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[摘要]：阐述了风光储联合发电的发展背景，对风光储联合发电系统的储能蓄电池的逆变器的选择进行了详细介绍。
[关键词]：风光储 储能方式 磷酸铁锂电池 逆变器
由于风能和光能波动性、间歇性和随机性的特点，风、光独立运行系统很难提供连续稳定的能量输出， 因此，大规模建设风力发电和光伏发电对当地电网的安全稳定运行势必会产生较大的负面影响。如果在风、光互补的基础上加入储能装置组成风光储联合发电系统，就可以充分利用风能和光能在时间及地域上的天然互补性，同时配合储能系统对电能的存储和释放，改善整个风光发电系统的功率输出特性，缓解风电、光电等可再生能源的间歇性和波动性与电力系统需要实时平衡之间的矛盾，降低其对电网的不利影响。而风光储联合发电系统的重点则是储能蓄电池和逆变器的选择，本文将对这两点进行说明。
1.储能方式选择
储能有多种型式，在当前技术条件下，能够满足风电应用的储能系统有蓄能储能、空气压缩储能、超导储能、飞轮储能、钠硫电池和液流电池储能装置以及正在兴起的磷酸铁锂电池。抽水蓄能方式可实现大功率、大容量电能储存，但是对场址要求较高。大型压缩空气储能系统目前尚未有在风电光伏等清洁能源电站中使用。引入电池储能系统是目前一个解决办法。
从技术发展水平来看，抽水储能和压缩空气储能技术已经实用化。对于化学储能技术，铅酸电池、小型二次电池早已普遍实用化，氧化还原液流储能电池已经达到了商业化示范阶段，而超导储能和飞轮储能技术离实际应用还有相当大的距离。
各种储能技术在其能量密度和功率密度方面均具有不同的表现，而同时电力系统也对储能系统不同应用提出了不同的技术要求，很少能有一种储能技术可以完全胜任在电力系统中的各种应用，因此，必须兼顾双方需求，选择匹配的储能方式与电力应用。
综合考虑物理储能、电磁储能、电化学储能的特点和能力，针对本工程我们选用电化学储能，而国外储能的示范工程来看，钠硫电池、全钒液流电池、磷酸铁锂电池储能技术在风电、光伏等可再生能源电站有较好的应用前景。鉴于目前的技术成熟度以及成本考虑，本项目拟采用磷酸铁锂电池的储能方式。
2.储能部分的结构
系统选用磷酸铁锂电池，容量1.13MWh，充放电功率564.7kW×2h。本工程储能双向逆变器选定容量630kW的逆变器，储能电池设1个564.7 kW×2h的储能单元。逆变器直流电压范围DC500～DC800。
2.1 单体电池指标
本次储能电池模块采用了力神公司生产的LP2770120AC-16.5Ah锂离子动力电池具有比能量高、循环寿命长（大于2000次）、自放电率低（≤3%/月）、安全无污染等特点，已广泛应用于电动汽车储能系统、光电储能系统。
电池种类为动力型锂离子电池，型号LP2770120AC，标称容量16.5Ah，标称电压3.2 V，内阻≤8mΩ，重量453±10g，最大充电电流6 I3，充电电压3.65 V±0.05V，最大放电电流12 I3 （连续，放电终止电压2.0V。
2.2 蓄电池的容量选择
620kW×2h电池系统单元的电池模组由单体电池经过16串12并组成，电池模组规格为51.2V-198Ah。电池组串为12个电池模组串联组成，其规格为614.4V-198Ah。整个电池系统单元由13个电池组串并联而成，电池系统单元规格为614.4V-2574Ah，总体标称容量达到1.58MWh，设计冗余系数为1.4。
蓄电池容量=614.4V×2574Ah=1.58 MWh
设计冗余系数=1.58MWh/（0.5647 MWh×2）=1.4
系数取值现没有规程统一规定，该系数取值参考电力工程铅酸蓄电池可靠系数1.4。12个电池并接16个电池串接组成1个电池模块组，然后13个模块组并接12模块组串接组成一个系统。
2.3 蓄电池配置清单
564.7kW×2h磷酸铁锂电池储能系统配置清单：单体电池（3.2V 16.5Ah）29952只，磷酸铁锂电池模块16S12P共156组，储能电池柜（2500×850×1300mm）共28面，蓄电池监测系统1套。
2.4 蓄电池管理系统（BMS）配置方案
BMS采用三级管理方式，分别对电池模组、电池组串和电池系统单元进行管理。 该系统使用三层模块化结构，扩展性强，可灵活应对不同电池组串电压需求及电池系统单元容量需求。同时，系统针对每个电池组串配置了BCMS（电池组串管理系统），能够完成单个电池组串的接入和退出电池系统运行，能够大大提供储能系统的可用性。该系统具备国内外行业领先的高精度电压、电流及温度等数据采集，采用了先进的大电流主动均衡技术，融合了高水平的SoC及SoH核心算法，有效的解决了因电池一致性差异产生的电池成组短板效应，显著提高了电池堆工作效率，延长了电池系统单元循环使用寿命。
BMS系统具有高速高可靠的数据传输功能，系统内部数据传输采用CAN2.0高速总线，数据信息反馈高效及时，同时还提供丰富的高速通信接口与外围设备互联，包括以太网，RS485，CAN，RS232，USB等，以及多种规约转换，可针对不同的需求，与外部或第三方系统对接，充分满足电网对于系统可靠性及高速通讯的要求。
BMS电池管理系统能够实现以下功能：报警功能、保护功能、均衡功能、事件记录功能、参数设定功能、显示功能、权限管理和通信功能。
其中报警功能又主要包括过压告警、欠压告警、过流告警、过温告警、各级开关状态通信异常、电池异常告警、电池管理系统异常告警等
保护功能主要包括过压保护、放电欠压保护、放电过流保护、充电过流保护、温度保护等。
2.5 储能系统的控制与测量
储能系统的控制由风光储控制系统通过控制逆变器来实现。储能系统箱式变压器的非电量信号及断路器的状态信号由风光储I/O采集单元进行采集，通过通讯将信息上传给风光储控制系统。储能系统箱式变压器690V侧设置0.5s级智能电度表。
3.逆变器选型
逆变器是太阳能交流发电系统重要组成部分，主要功能是将蓄电池的直流电逆变成交流电。本工程采用两种逆变器，一种为光伏用逆变器，一种为储能蓄电池用的可充可放的储能型逆变器。因为本工程属于并网接入发电系统，所以两种逆变器均采用并网型产品。
3.1 并网逆变器的选择
现在世界上比较通行的太阳能逆变方式为：集中逆变器、组串逆变器，多组串逆变器和组件逆变，因本工程太阳能容量较小，电池板布置集中，所以采用集中式逆变器比较合理。
逆变器输入直流电压采用输入500-800V，交流输出电压270V，经升压变压器变到690V，实现和风机出口电压一致。逆变器均采用不带隔离变的设备。
集中式逆变器的容量市面投入商业运行的有100kW、250 kW、500kW和1000kW几种型号。对于本工程0.2576MW的光伏电池，采用一台250kW逆变器。
3.2 可充可放的储能型逆变器的选择
对于可充可放型逆变器国内的生产商相对较少，现了解的500kW以上的储能型逆变器有A厂商630kW型产品和B厂商的800kW产品，本工程暂按630kW型产品进行考虑。
储能型逆变器与常规逆变器的区别就是，通过控制功率元件实现电流的双向流动，现有产品的充放电的转换时间是200ms，最快可以达到30ms，理论上可以满足蓄电池在削峰填补时的充放电要求。
3.3 低电压穿越能力
风电场根据国网《风电场接入电网技术规定》和《光伏电站接入电网技术规定》，储能逆变器必须具备满足国家要求的低电压穿越能力，这样才能满足风电机太阳能电站的整体要求。
[关键词]：风光储 储能方式 磷酸铁锂电池 逆变器
由于风能和光能波动性、间歇性和随机性的特点，风、光独立运行系统很难提供连续稳定的能量输出， 因此，大规模建设风力发电和光伏发电对当地电网的安全稳定运行势必会产生较大的负面影响。如果在风、光互补的基础上加入储能装置组成风光储联合发电系统，就可以充分利用风能和光能在时间及地域上的天然互补性，同时配合储能系统对电能的存储和释放，改善整个风光发电系统的功率输出特性，缓解风电、光电等可再生能源的间歇性和波动性与电力系统需要实时平衡之间的矛盾，降低其对电网的不利影响。而风光储联合发电系统的重点则是储能蓄电池和逆变器的选择，本文将对这两点进行说明。
1.储能方式选择
储能有多种型式，在当前技术条件下，能够满足风电应用的储能系统有蓄能储能、空气压缩储能、超导储能、飞轮储能、钠硫电池和液流电池储能装置以及正在兴起的磷酸铁锂电池。抽水蓄能方式可实现大功率、大容量电能储存，但是对场址要求较高。大型压缩空气储能系统目前尚未有在风电光伏等清洁能源电站中使用。引入电池储能系统是目前一个解决办法。
从技术发展水平来看，抽水储能和压缩空气储能技术已经实用化。对于化学储能技术，铅酸电池、小型二次电池早已普遍实用化，氧化还原液流储能电池已经达到了商业化示范阶段，而超导储能和飞轮储能技术离实际应用还有相当大的距离。
各种储能技术在其能量密度和功率密度方面均具有不同的表现，而同时电力系统也对储能系统不同应用提出了不同的技术要求，很少能有一种储能技术可以完全胜任在电力系统中的各种应用，因此，必须兼顾双方需求，选择匹配的储能方式与电力应用。
综合考虑物理储能、电磁储能、电化学储能的特点和能力，针对本工程我们选用电化学储能，而国外储能的示范工程来看，钠硫电池、全钒液流电池、磷酸铁锂电池储能技术在风电、光伏等可再生能源电站有较好的应用前景。鉴于目前的技术成熟度以及成本考虑，本项目拟采用磷酸铁锂电池的储能方式。
2.储能部分的结构
系统选用磷酸铁锂电池，容量1.13MWh，充放电功率564.7kW×2h。本工程储能双向逆变器选定容量630kW的逆变器，储能电池设1个564.7 kW×2h的储能单元。逆变器直流电压范围DC500～DC800。
2.1 单体电池指标
本次储能电池模块采用了力神公司生产的LP2770120AC-16.5Ah锂离子动力电池具有比能量高、循环寿命长（大于2000次）、自放电率低（≤3%/月）、安全无污染等特点，已广泛应用于电动汽车储能系统、光电储能系统。
电池种类为动力型锂离子电池，型号LP2770120AC，标称容量16.5Ah，标称电压3.2 V，内阻≤8mΩ，重量453±10g，最大充电电流6 I3，充电电压3.65 V±0.05V，最大放电电流12 I3 （连续，放电终止电压2.0V。
2.2 蓄电池的容量选择
620kW×2h电池系统单元的电池模组由单体电池经过16串12并组成，电池模组规格为51.2V-198Ah。电池组串为12个电池模组串联组成，其规格为614.4V-198Ah。整个电池系统单元由13个电池组串并联而成，电池系统单元规格为614.4V-2574Ah，总体标称容量达到1.58MWh，设计冗余系数为1.4。
蓄电池容量=614.4V×2574Ah=1.58 MWh
设计冗余系数=1.58MWh/（0.5647 MWh×2）=1.4
系数取值现没有规程统一规定，该系数取值参考电力工程铅酸蓄电池可靠系数1.4。12个电池并接16个电池串接组成1个电池模块组，然后13个模块组并接12模块组串接组成一个系统。
2.3 蓄电池配置清单
564.7kW×2h磷酸铁锂电池储能系统配置清单：单体电池（3.2V 16.5Ah）29952只，磷酸铁锂电池模块16S12P共156组，储能电池柜（2500×850×1300mm）共28面，蓄电池监测系统1套。
2.4 蓄电池管理系统（BMS）配置方案
BMS采用三级管理方式，分别对电池模组、电池组串和电池系统单元进行管理。 该系统使用三层模块化结构，扩展性强，可灵活应对不同电池组串电压需求及电池系统单元容量需求。同时，系统针对每个电池组串配置了BCMS（电池组串管理系统），能够完成单个电池组串的接入和退出电池系统运行，能够大大提供储能系统的可用性。该系统具备国内外行业领先的高精度电压、电流及温度等数据采集，采用了先进的大电流主动均衡技术，融合了高水平的SoC及SoH核心算法，有效的解决了因电池一致性差异产生的电池成组短板效应，显著提高了电池堆工作效率，延长了电池系统单元循环使用寿命。
BMS系统具有高速高可靠的数据传输功能，系统内部数据传输采用CAN2.0高速总线，数据信息反馈高效及时，同时还提供丰富的高速通信接口与外围设备互联，包括以太网，RS485，CAN，RS232，USB等，以及多种规约转换，可针对不同的需求，与外部或第三方系统对接，充分满足电网对于系统可靠性及高速通讯的要求。
BMS电池管理系统能够实现以下功能：报警功能、保护功能、均衡功能、事件记录功能、参数设定功能、显示功能、权限管理和通信功能。
其中报警功能又主要包括过压告警、欠压告警、过流告警、过温告警、各级开关状态通信异常、电池异常告警、电池管理系统异常告警等
保护功能主要包括过压保护、放电欠压保护、放电过流保护、充电过流保护、温度保护等。
2.5 储能系统的控制与测量
储能系统的控制由风光储控制系统通过控制逆变器来实现。储能系统箱式变压器的非电量信号及断路器的状态信号由风光储I/O采集单元进行采集，通过通讯将信息上传给风光储控制系统。储能系统箱式变压器690V侧设置0.5s级智能电度表。
3.逆变器选型
逆变器是太阳能交流发电系统重要组成部分，主要功能是将蓄电池的直流电逆变成交流电。本工程采用两种逆变器，一种为光伏用逆变器，一种为储能蓄电池用的可充可放的储能型逆变器。因为本工程属于并网接入发电系统，所以两种逆变器均采用并网型产品。
3.1 并网逆变器的选择
现在世界上比较通行的太阳能逆变方式为：集中逆变器、组串逆变器，多组串逆变器和组件逆变，因本工程太阳能容量较小，电池板布置集中，所以采用集中式逆变器比较合理。
逆变器输入直流电压采用输入500-800V，交流输出电压270V，经升压变压器变到690V，实现和风机出口电压一致。逆变器均采用不带隔离变的设备。
集中式逆变器的容量市面投入商业运行的有100kW、250 kW、500kW和1000kW几种型号。对于本工程0.2576MW的光伏电池，采用一台250kW逆变器。
3.2 可充可放的储能型逆变器的选择
对于可充可放型逆变器国内的生产商相对较少，现了解的500kW以上的储能型逆变器有A厂商630kW型产品和B厂商的800kW产品，本工程暂按630kW型产品进行考虑。
储能型逆变器与常规逆变器的区别就是，通过控制功率元件实现电流的双向流动，现有产品的充放电的转换时间是200ms，最快可以达到30ms，理论上可以满足蓄电池在削峰填补时的充放电要求。
3.3 低电压穿越能力
风电场根据国网《风电场接入电网技术规定》和《光伏电站接入电网技术规定》，储能逆变器必须具备满足国家要求的低电压穿越能力，这样才能满足风电机太阳能电站的整体要求。