本文主要簡單介紹儲能系統(tǒng)。

離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)又稱為獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)，主要由PV組件，DC/DC充電控制器、離網(wǎng)
逆變器以及負載組成。

圖2

離網(wǎng)系統(tǒng)由以下部分組成：

電池組件、光伏充放電控制器、蓄電池組、離網(wǎng)逆變器、交/直流負載。

光伏充放電控制器，主要作用就是控制蓄電池的充、放電，并保護蓄電池過度充、放電。
離網(wǎng)逆變器，離網(wǎng)逆變器的作用是把直流電能轉(zhuǎn)化成交流電能，并提供給負載使用的裝置。

我們常見的離網(wǎng)儲能系統(tǒng)就是太陽能路燈。光伏組件、一個香煙盒大小的控制器、
一盞幾十瓦LED燈、一組或者幾組蓄電池，就可以提供夜間照明了。

再大一點的離網(wǎng)儲能系統(tǒng)就是“戶用系統(tǒng)”了，作者2006年剛剛?cè)胄袝r，國內(nèi)的光伏產(chǎn)業(yè)正
處于萌芽階段，國家為了解決青海、西藏西北地區(qū)的牧民用電問題，實施了幾次“光明工
程”，就是一家一戶發(fā)一套光伏“戶用系統(tǒng)”。

一套戶用系統(tǒng)大約300W，2塊電池板、一臺控制逆變器一體機、12V100AH的電池2-4
塊，就可以在晚上看液晶電池、LED燈照明、也可以用一些小的電動機
(藏民攪拌酥油、奶的機器)。

更大一點的離網(wǎng)電站，作者參與過多個。其中比較經(jīng)典的是北京慧能陽光“青海玉樹宗達
寺”100kW離網(wǎng)太陽能電站。這個寺廟有200多個喇嘛，每天用電100度，這個電站的建
設(shè)解決了這些喇嘛的用電問題。

圖3

在圖4方案中，儲能電站(系統(tǒng))主要配合光伏并網(wǎng)發(fā)電應(yīng)用，因此，整個系統(tǒng)是包括光
伏組件陣列、光伏控制器、電池組、電池管理系統(tǒng)(BMS)、逆變器以及相應(yīng)的儲能電
站聯(lián)合控制調(diào)度系統(tǒng)等在內(nèi)的發(fā)電系統(tǒng)。

光伏組件陣列利用太陽能電池板的光伏效應(yīng)將光能轉(zhuǎn)換為電能，然后對鋰電池組充電，
通過逆變器將直流電轉(zhuǎn)換為交流電對負載進行供電。

智能控制器根據(jù)日照強度及負載的變化，不斷對蓄電池組的工作狀態(tài)進行切換和調(diào)節(jié)：
一方面把調(diào)整后的電能直接送往直流或交流負載。另一方面把多余的電能送往蓄電池
組存儲。發(fā)電量不能滿足負載需要時，控制器把蓄電池的電能送往負載，保證了整個
系統(tǒng)工作的連續(xù)性和穩(wěn)定性。

并網(wǎng)逆變系統(tǒng)由幾臺逆變器組成，把蓄電池中的直流電變成標(biāo)準(zhǔn)的380V市電接入用戶
側(cè)低壓電網(wǎng)或經(jīng)升壓變壓器送入高壓電網(wǎng)。鋰電池組在系統(tǒng)中同時起到能量調(diào)節(jié)和平
衡負載兩大作用。它將光伏發(fā)電系統(tǒng)輸出的電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能儲存起來，以備供電不
足時使用。

作為配合光伏發(fā)電接入，實現(xiàn)削峰填谷、負荷補償，提高電能質(zhì)量應(yīng)用的儲能電站，
儲能電池是非常重要的一個部件，必須滿足以下要求：

容易實現(xiàn)多方式組合，滿足較高的工作電壓和較大工作電流；

電池容量和性能的可檢測和可診斷，使控制系統(tǒng)可在預(yù)知電池容量和性能的情況下實現(xiàn)
對電站負荷的調(diào)度控制；

高安全性、可靠性：在正常使用情況下，電池正常使用壽命不低于15年；在極限情況下，
即使發(fā)生故障也在受控范圍，不應(yīng)該發(fā)生爆炸、燃燒等危及電站安全運行的故障；

具有良好的快速響應(yīng)和大倍率充放電能力，一般要求5-10倍的充放電能力；

較高的充放電轉(zhuǎn)換效率、易于安裝和維護、具有較好的環(huán)境適應(yīng)性、較寬的工作溫度范圍。

幾種電池性能比較

從初始投資成本來看，鋰離子電池有較強的競爭力，鈉硫電池和全釩液流電池未形成產(chǎn)業(yè)
化，供應(yīng)渠道受限，較昂貴。從運營和維護成本來看，鈉硫需要持續(xù)供熱，全釩液流電池
需要泵進行流體控制，增加了運營成本，而鋰電池幾乎不需要維護。根據(jù)國內(nèi)外儲能電站
應(yīng)用現(xiàn)狀和電池特點，建議儲能電站電池選型主要為磷酸鐵鋰電池。不建議使用鉛酸電池
的原因是電池壽命問題，大品牌鉛酸蓄電池在頻繁充放電的情況下大約只有2.5-3年的壽
命，鋰電池的壽命會長很多。

在儲能電站中，儲能電池往往由幾十串甚至幾百串以上的電池組構(gòu)成。由于電池在生產(chǎn)
過程和使用過程中，會造成電池內(nèi)阻、電壓、容量等參數(shù)的不一致。這種差異表現(xiàn)為電
池組充滿或放完時串聯(lián)電芯之間的電壓不相同，或能量的不相同。這種情況會導(dǎo)致部分
過充，而在放電過程中電壓過低的電芯有可能被過放，從而使電池組的離散性明顯增加，
使用時更容易發(fā)生過充和過放現(xiàn)象，整體容量急劇下降，整個電池組表現(xiàn)出來的容量為
電池組中性能最差的電池芯的容量，最終導(dǎo)致電池組提前失效。

因此，對于磷酸鐵鋰電池電池組而言，均衡保護電路是必須的。當(dāng)然，鋰電池的電池管理
系統(tǒng)不僅僅是電池的均衡保護，還有更多的要求以保證鋰電池儲能系統(tǒng)穩(wěn)定可靠的運行。

1單體電池電壓均衡功能

此功能是為了修正串聯(lián)電池組中由于電池單體自身工藝差異引起的電壓、或能量的離散
性，避免個別單體電池因過充或過放而導(dǎo)致電池性能變差甚至損壞情況的發(fā)生，使得所
有個體電池電壓差異都在一定的合理范圍內(nèi)。要求各節(jié)電池之間誤差小于±30mv。
(電動汽車剛剛突破這個瓶頸)

2電池組保護功能

單體電池過壓、欠壓、過溫報警，電池組過充、過放、過流報警保護，切斷等。

3采集的數(shù)據(jù)主要有

單體電池電壓、單體電池溫度(實際為每個電池模組的溫度)、組端電壓、充放電電流，
計算得到蓄電池內(nèi)阻。

通訊接口：采用數(shù)字化通訊協(xié)議IEC61850。在儲能電站系統(tǒng)中，需要和調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)
進行通訊，上送數(shù)據(jù)和執(zhí)行指令。

4診斷功能

BMS應(yīng)具有電池性能的分析診斷功能，能根據(jù)實時測量蓄電池模塊電壓、充放電電流、
溫度和單體電池端電壓、計算得到的電池內(nèi)阻等參數(shù)，通過分析診斷模型，得出單體電
池當(dāng)前容量或剩余容量(SOC)的診斷，單體電池健康狀態(tài)(SOH)的診斷、電池組狀態(tài)評估，
以及在放電時當(dāng)前狀態(tài)下可持續(xù)放電時間的估算。根據(jù)電動汽車相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求《鋰離子
蓄電池總成通用要求》(目前儲能電站無相關(guān)標(biāo)準(zhǔn))，對剩余容量(SOC)的診斷精度為5%，
對健康狀態(tài)(SOH)的診斷精度為8%。

5熱管理

鋰電池模塊在充電過程中，將產(chǎn)生大量的熱能，使整個電池模塊的溫度上升，因而，
BMS應(yīng)具有熱管理的功能。

6故障診斷和容錯

若遇異常，BMS應(yīng)給出故障診斷告警信號，通過監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給上層控制系統(tǒng)。對儲能
電池組每串電池進行實時監(jiān)控，通過電壓、電流等參數(shù)的監(jiān)測分析，計算內(nèi)阻及電壓的
變化率，以及參考相對溫升等綜合辦法，即時檢查電池組中是否有某些已壞不能再用的
或可能很快會壞的電池，判斷故障電池及定位，給出告警信號，并對這些電池采取適當(dāng)
處理措施。當(dāng)故障積累到一定程度，可能出現(xiàn)或開始出現(xiàn)惡性事故時，給出重要告警信
號輸出、并切斷充放電回路母線或者支路電池堆，從而避免惡性事故發(fā)生。采用儲能電
池的容錯技術(shù)，如電池旁路或能量轉(zhuǎn)移等技術(shù)，當(dāng)某一單體電池發(fā)生故障時，以避免對
整組電池運行產(chǎn)生影響。

管理系統(tǒng)對系統(tǒng)自身軟硬件具有自檢功能，即使器件損壞，也不會影響電池安全。確保
不會因管理系統(tǒng)故障導(dǎo)致儲能系統(tǒng)發(fā)生故障，甚至導(dǎo)致電池損壞或發(fā)生惡性事故。

7其它保護技術(shù)

對于電池的過壓、欠壓、過流等故障情況，采取了切斷回路的方式進行保護。對瞬間的
短路的過流狀態(tài)，過流保護的延時時間一般至少要幾百微秒至毫秒，而短路保護的延時
時間是微秒級的，幾乎是短路的瞬間就切斷了回路，可以避免短路對電池帶來的巨大損
傷。在母線回路中一般采用快速熔斷器，在各個電池模塊中，采用高速功率電子器件實
現(xiàn)快速切斷。

8蓄電池在線容量評估SOC

在測量動態(tài)內(nèi)阻和真值電壓等基礎(chǔ)上，利用充電特性與放電特性的對應(yīng)關(guān)系，采用多種
模式分段處理辦法，建立數(shù)學(xué)分析診斷模型，來測量剩余電量SOC。分析鋰電池的放電
特性，基于積分法采用動態(tài)更新電池電量的方法，考慮電池自放電現(xiàn)象，對電池的在線
電流、電壓、放電時間進行測量；預(yù)測和計算電池在不同放電情況下的剩余電量，并根
據(jù)電池的使用時間和環(huán)境溫度對電量預(yù)測進行校正，給出剩余電量SOC的預(yù)測值。

為了解決電池電量變化對測量的影響，可采用動態(tài)更新電池電量的方法，即使用上一次
所放出的電量作為本次放電的基準(zhǔn)電量，這樣隨著電池的使用，電池電量減小體現(xiàn)為基
準(zhǔn)電量的減小；同時基準(zhǔn)電量還需要根據(jù)外界環(huán)境溫度變化進行相應(yīng)修正。

儲能系統(tǒng)、微型電網(wǎng)系統(tǒng)投資很大，蓄電池的成本相當(dāng)高。作者做過的測算，一個廠用儲
能系統(tǒng)(夜間低谷從電網(wǎng)取電儲能，白天高峰釋放)峰谷電價差距要達到0.5-0.7元鋰電池儲
能才能達到微利。儲能系統(tǒng)技術(shù)復(fù)雜，非專業(yè)設(shè)計院無法設(shè)計，要各個設(shè)備廠家緊密配合。