5KW光伏儲能發(fā)電系統(tǒng)

一、5KW光伏儲能發(fā)電系統(tǒng)項目意義

建設(shè)光伏儲能發(fā)電系統(tǒng)主要實現(xiàn)目的如下：

? 為教學提供實踐應(yīng)用平臺；

? 為學校實驗室負載供電，節(jié)省電費支出；

? 鼓勵低碳技術(shù)的應(yīng)用，節(jié)能減排，保護生態(tài)環(huán)境，在校內(nèi)啟到示范效應(yīng)；

二、光伏儲能發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計：

5KW光伏儲能發(fā)電系統(tǒng)主要由光伏子單元、儲能子單元、電網(wǎng)接入裝置和能量管理系統(tǒng)四大部分構(gòu)成，系統(tǒng)主要設(shè)備包括：

(1) 儲能電池

(2) BMS系統(tǒng)

(3) 電池控制系統(tǒng)

(4) 儲能逆變器

(5) 光伏組件

(6) 匯流箱

(7) 通訊裝置

(8) 防雷及接地裝置

(9) 設(shè)備之間的連接電纜（包括直流側(cè)和交流側(cè)）

2.1 光儲系統(tǒng)拓撲圖

2.2 系統(tǒng)運行原理

控制原則如下：

白天，光伏系統(tǒng)發(fā)電優(yōu)先給實驗室內(nèi)負載供電，當光伏發(fā)電功率大于負荷功率時多余電能儲存在蓄電池中，當光伏發(fā)電功率小于負荷功率時，儲能電池和光伏發(fā)電一起給負載供電；

夜晚，光伏側(cè)直流停機，由儲能電池通過儲能逆變器單獨給負載供電，當電池剩余容量（SOC）放到設(shè)定值，系統(tǒng)自動切入電網(wǎng)，由電網(wǎng)給負載供電，根據(jù)需求，電網(wǎng)可以通過儲能逆變器給電池充電，也可以不充電；

當電網(wǎng)出現(xiàn)故障時，光儲系統(tǒng)自動切換至離網(wǎng)運行模式，由光伏電池和儲能電池同時向負載供電；

? 電網(wǎng)可以向儲能電池充電，充電功率及充電時間可調(diào)

三、主要設(shè)備配置表

表1：該系統(tǒng)配置按照夜晚2小時供電要求，備單元配置如下

四、系統(tǒng)主要設(shè)備功能參數(shù)介紹

4.1儲能逆變器功能介紹

4.1.1 產(chǎn)品主電路

產(chǎn)品主電路采用雙向PWM逆變電路及相應(yīng)的控制電路、保護和監(jiān)控電路。直流側(cè)由緩沖電阻、防反二極管和直流接觸器組成了直流側(cè)緩沖電路，當初始連接各種電池時對直流母線電容進行緩沖。主電路電源可有交直兩用供電，以使系統(tǒng)在電池或電網(wǎng)有電時都可以工作。

4.1.2 產(chǎn)品特點

1）技術(shù)*，全面滿足電網(wǎng)或負荷的接入與控制要求

具有并網(wǎng)充放電、獨立逆變功能，適合各種應(yīng)用場合

具有并網(wǎng)和離網(wǎng)并聯(lián)功能，良好的擴容性

可與多種蓄電池接口，具有多種充放電工作模式

可以實時接受系統(tǒng)調(diào)度指令和BMS指令，通訊方式有RS485、CAN、以太網(wǎng)

無功功率可調(diào)，功率因數(shù)范圍超前0.9至滯后0.9

直流電壓范圍，支持低壓48V蓄電池輸入

110%額定輸出功率可實現(xiàn)長時間運行

2）高效節(jié)能，更集成，更好的客戶體驗

正面維護，可靠墻安裝，安裝維護更方便，降低維護成本

防護等級為IP21，具有防滴水功能，具備防凝露功能

高效PWM調(diào)制算法，降低開關(guān)損耗

3）更多優(yōu)點

雙電源冗余供電方案提升系統(tǒng)可靠性

完善的保護及故障告警系統(tǒng)，更加安全可靠

采用動態(tài)圖形液晶界面，提供友好的操作體驗

-25℃~+55℃可連續(xù)滿功率運行

適應(yīng)高海拔惡劣環(huán)境，可長期連續(xù)、可靠運行

支持離網(wǎng)主動運行功能

適合共直流母線系統(tǒng)和共交流母線系統(tǒng)

4.1.3 工作邏輯架構(gòu)

A.——并網(wǎng)發(fā)電、離網(wǎng)備用功能:

電網(wǎng)供電時，儲能逆變器并網(wǎng)工作在恒壓模式，維持蓄電池SOC在一定水平，光伏逆變器并網(wǎng)發(fā)電

微網(wǎng)供電時，儲能逆變器工作在獨立逆變模式建網(wǎng)，光伏逆變器并網(wǎng)工作，光伏發(fā)電大于負載時，光伏優(yōu)先供負載供電，剩余電力給電池充電；光伏發(fā)電小于負載時，儲能和光伏共同為負載供電。

可選擇電網(wǎng)優(yōu)先或微網(wǎng)優(yōu)先，根據(jù)選擇的模式進行供電邏輯切換

觸摸屏控制啟動、停止和參數(shù)設(shè)置

B. ——電網(wǎng)（或柴油機）、微網(wǎng)切換功能:

電網(wǎng)供電時，當電池組SOC超過設(shè)定值時，儲能逆變器和光伏逆變器不工作；當電池組SOC不足時，儲能逆變器獨立逆變建網(wǎng)，光伏逆變器并網(wǎng)工作，給電池組充電。

微網(wǎng)供電時，儲能逆變器工作在獨立逆變模式建網(wǎng)，光伏逆變器并網(wǎng)工作，光伏發(fā)電大于負載時，光伏優(yōu)先供負載供電，剩余電力給電池充電；光伏發(fā)電小于負載時，儲能和光伏共同為負載供電。

可選擇電網(wǎng)優(yōu)先或微網(wǎng)優(yōu)先，根據(jù)選擇的模式進行供電邏輯切換

觸摸屏控制啟動、停止和參數(shù)設(shè)置

4.2磷酸鐵鋰電池性能介紹

4.2.1磷酸鋰電池介紹

磷酸鐵鋰電池，是指用磷酸鐵鋰作為正極材料的鋰離子電池，磷酸鐵鋰晶體中的P-O鍵穩(wěn)固，難以分解，即便在高溫或過充時也不會像鈷酸鋰一樣結(jié)構(gòu)崩塌發(fā)熱或是形成強氧化性物質(zhì)，因此擁有良好的安全性。

1．安全性好

材料/電芯級6重安全裝置，開關(guān)盒系統(tǒng)級雙重保護回路，確保系統(tǒng)安全性

內(nèi)置可靠的安全閥，當過充電或溫度急劇上升時，伴隨者副反應(yīng)發(fā)生，單體內(nèi)壓增加到一定值，安全閥自動開啟泄氣，防止電池鼓脹或爆炸 ；

隔膜采用耐高溫陶瓷涂布技術(shù)，防止由枝晶或電池遭沖擊時造成的內(nèi)部短路，高溫時切斷鋰離子傳輸通道。

內(nèi)置正極保險絲（即正極通過熔絲與外殼相連），當電池短路或過充電等意外時，內(nèi)置正極保險絲熔斷，起保護作用；

有過充電的保護裝置OSD，過充電等濫用情況下，單體內(nèi)部氣壓上升，誘發(fā)OSD變形，充電電流迂回至殼體回路，促使正極保險絲熔斷，切斷充電回路；

正極性鋁質(zhì)方形外殼，具有良好的導熱散熱性能，又能阻止表面腐蝕，在長期使用時避免電解質(zhì)的泄漏；

殼體內(nèi)置放針刺保護層（NSD），當外殼被尖銳硬物刺穿時，NSD層提前與殼體形成回路，降低電芯短路風險。

回路斷路器可避免電池組因外部短路造成的損害。

2．優(yōu)異的電化學性能

循環(huán)壽命長、耐受性強，良好的高低溫性能；

2圓形電芯設(shè)計，高電解液量和電解液保持率（相比較軟包電池），確保單體電芯在25℃下，@0.5C1C、DOD100%、 EOL80%循環(huán)次數(shù)高于4000次，同款產(chǎn)品已大批量應(yīng)用在電動車領(lǐng)域，其性能也獲得多家車企的驗證，該產(chǎn)品儲能領(lǐng)域應(yīng)用，建議放電倍率在0.5C以下，預(yù)期其循環(huán)壽命遠高于6000次。

3．剩余容量無瞬間跌落特性

EOL低于50%，放電性能仍能預(yù)測；

圓形電芯設(shè)計很高的電解液保持率，電池生命周期內(nèi)不存在電解液的干涸（與軟包電池相比），即使容量衰減到50%，剩余容量不會出現(xiàn)“瞬間跌落"現(xiàn)象。意味著更長的資產(chǎn)利用率和更高的投資回報率。

4．系統(tǒng)適用性強

圓形鋁殼電芯、標準化模組、通用型機架設(shè)計，便于規(guī)?；a(chǎn)組裝，靈活的系統(tǒng)組合，可滿足各種定制化需要；

2寬廣的系統(tǒng)電壓范圍，通過不同的串聯(lián)組合可提供不同電壓等級的電池系統(tǒng)。

2寬廣的系統(tǒng)容量范圍，通用型機架式并聯(lián)組合可提供容量多樣式電池系統(tǒng)?？梢杂袔资叩綆渍椎姆秶┻x擇。

5．系統(tǒng)易于安裝、維護

系統(tǒng)部件模塊化設(shè)計，標準機架安裝，全部接線端子前端設(shè)計，易于安裝維護。

4.2.2磷酸鐵鋰電池系統(tǒng)參數(shù)

BMS介紹

磷酸鐵鋰電池系統(tǒng)的BMS系統(tǒng)分三級管理，分別為托盤BMS(Tray BMS)、機柜BMS (Rack BMS)、系統(tǒng)BMS(System BMS),每級BMS主要功能如下：

（1）Tray BMS (TBMS，托盤級，控制20個單體電芯，內(nèi)置在模組內(nèi)) : 監(jiān)測單體電芯的電壓、溫度和單個托盤的總電壓， 并通過CAN協(xié)議向上級BMS實時傳遞以上信息，能夠控制單體電芯的電壓均衡性。

（2）Rack BMS (RBMS，機架級，控制10個或多個TBMS，內(nèi)置在開關(guān)盒內(nèi))： 檢測整組電池的總電壓、總電流，并通過CAN協(xié)議向上級BMS實時傳遞以上信息。 能夠顯示電池充放電時容量、健康狀態(tài)，對功率的預(yù)測、內(nèi)阻的計算?？刂评^電開關(guān)和盤級單元電壓的均衡性。

（3）System BMS (SBMS,系統(tǒng)級，最多控制48個RBMS)： 收集下級RBMS信息，能夠?qū)崟r對電池剩余容量、健康狀況進行預(yù)估，功率的預(yù)測、內(nèi)阻的計算。通過RS-485或Modbus-TCP/IP 的方式與上位和外部系統(tǒng)進行通信。

（4）每級BMS實現(xiàn)功能如下

4.3 PVS-4M匯流箱性能介紹

為了減少光伏陣列到直流變換器之間的連接線，方便維護，提高系統(tǒng)的可靠性，需要光伏陣列與直流變換器之間配置光伏陣列匯流箱。

本項目使用的匯流箱為我公司自主研發(fā)設(shè)備，已在多個電站運用，光伏陣列匯流箱型號為PVS-4M。光伏組串輸入路數(shù)為4路：

(1)該匯流箱具有以下特點：

冷軋鋼板，防護等級IP65，滿足室外安裝的要求，可直接掛在電池支架上；

可同時接入4路光伏組串，每路光伏組串的最大開路電壓可達DC1000V；

每路光伏組串輸入回路的正負極都配置高壓直流熔絲，其耐壓值可達DC1000V，額定電流為15A；

直流匯流輸出的正極對地、負極對地、正負極之間配有光伏專用防雷器；

直流匯流的輸出端配有可分斷的直流斷路器；

防雷器失效報警；

直流拉弧檢測及切斷輸出功能。

五、監(jiān)控及通訊裝置

系統(tǒng)配置1 套監(jiān)控裝置，配置光伏并網(wǎng)系統(tǒng)專用網(wǎng)絡(luò)版監(jiān)測軟件，采用 USB2.0 或 Wifi通訊方式，可以連續(xù)每天 24 小時對所有的系統(tǒng)運行狀態(tài)和數(shù)據(jù)進行監(jiān)測。

5.1 監(jiān)控軟件功能

實時顯示電站的當前發(fā)電總功率、日總發(fā)電量、累計總發(fā)電量、累計CO2 總減排量以及每天發(fā)電功率曲線圖；

可查看運行參數(shù)，主要包括：

a. 直流電壓

b. 直流電流

c. 交流電壓

d. 交流電流

e. 逆變器機內(nèi)溫度

f. 時鐘

g. 頻率

h. 當前發(fā)電功率

i. 日發(fā)電量

j. 累計發(fā)電量

k. 累計CO2 減排量

l. 每天發(fā)電功率曲線圖

監(jiān)控所有設(shè)備的運行狀態(tài)，采用聲光報警方式提示設(shè)備出現(xiàn)故障，可查看故障原因及故障時間，監(jiān)控的故障信息至少因包括以下內(nèi)容：

a. 電網(wǎng)電壓過高

b. 電網(wǎng)電壓過低

c. 電網(wǎng)頻率過高

d. 電網(wǎng)頻率過低

e. 直流電壓過高

f. 逆變器過載

g. 逆變器過熱

h. 逆變器短路

i. DSP 故障  

J. 通訊失敗

監(jiān)控軟件具有集成環(huán)境監(jiān)測功能，能實現(xiàn)環(huán)境監(jiān)測功能，主要包括日照強度、風速、風向、和溫度等參量。

可每隔5 分鐘存儲一次電站所有運行數(shù)據(jù)，包括環(huán)境數(shù)據(jù)。故障數(shù)據(jù)需要實時存儲。  

能夠分別以日、月、年為單位記錄和存儲數(shù)據(jù)、運行事件、警告、故障信息等。

可以連續(xù)存儲20 年以上的電站所有的運行數(shù)據(jù)和所有的故障紀錄。

可通過監(jiān)控軟件對逆變器進行控制，可以以電子表格的形式存儲運行數(shù)據(jù)，并可以圖表的形式顯示電站的運行情況。

BMS系統(tǒng)終端可查看數(shù)據(jù)信息內(nèi)容

單體電壓管理、總電壓管理、充放電溫度管理、充放電流管理、電池均衡管理、過充保護、過放保護、過溫保護、過流保護、短路保護等。

5.2 監(jiān)控系統(tǒng)介紹

系統(tǒng)所采用的逆變器配置Wifi卡，PMB能保存?zhèn)鞲衅鞯乃兄匾獢?shù)據(jù)。同時配備RS485、RS232、USB和以太網(wǎng)標準接口。可以選擇使用wifi和USB2.0免費的監(jiān)控軟件能夠通過電腦及移動終端清晰直觀的查看輸出數(shù)據(jù)，您可以在任何時候查看光伏電站的太陽能產(chǎn)量和公共電網(wǎng)的供電量情況。

（1）逆變器監(jiān)控

采集的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)：當前總功率、發(fā)電量、二氧化碳減排量、直流電壓、直流電流、直流功率、交流電壓、電流、逆變器機內(nèi)溫度等。

（2）匯流箱監(jiān)控

采集的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)： 光伏陣列每路電流或每個光伏陣列電流。

報警數(shù)據(jù)：設(shè)備可提供的所有報警數(shù)據(jù)。

（3）光伏陣列監(jiān)控

采集的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)有高度角、方位角、運行狀態(tài)、報警數(shù)據(jù)。

（4）氣象監(jiān)測儀監(jiān)控

采集的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)有環(huán)境溫度 、光照強度、風速、風向等。

統(tǒng)一的設(shè)備維護管理

軟件平臺提供監(jiān)控設(shè)備使用狀況功能，顯示逆變器等設(shè)備的運轉(zhuǎn)情況、電流和電壓、設(shè)備的故障信息，提供自動報警顯示并存儲，并且對重要儀表統(tǒng)一管理，提示維修人員及時更換備件、及時維護，延長儀表的使用壽命。

數(shù)據(jù)存儲和顯示

調(diào)度中心負責實時采集重要參量并進行定期存儲，操作員可查詢歷史數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)，并且以報表和曲線、棒圖等形式的展示，同時可以打印數(shù)據(jù)，為技術(shù)員分析系統(tǒng)運行狀況提供科學的依據(jù)。

系統(tǒng)報警與告警通知

當系統(tǒng)任何節(jié)點、任務(wù)模塊出現(xiàn)故障或異常，在處理系統(tǒng)實時的或歷史的數(shù)據(jù)過程中發(fā)現(xiàn)異常、故障時，系統(tǒng)自動給出各種報警提示，包含預(yù)設(shè)的語音報警、報警簡報窗口顯示、報警總表顯示、報警即時打印、報警畫面、圖元變色等。

系統(tǒng)產(chǎn)生的報警信息保存，包括告警時間、站點信息、告警類別、告警描述等。同時可以按時間、地域信息、報警類別、描述等做復(fù)雜的關(guān)鍵字組合查詢和進行復(fù)雜的統(tǒng)計。

告警通知向使用者提供故障設(shè)備的告警以及設(shè)備在故障前的預(yù)警功能。