最佳功能设计奖—储能电源系统类：锂电池在风电、太阳能发电中的解决方案

获奖单位：深圳中聚雷天科技开发有限公司

获奖产品：锂电池在风电、太阳能发电中的解决方案

奖项：蓄电池及充放电电源系统设计方案——最佳功能设计奖

选送参赛产品介绍：

一、锂电池在风能发电中的解决方案

为了优化电力结构，各地纷纷实施“上大压小”，许多发电厂关闭小机组和相关设备， 造成了资源浪费。国内某风力发电厂就面临这样的困境，于是我们设计一套储能系统，帮助他们最大限度利用闲置的设备。设计思路：在400V厂用电端，设计一个储能系统，用电低谷时储能，高峰时通过厂用变压器，把储能系统储存的电能返回电网。

2.1系统组成  

系统主要由电池组及电池管理系统（BMS）、储能逆变器、变配电系统、监控系统组成。  

2.2系统功能  

在独立的系统环境下（即并网系统，孤岛系统，混合系统中）储能系统能够提供如下所述的功能。

1、稳定系统

稳定系统，平衡负荷。此种模式下，储能系统能够稳定发电源，如风电场或太阳能发电站，引起的功率变化，或者由电机停止或启动引起的负载变化。

在并网系统中，目标是稳定如风力发电机等变化电源的功率输出。系统设定变化电源（风力发电、光伏发电等）的功率输出，储能系统根据电网设定的功率输出和实际变化电源的功率输出情况，调整自身充电放电（输入输出），以稳定电源输出，稳定电网。在并网系统中，储能系统还能较好响应负载突变，能够稳定电网电压。

在孤岛系统中，目标是维持当地电网的电压和频率稳定。在这种情况下，储能系统必须监视系统电压、频率和充放电，以维持所期望的系统电压和频率。

 2、削峰添谷

在此模式下，能量被存储下来以被稍后的使用。这种运行模式的典型范例是负载整形，如，优化柴油发电机的运行时间并调峰。在这种模式下储能系统必须响应一个控制信号的要求来充放电。命令信号主要包括：

(1) 简单的充放电命令。在这种情况下储能系统必须在得到命令时进行充电或放电。这种模式通常称为指定模式。

(2) 时间输入。在这种情况下，储能系统必须有固定的运行时间表，按照既定的周期对充电和放电的开始和停止进行控制。

(3) 固定循环输入。在这种情况下，储能系统的工作基于一个固定的循环周期。循环周期的设定是根据固定的充放电持续时间或者是根据充放电的开始和持续时间来设置的。

(4) 电力费用输入。在这种情况下，能够使用户电力成本最小，即在电力成本低的时候进行充电，而在电力成本高的时候进行放电。

电能质量控制

在这种工作模式下储能系统对与其相连接的系统进行功率因数校正，电压校正以及频率控制。为实现这个功能，储能系统必须能够收到期望控制的命令信号，并将其传送给储能逆变器的控制器。这一工作模式要求对系统改变的响应速度很快。实际的控制输入与相应的输出必须直接通过储能逆变器。

 3、应急电源（EPS）

在传统EPS的应用中，EPS是连接到负载，当电网掉电时，EPS自动为负载供电。为实现这一目标，EPS通常保持在电量饱和的状态，所以用小电流长时间充电状态以弥补电池漏电造成的损失

2.3 960kWh储能系统设计和组成  

此套系统容量为960kWh，储能电池选用中聚雷天稀土钇铁锂电池，通过储能逆变器将电池组与电网链接，当电网掉电时或需要蓄能系统供电时，通过储能逆变器将储存于电池组的能量通过DC/AC变换后供给电网。  

储能逆变器选用100kW双向逆变器，可并网运行，8台并联运行，直流电压范围DC450-DC750V，推荐电池190块串联（单体电压为3.2V）。  

系统组成框图

二、锂电池在光伏发电中的解决方案

捷克太阳能发电项目

捷克对太阳能并网有严格的限制，发电功率大于200KW时，才允许并入电网。这样就造成搜集的太阳能浪费，发电效率大幅降低。由下表捷克太阳能发电厂给我们的数据可见，他们在上午十点以前收集的太阳能是达不到并网标准的，而上午十点到下午两点超出并网限制的太阳能又被浪费，下午两点以后的收集的太阳能同样达不到并网标准。于是我们设计一套锂电池储能系统储存这些太阳能，来提高发电厂的发电效率。

出于成本考虑，要求储能电池容量达到2400KWh.

电压：500V

电池计算：

电池单体： TS-LFP700AHC  3.2V

发电站电压：500.00V

单体电池串联数目：500V/3.2V=157只

所需电池容量：总安时数2400000Wh/500V =4800Ah

并联总个数:4800Ah/700Ah=6.8个( 整数7个）

电池总个数：M=7*157=1099(个)

电池连接方式示意图：

与电网连接示意图

放电特性

 满足大电流放电：可满足3-5C大电流放电

稳定的放电平台：90%的容量稳定在3.2V 工作平台

 宽泛的工作温度：-45--+85度

 超长的循环寿命：3-5千次循环次数

完美的储存性能：月自放电率小于3%

产品优势

1、电池性能优：

中聚雷天锂电池质量能量密度为130Wh/KG。

2、安全性能好：(不产生任何起火、爆炸）

    中聚雷天锂电池的安全性经过国家、香港特别行政区、特别是美国国防部门的检验，在高温、高压、枪击以及火烧水浸、短路等检测，17项指标全部合格

3、充电性能非常稳定且速度快：

中聚雷天锂电池不论在大电流充电，小电流充电，均充，还是浮充情况下，都具有非常优越的表现，电池体温度不超过60度，体积膨胀不超过0.5%，承受快充性能好。

4、优良而稳定的放电性能

中聚雷天锂电池不论在大功率放电，还是小功率放电，具有非常平稳的放电平台，工作电压非常稳定，对通信系统的应用，不会产生谐波和震荡因素。对通信设备不会造成任何的电压冲击和电子震荡。

5、超长的使用寿命：

中聚雷天锂电池单体的循环寿命一般在3000次以上，成组循环寿命在2000次以上，当电池应用在通信系统的后备电源时，可以达到20年的使用寿命要求，对于达到使用寿命的废旧电池，可以回收再生产，对生态环境不造成任何污染。

6、性价比高：

    锂电池售价低于磷酸铁锂电池的售价，与目前市场上应用的胶体铅酸蓄电池的价格相当，中聚雷天锂电池具有超长的循环寿命和可靠的充放电性能，具有极高的性价比。

7、单体电池容量大：

    中聚雷天锂电池已经大规模、产业化生产200AH,300AH,400AH，700AH、1000AH、7000AH的单体稀土钇铁锂动力电池。2011年将在天津工厂规模产出10000AH的单体稀土钇铁锂动力电池。 

选送参赛产品点评：

该设计方案，在独立的系统环境下（即并网系统，孤岛系统，混合系统中），其稳定的系统、平衡负荷、削峰添谷、应急电源的储能系统功能，在用电低谷时储能，高峰时通过厂用变压器，把储能系统储存的电能返回电网。

系统设定变化电源（风力发电、光伏发电等）的功率输出，储能系统根据电网设定的功率输出和实际变化电源的功率输出情况，调整自身充电放电（输入输出），以稳定电源输出，稳定电网。在并网系统中，储能系统还能较好响应负载突变，能够稳定电网电压。

其设计功能特点显著，具有较好的应用前景。