōu)化措施，使得設備本身的功耗很小，轉(zhuǎn)換效可以達到96%以上，節(jié)能性能優(yōu)異；6）

預留并聯(lián)接口，可以容至級換流器；內(nèi)置有并聯(lián)接口，可非常方便地將500KW

系統(tǒng)擴容至

以上的換流系統(tǒng)；7）LCD彩色觸摸顯示，人機界面友好；使用彩色觸摸屏顯示術(shù)，操作方便，簡單，實時顯示直流側(cè)、交流側(cè)參數(shù)及設備的運行狀態(tài)，并可對操作、運行、故障等歷史信息行詳細的存儲記錄；8）

通訊接口豐富，可滿不同監(jiān)控通訊方式的要求；該系統(tǒng)具有各種通訊口，包括RS232/485/CAN太網(wǎng)接口等等，可以滿不同監(jiān)控通訊方式的要求；2

9）

并網(wǎng)運行狀態(tài)下，對網(wǎng)產(chǎn)生的諧波污染小，是真正的綠色產(chǎn)品；由于采用先進的軟件法和優(yōu)異的硬件拓撲結(jié)構(gòu)，因此并網(wǎng)運行狀態(tài)下，對網(wǎng)產(chǎn)生的諧波污染很小，綠色環(huán)保；10)并網(wǎng)行狀態(tài)下，可根據(jù)實際電網(wǎng)的需求，在網(wǎng)側(cè)產(chǎn)生相應的無功功率，到對電網(wǎng)無功補償?shù)哪康?；并網(wǎng)運行時，可根據(jù)程指令或本地設定，向電網(wǎng)注入無功功率，使得并網(wǎng)率因數(shù)可-1~1之間可調(diào)，實現(xiàn)對電網(wǎng)的無功補償；11離網(wǎng)行狀態(tài)下，能夠產(chǎn)生高質(zhì)量的交流電能，足用電負荷對電能質(zhì)量的求；12）IGBT功模塊采用光纖連接驅(qū)動，有效降低EMI，提高了控制可靠性；技術(shù)參數(shù)設備的具體技參數(shù)如下表；型號電壓范圍（）直額定功率（KW）流額定直流電壓（）側(cè)鋰離子蓄電池節(jié)泄漏電流（A交交流相數(shù)3

675~900500810225＜20mA三相五線制

流側(cè)額定功率（KW）額定電壓（Vac）允許電壓圍

（R+S+T+N+PE）500380并網(wǎng)放電

（Vac）額定頻率（Hz允許頻率范Hz總電流諧波畸變率輸出功率因數(shù)額定電壓（Vac）

323~41850＜380離電壓精度（）網(wǎng)輸出電壓失真度運額定輸出頻Hz）

＜±＜5%額定線性負載）50±2%行

動態(tài)負載電壓瞬變額定電壓（Vac）

＜±5（阻性負載到100%躍變）380并允許電壓范圍網(wǎng)（充頻率范圍（Hz電最大功率（KW）功率因數(shù)交流過載能力

323~4186001，載10分鐘4

功能

最大效率最大短路電流峰值反孤島效應檢測顯示通信及集中監(jiān)控冷卻方式

，過載分鐘＜倍額定電流具備主動動式孤檢測觸摸彩屏實時顯示直側(cè)流側(cè)參數(shù)以及備的運行狀態(tài)/以太網(wǎng)接口風冷一防護等級般安裝環(huán)境參尺寸×寬）數(shù)（）重量（kg）

室內(nèi)900×2000×180029505

系統(tǒng)主電路理拓撲圖向換流系統(tǒng)（xxBC-500KW的主電路原理撲圖如下圖所示6

雙向換流功率部分直流側(cè)開關(guān)及動作保護部分

到控制板

隔離變壓器

交流側(cè)開關(guān)及動作保護

彩屏液晶顯示通訊接口保護及控制理框圖

控板7

向換流系統(tǒng)（xxBC-500KW的保護及控制理框圖如下圖所

過/欠

DSP處理器（TMS320F2808）8

保護功能詳細介紹雙向換流系統(tǒng)具有完的保護功能，確保設備本身和相連設備的安全；其主的保護功能具體說明如下：1）

開機自檢功能；雙向換流系統(tǒng)具有完的開機自檢功能，開機啟動時，機器會首先進入自檢能，對整個電路的主功率部分如繼電器、IGBT塊等重要元器件進行自檢，對控制部分的件和軟件進行自檢，對統(tǒng)連接的蓄電池和公共電網(wǎng)進行檢測，對與其它設備的訊是否正常進行檢測，如發(fā)現(xiàn)任何故障和異常狀態(tài)，換流統(tǒng)都將停止啟動，進入保護狀態(tài)，聲光報警，并在顯示屏顯示和記錄相關(guān)信息；2）

直流電壓過欠壓保護換流系統(tǒng)實時檢測直側(cè)的電壓，檢測到直流電壓超出允許范圍后，根據(jù)實情況，立即或延時一段時間后，封鎖功率器件的驅(qū)動脈沖并令直流側(cè)和交流側(cè)開關(guān)保護裝置動作；同時聲光報警，在顯示屏中顯示和記錄相關(guān)信息；待故障狀態(tài)被手動清除，才會重新投入運行；雙向換流系統(tǒng)前端連鋰離子蓄電池，單節(jié)鋰離子蓄電池額定電壓為需串聯(lián)電池節(jié)數(shù)為225節(jié)則直流額定電壓為，單節(jié)電池的過保護值為4.0V欠壓保護值為3.0V，流電壓欠壓設定值=3.0V×225=675V；直流電壓過壓設定值9

3）

直流側(cè)過流保護換流系統(tǒng)實時檢測直側(cè)電流，當檢測到有過流現(xiàn)象，根據(jù)實際情況，立即延時一段時間后，封鎖功率器件的驅(qū)動脈沖，并令直流側(cè)交流側(cè)開關(guān)保護裝置動作；同時聲光報警，并在顯示屏中示和記錄相關(guān)信息；待故障狀態(tài)被手動清除后，才會重新入運行；4）

交流電壓異常保護換流系統(tǒng)在運行過程，檢測到交流側(cè)電壓異常后，根據(jù)換流系統(tǒng)當前的運狀態(tài)，立即或延時一段時間后，封鎖功率器件的驅(qū)動脈沖并令直流側(cè)和交流側(cè)開關(guān)保護裝置動作；同時聲光報警，在顯示屏中顯示和記錄相關(guān)信息；待故障狀態(tài)消除后，才重新投入運行；根據(jù)國家標準規(guī)定，網(wǎng)電壓在之間，雙向換流系統(tǒng)能夠正常工作，即交流電壓過壓保護值為1.1交流電壓欠壓保值為0.85×380V=323V；保護值根據(jù)用戶實際需求進行更改；5）

交流側(cè)過流保護當換流系統(tǒng)檢測到交側(cè)電流過大，根據(jù)其實際檢測值的大小，在規(guī)定時間封鎖功率器件的驅(qū)動脈沖，并令直流側(cè)和交流側(cè)開關(guān)保護置動作；同時聲光報警，并在顯示屏中顯示和記錄相關(guān)信；待故障狀態(tài)被手動清除后，才會重新投入運行；10

6）

頻率異常保護當換流系統(tǒng)工作在并運行模式下時，當檢測到電網(wǎng)頻率值超出正常范圍后根據(jù)實際檢測值的大小，選擇立即或者持續(xù)運行一段時間，封鎖功率器件的驅(qū)動脈沖，并令直流側(cè)和交流側(cè)的開關(guān)護裝置動作，同時聲光報警，并在顯示屏中顯示和記錄相信息；待故障狀態(tài)消除后，重新投入運行；根據(jù)國家相關(guān)標準規(guī)，當電網(wǎng)頻率在49.5~50.2Hz范圍內(nèi)向換流系統(tǒng)能持續(xù)工作網(wǎng)頻率在之間時，設備應能繼工作10分后保護，當電網(wǎng)頻率在之間，設備應能繼續(xù)工2分鐘后保護，則過頻設定值為50.5Hz，欠頻設定值為48Hz；護值可以根據(jù)用戶實際需求進行修；7）

防孤島保護換流系統(tǒng)具有主動式被動式兩種孤島檢測方式，確保能準確迅速的檢測到島狀態(tài)，當換流系統(tǒng)工作在并網(wǎng)放電模式下時，檢測到孤發(fā)生后，在要求時間內(nèi)，立即封鎖功率器件的驅(qū)動脈沖，令直流側(cè)和交流側(cè)的開關(guān)保護裝置動作，同時聲光報警，在顯示屏中顯示和記錄相關(guān)信息；待故障狀態(tài)消除后，重投入運行；8）

恢復并網(wǎng)保護檢測到電網(wǎng)電壓和頻異常，換流系統(tǒng)進入保護狀態(tài)，11

當檢測到電網(wǎng)電壓和率恢復正常后，延時一段時間后，換流系統(tǒng)才能夠重新并運行；雙向換流系統(tǒng)的恢復網(wǎng)保護時間設定為分鐘；可根據(jù)用戶要求進行更改9）

輸出直流分量超標保當換流系統(tǒng)運行在并放電狀態(tài)時，檢測到輸出到電網(wǎng)的直流分量超標后，即保護，同時聲光報警，并在顯示屏中顯示和記錄相關(guān)信故障狀態(tài)消除后新投入運行；10）功率翻轉(zhuǎn)保護換流系統(tǒng)在運行過程，當檢測到功率傳輸流向異常后，封鎖功率器件的驅(qū)動脈，并令直流側(cè)和交流側(cè)的開關(guān)保護裝置動作時聲光報在顯示屏中顯示和記錄相關(guān)信息；11過溫護當換流系統(tǒng)在運行過中，檢測到機器內(nèi)部溫度（包括環(huán)境溫度、隔離變壓器線溫度、功率器件散熱器溫度等）過高后，自動封鎖功率器的驅(qū)動脈沖，并令直流側(cè)和交流側(cè)的開關(guān)保護裝置動作，時在顯示屏中顯示和記錄相關(guān)信息；待溫度值恢復正常后換流系統(tǒng)自動恢復正常運行；溫度過溫保護值設定8℃，過恢復值設定為75℃；關(guān)鍵設技術(shù)參數(shù)型號為xxBC-500KW的雙向流系統(tǒng)關(guān)鍵元器件IGBT率模塊，該元器件的的選擇對設備的性能響非常12

關(guān)鍵，詳述如下：換流系統(tǒng)中用了12個率模塊其主要性能參數(shù)和數(shù)據(jù)如下表所：元器件名稱生產(chǎn)廠商型號單個元件個數(shù)動態(tài)不重復峰值電壓動態(tài)重復峰值電壓通態(tài)平均電流浪涌電流重量

IGBT功模塊2IGBT單管300A600A340g其技術(shù)參數(shù)和應用詳附件“IGBT.pdf”IGBT設計應用說明pdf”；下面是IGBT型號的詳說明：A）過電裕度的詳細計算過程如下：由于蓄電池母線電壓高為900Vdc到布線分布電感短路沖擊產(chǎn)的di/dt較選用1700V的IGBT功率模塊，逆變母線用了疊層母線可以有效降低直流母線到IGBT之的分布電感，母線電容采用高壽命、高壓、高吸收電流的溥膜電作為濾波元件，以夠有效的防止過太的產(chǎn)生；實際使用中最高電壓不會超過13

1200Vdc，采用

1700Vdc功管是為了增加系統(tǒng)工作富余量使IGBT工在最為可靠的區(qū)域，提產(chǎn)生的可靠性；B）IGBT過電流裕度詳細計算過程如下：若采用鋰電池供電且高電壓不超過計算所需要的單體鋰電池數(shù)為215節(jié)系統(tǒng)工作的電壓范圍為645V~900V，最低電壓計算500kW最大直流側(cè)放電電流為：500k/0.96）/645V=807A；807A/3=269A可見單相逆變的功率模塊流有效值為考慮到正弦電流峰值，以及可能工作離網(wǎng)模塊的電壓源模式，則最大峰值電流為269A*2=538A；，考慮到系統(tǒng)會有限制大功率輸出功能選用電為300A/1700V的塊并聯(lián)600A有效值1200A的電流峰值容，遠大于的定峰值電流容量，所以系統(tǒng)容裕量相對較大，系統(tǒng)工作在非常安全的工作區(qū)域；C）IGBT觸系統(tǒng)原理明如下：考慮到系統(tǒng)工作于高電、大電流狀態(tài)。所以系統(tǒng)的EMI相對較大，考慮到系統(tǒng)所要求的靠性、穩(wěn)定必等因素，所以采用光纖傳輸觸發(fā)信號的方案增加觸發(fā)系統(tǒng)的可靠性，達到系統(tǒng)所要求的可靠性和穩(wěn)定。系統(tǒng)原理如下圖所示，由于采用了光纖作為傳輸信號所控制部分與驅(qū)動部分可以相隔較遠，控制部分可以遠離生源有于增強控制部分工作的穩(wěn)定性；14

IGBT觸系統(tǒng)原理示意圖D)IGBT率模塊外形尺寸其外形尺寸圖如下圖示：IGBT功模塊外形尺寸圖）IGBT功率模的過電壓、過電流和誤觸發(fā)保護模塊的過電壓，從硬上通過降低母線分布電感，在保15

證熱損耗不提高情況適當延長關(guān)斷時間，從而減少因

L生的過電壓從上采取實時檢測母線電壓的的方式來達到母線電壓的續(xù)過高現(xiàn)象；模塊的過電流硬件通過霍爾檢測電流瞬限流保護，增加了和壓檢測保護電路，限制因系故障產(chǎn)生的瞬時過電流軟件上采用最大功率限制程序，使系統(tǒng)只能輸出500kW系統(tǒng)功率抑制因遠程指令的誤送產(chǎn)生過流的情況；IGBT的觸發(fā)現(xiàn)象，主要是通過結(jié)構(gòu)上的合理布，使控制部分到功率模的距離最小，經(jīng)過電平變換使長距離傳輸?shù)挠|發(fā)信號具備電壓大電流特點，增強傳輸信號的抗干擾能力通過緩沖路的設計降低EMI干擾進而減少觸發(fā)信號受干擾的機率采用光纖傳輸方式提高傳輸可靠性；F）IGBT功率模塊故障維護及更換方雙向換流系統(tǒng)的所有損件，均采用了前門維護安裝的結(jié)構(gòu)設計，維護者只要在前門進行更換操作，不需要預留專門的維修空間及通；而且功率器件采用了模塊設計方式，更換速度非?？祀p換流系統(tǒng)的散熱量雙向換流系統(tǒng)為能量換裝置，所以具有一定的發(fā)熱量。熱量主要由兩部組成一部分是功率器件所產(chǎn)生的損耗，另一部分是輸出離變壓器產(chǎn)生的熱量；IGBT所產(chǎn)生的散熱量約占系統(tǒng)損的70%主由兩部分產(chǎn)生開關(guān)損耗和通態(tài)損耗IGBT的數(shù)據(jù)手可查得IGBT最功耗為系用了所以IGBT所生的極限損耗為16.8kW隔離變壓器由于采用先進的材料及生產(chǎn)工藝，所以其變換效率較高滿負情況下可所以隔離變壓器的損耗為10kW；16

所以從系統(tǒng)極限熱損為IGBT損耗+壓器損耗約為26.8kW所以統(tǒng)設計時需考慮的散熱量，以及相應的通風散熱系統(tǒng)相配；冷卻系說明雙向換流系統(tǒng)要達到性能和長的使用壽命，需要設計好配套冷卻系統(tǒng)保備內(nèi)部的熱量及時排出500KW雙向換流系統(tǒng)的冷卻系設計方案詳述如下：系統(tǒng)的散熱設計充分用了自然風散熱方式，充分利用環(huán)境度與發(fā)熱元件的度實現(xiàn)散熱，通過強制風冷措施實現(xiàn)熱量交換；內(nèi)部空調(diào)于降低配電室內(nèi)的環(huán)境溫度，延長系統(tǒng)工作壽命；17

散熱通風系統(tǒng)如下圖示：18

如上圖所示：冷空氣配電室底部一側(cè)引入，經(jīng)機內(nèi)循環(huán)熱交換后從配電室部一側(cè)吹出，這樣散熱方式充分利用了室外冷空氣的熱量換，避免了熱量積累，使配電室內(nèi)溫度升高的現(xiàn)象，也間的降低了空調(diào)的制冷量，達到節(jié)能的目的；冷卻系統(tǒng)需要上傳到控系統(tǒng)的信息包括：室內(nèi)溫度室外溫度室內(nèi)濕度室濕度通風流量、室內(nèi)噪聲、室內(nèi)溫度高狀態(tài)、室內(nèi)濕度過高狀態(tài)、制冷系統(tǒng)故障狀態(tài)、制冷系停開狀態(tài)系統(tǒng)外圖的外觀圖如下所示：19

外觀圖二、儲能站技術(shù)方案置說明儲能電站系統(tǒng)總述該項目為電池儲能站試點項目能站額定容量為5MW×額定功率為5MW以PCS單位劃分為10個分系統(tǒng)，每個分系的額定容量為500kW4h額功率為。儲能站每個分系最大充放電率不超過600kW，壽命期內(nèi)充放電容不小于500kW×20

儲能站接入廣東深圳網(wǎng)110kV碧嶺變電站10kV側(cè)，主要考慮削峰填谷、高電能質(zhì)量、孤網(wǎng)運行、配合新能源接入等功能應用。主由蓄電池、蓄電池管理系統(tǒng)(BMS)能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)(、儲能監(jiān)控系統(tǒng)等組成。該方案書只針對儲能站能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)（PCS）進行相關(guān)的方案設計；能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)總述能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，是儲電站的重要組成部分，它主要負責在并網(wǎng)模式下，實蓄電池組和公共電網(wǎng)之間的雙向能量轉(zhuǎn)換；在離網(wǎng)模式下將蓄電池組的直流電能轉(zhuǎn)換成符合電網(wǎng)質(zhì)量要求的交流電，供本地用電負載，此外，它還具有無功補償?shù)裙δ埽黄湓诓⒕W(wǎng)放電模式下系統(tǒng)組成及能量流動示意圖如下所示：PCS(能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)）公電網(wǎng)蓄池組其在并網(wǎng)充電模式下系統(tǒng)組成及能量流動示意圖如下所示：21

PCS(量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)）其在離網(wǎng)模式下的系組成及能量流動示意圖如下所示：能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)）本地負載蓄電池組單個系統(tǒng)設計儲能電站設計容量為5MW根標書要求，以PCS為單位，分成10個子系統(tǒng)，每個PCS子系統(tǒng)的額定容量為500KW；以每子系統(tǒng)為例，500KW的容量，則可采用的號xxBC-500KW的雙向換系統(tǒng)后端連接380V/10KV的量為600KVA的升壓變壓器向換系統(tǒng)的直流側(cè)連接蓄電池即可，其與電站監(jiān)控系統(tǒng)、與電池管理系統(tǒng)BMS之間均需要通訊連接；單個500KW的PCS22

系統(tǒng)如下圖所示：儲能監(jiān)控統(tǒng)公共電網(wǎng)本地負載C