巴布亚新几内亚离网光储微网供电方案

湘投云储科技有限公司0.72MW/2.1MWh离网光储柴微电网供电方案PAGE湘投云储0.72MW/2.1MWh离网光储柴一体化供电系统解决方案目录一、项目背景 41.1微电网系统简介 41.2巴布亚新几内亚光照资源 41.3用户负荷情况 41.4遵循标准 4二、系统方案 62.1系统方案概述 62.1.1离网光储供电系统简介 62.1.2光储供电单元 72.1.3系统设计相关参数 72.2储能系统 82.2.1系统要求 82.2.1系统配置 82.2.2系统布局 92.2.3电池箱技术指标 92.2.4光储一体供电单元组成指标 102.2.5安全保护策略 102.2.6电池模块 112.3光伏发电系统（业主自备） 112.3.1光伏系统容量计算 112.3.2光伏系统最大出力 112.4电池管理系统 122.4.1BMS系统架构 122.4.2电池管理单元BMU 132.5高压箱 132.6并/离网光储变流器 142.6.1模块化光储一体机简介 142.6.2光储一体机技术参数 15三、系统配置 183.1光储微电网系统配置清单 183.2集装箱配置 183.3系统散热核算 193.3.1电池仓 193.3.2变流控制仓 203.4消防系统 203.5系统配置报价清单 22

一、项目背景1.1微电网系统简介微电网是指将一定区域内分散的小型发电单元（分布式电源）、储能装置以及当地负荷组织起来形成的配用电系统。他可以与常规电网并网运行，也可以独立运行。孤岛微电网是指仅具备独立运行功能的微电网，例如：对电网未覆盖的偏远地区或者海岛供电的微电网。1.2巴布亚新几内亚光照资源巴布尼亚新几内亚具有极为丰富的光照资源。该国的大部分地区每天的日照时间约4.5小时至8小时。在上世纪90年代，一份报告研究了巴布尼亚新几内亚的23个地区。结果显示，莫尔斯比港是每一年日照时间最长的地区，长达2478小时，等效日超市场达5.7小时。（文章来源：驻巴布亚新几内亚经商参处）1.3用户负荷情况本项目微电网供电方案应用于巴布尼亚新几内亚（以下简称“巴新”）的某个离网矿区，矿区主要负荷为电机，矿区持续负荷达300kW，日均用电时长12h。1.4遵循标准—GB∕T10233-2016低压成套开关设备和电控设备基本试验方法—IEC61439低压成套开关设备和控制设备—GB7251.1-2013低压成套开关设备和控制设备第1部分:总则—IEC947低压开关设备控制设备—GB/T24274-2009低压抽出式成套开关设备—GB∕T10233-2016低压成套开关设备和电控设备基本试验方法—IEC255继电器—GB/T7261-2016继电保护和安全自动装置基本试验方法—GB1207-2006电磁式电压互感器—IEC186电压互感器—GB1208-2006电流互感器—IEC60044-1电流互感器—GB13539.1-2015低压熔断器—IEC269低压熔断器—GB/T12747.1-2004低电压并联电容器—IEC129交流断路器和接地保护—GB/T3482-2008电子设备雷击试验方法—GB/T17626.1-2006电磁兼容试验和测量技术抗扰度试验总论—GB50171-2012电气装置安装工程盘、柜及二次回路接线施工及验收规范—GB/T7676-1998直接作用模拟指示电测量仪表及附件—IEC446绝缘和非绝缘导体的色标—IEC73指示灯和按钮的色标—GB/T24337-2009电能质量公用电网间谐波—GB/T15543-2008电能质量三相电压允许不平衡度—GB/T3797-2016电气控制设备—NB/T31016-2011《电池储能功率控制系统技术条件》—QC/T897-2011电动车用电池管理系统技术条件—GB/T17626.2-2006电磁兼容试验和测量技术静电放电抗扰度试验—GB/T17626.5-2008电磁兼容试验和测量技术浪涌（冲击）抗扰度试验—GB/T20626.1-2006特殊环境条件高原电工电子产品第1部分：通用技术要求—GB/T27930-2015《电动汽车非车载传导式充电机与电池管理系统间的充电协议》—GB/T34131-2017《电化学储能电站用锂离子电池系统管理技术规范》—GB/T36547-2018《电化学储能系统接入电网技术规定》—GB/T36548-2018《电化学储能系统接入电网测试规范》—GB/T36549-2018《电化学储能电站运行指标及评价》—GB/T36558-2018《电力系统电化学储能系统通用技术条件》—GB/T36276-2018《电力储能用锂离子电池》二、系统方案2.1系统方案概述额定功率/容量：0.72MW/2.1MWh，配置：1个电池舱和1个变流仓。电池舱：40尺集装箱、安防系统、2台工业空调、2.1MWh磷酸铁锂电池。变流仓：20尺集装箱、6台光储一体机（120KW/台）、1台1000kVA（0.4/10kV）双绕组干式变压器、1套低压柜、1套能量管理系统。2.1.1离网光储供电系统简介离网光储微电网供电系统包含：分布式光伏发电系统、储能系统、能量管理系统和其他辅助系统（消防、温控等）。根据巴布亚新几内亚的光照条件、用户用电情况和微电网各系统设备的特点，不考虑连续阴雨天数和连续阴雨天间隔系数，系统主要参数设置如下：1）储能系统：0.72MW/2.1MWh；2）光伏系统:1.03MWp；3）备电柴油机：300kW。其中：矿区55%的负荷直接来自光伏系统，35%的负荷由储能系统提供。其他情况（包括连续阴雨天气或者其他应急情况）的10%负荷由备电采油机提供。图2-1矿区光储微电网供电系统示意图考虑到负载主要为电机，考虑到电气启动时的高瞬时功率，系统配置了最大过载达1.08MW（瞬时过载150%）的光储一体机组。2.1.2光储供电单元光储微电网系统采用组串式光储逆变器，系统共由6套120kW/350kWh的光储供电单元组成。系统架构图如下图所示：图2-2矿区光储微电网光储模块系统拓扑图2.1.3系统设计相关参数安全系数——————————（K1）；光伏系统装机容量——————（P）；蓄电池组容量————————（C）；光伏系统效率————————（η1）；电池容量衰减系数————————（K2）；系统充放电效率————————（η2）；电池放电深度———————（F）；负载额定功率————————（W）；负载每天连续工作时间————（H）；系统地区有效日照时数——（A）。其中：安全系数K1=1.2、光伏系统效率η1=0.70、负载额定功率W=300kW、负载每天工作时长H=12h、光伏系统效率70%、有效日照时数A=5.7kWh/m2/天、系统充放电效率η2=95%、蓄电池放电深度F=90%、电池容量衰减系数K2=0.9。2.2储能系统2.2.1系统要求矿区负荷额定功率300kW，负荷工作时长12h。根据负荷用电及光伏系统出力情况，矿区约55%的负荷直接来自光伏系统，约35%的负荷由储能系统提供，其余电量由柴油发电机提供。因此，储能系统系统需具备足够的容量，确保在光伏系统出力不足或者不出力时，提供系统35%负荷需求的电量。则：C=K1*根据上述情况，建议采用由2P12S结构240Ah/38.4V的电池模组，该模组经19S构成240Ah/729.6V电池簇，单簇电池容量175kWh，系统共由12簇电池组成，每2簇电池分别接入1个光储一体机直流侧的2个电池接口，系统总装机规模2100kWh＞1965kWh，装机规模满足系统需求。2.2.1系统配置光储微电网，储能电池簇选用3.2V/120Ah的磷酸铁锂电池模组，由24个电池组成1个电池箱，单个电池箱的组成方式为2P12S，规格为38.4V/240Ah，由19个电池箱串联组成1簇电池，规格为729.6V/240Ah，总电量为175kWh，本系统共由12簇电池构成；组串式光储一体机额定功率为120kW，每2簇电池簇分别接入1台光储一体机直流侧的2个电池接口，系统总理论设计容量2.1MWh，总体参数如下：a、储能系统接入源：AC380V市电；b、储能系统额定电压：DC729.6V；c、储能系统理论设计能量：2.1MWh；d、储能系统逆变功率：0.72MW。图2.1120kW/350kWh储能单元拓扑图2.2.2系统布局光储微电网系统采用一体化设计，建议由6台120kW光储一体机、配电系统、BMS电池管理系统、12簇175kWh电池簇和柜体组成。系统选用标3.2V/120Ah磷酸铁锂电池，采用（2P228S）*2P*6P结构，总电量为2.1MWh。2.2.3电池箱技术指标成组方式：3.2V/120Ah磷酸铁锂模组按照2P12S构成单个电池箱体，电量为9.216kWh，电池箱各项技术指标详见表2.1。表2.1电池箱技术指标序号项目参数备注1成组方式2P12S2额定容量（Ah，25℃，0.5C）2403额定电压（V）38.44总能量（kWh）9.2165电压使用范围（V）33.6~43.8单体2.8V~3.65V6SOC使用范围10%~100%7冷却方式自然冷却8绝缘阻值（MΩ）≥202.2.4光储一体供电单元组成指标考虑与双向储能变流器的匹配，每簇电池组设计为由19个2P12S电池箱串联组成。额定电压及容量为729.6V/240Ah,整个系统单元由2簇电池组组成，总容量为350kWh。电池簇工作电压范围为638V~832.2V（单体2.8V~3.65V），该电压范围与双向储能变流器的直流侧电压匹配（DC200V～DC900V），可最大化的提高效率。系统组成形式如图2.2所示。图2.2电池系统构成示意图表2.2电池簇技术指标序号项目参数备注1成组方式（串并联方式）2P228S2额定容量（Ah，25℃，0.33C）240磷酸铁锂电池模组3额定电压（V）729.64额定放电功率（kW）1205额定充电功率（kW）1206总能量（kWh）1757电压使用范围（V）638~832.28SOC使用范围10%~100%9冷却方式强制风冷2.2.5安全保护策略BMS报警保护机制为三级机制，分为三级保护、二级限功率和一级报警。一级报警时BMS将报警状态上传上位控制端进行警示，二级限功率时BMS将上传给PCS限功率要求，PCS进行限功率输出，三级保护时BMS将切断电池组输出回路并上报保护状态。目前BMS报警状态产生的条件为超过报警限值持续时间5S以上，保护状态产生的条件为超过保护限值持续时间3S以上。同时报警保护状态均设定了恢复机制，当报警保护值恢复到一定限值以内时，BMS将解除相应报警保护状态。2.2.6电池模块电池箱由3.2V120Ah单体通过2P12S的方式PACK而成，电池箱对外留有总正总负接插件以及BMS的电源线及CAN线。图2.3电池箱体示意图（以实物为准）2.3光伏发电系统（业主自备）2.3.1光伏系统容量计算矿区负荷额定功率300kW，负荷工作时长12h。根据负荷用电及光伏系统出力情况，矿区约55%的负荷直接来自光伏系统，约35%的负荷由储能系统提供，其余电量由柴油发电机提供。则光伏系统总发电量Q=W*H*0.55+（W*H*0.35）/0.95=3306kWh当地平均有效日照时数A=5.7kWh/m2/天，则。P=K*Q根据上述情况，建议采用24*26*275Wp的光伏阵列，单阵列装机171.6kWp，每个光伏整列经1个24汇1的汇流箱汇流后接入光储逆变器，系统共由6个光伏整列组成，系统总装机规模1029.6kWp＞994kWp，装机规模满足系统需求。2.3.2光伏系统最大出力光伏系统最大出力P光伏为：P光伏1）选用6台120kW的光储一体机，满足光伏系统最大出力需求；2）当光伏出力≥负荷需求时，光伏系统一边给负载供电，剩余能量给电话次充电；当光伏出力＜负荷需求时，储能系统作为光伏系统的补充给负载供电。2.4电池管理系统2.4.1BMS系统架构系统的BMS采用三层架构，分别由电池管理单元BMU、电池柜管理系统（BCMS）和电池堆管理系统（BAMS）组成。BMU位于电池模组内，完成对电池模组内部12S电池信息的采集，并将数据上传给BCMS，同时根据BAMS下发的指令完成电箱内单体电池均衡。BCMS位于高压控制盒内，负责电池簇的管理工作，接受电池柜内19个BMU上传的数据，采样电池柜的电压和电流，进行SOC、SOH计算和修正，完成电池柜预充电和充放电管理，并将相关数据上传给BAMS。图2.4BMS系统架构图表2.3系统中BMS系统各部件数量编号名称个数供电方式通信方式功耗1BMU19DC24V内部CAN0W2BCMS1DC24V内部CAN2W3BAMS1DC24V内部CAN/LAN3W2.4.2电池管理单元BMUBMU主要是提供电池电压监控及报警，电池组温度监控及报警，电池电量均衡功能。BMU负责监控12只串联电池单元，根据电池组成方式不同，被监控电池单元可以使一个大容量电池单体，也可以是多个小容量电池并联的组合体。表2.4电池管理单元BMU技术指标编号电池规格磷酸铁锂电池，12S1均衡类型被动均衡2温度采集检测点数4点3检测精度±1℃4检测范围-30-100℃5电压采样检测点数12节电芯6检测精度±5mV7检测范围0-5V8通讯方式CAN2.02.5高压箱高压箱位于电池与PCS之间，用于控制每一簇电池的通断、预充以及通讯。电池管理系统的BCU放置于高压箱内。高压箱起到电池组与PCS通断的作用，当电池组出现过压、欠压、过温等故障时，BCU通过切断高压箱内的直流接触器，断开与PCS的连接，从而起到保护电池组的作用。高压箱内器件主要包括熔断器、正极接触器、负极接触器、预充接触器、电流传感器、开关电源等。根据设计要求，高压箱外形如下图2.6所示。图2.5高压箱外形示意图（以实物为准）2.6模块化光储一体机2.6.1模块化光储一体机简介模块化光储一体机可控制电池的充电、放电过程和光伏系统的发电，设备采用两级拓扑结构，交流侧功率为120kW,直流侧分别接入光伏系统和储能电池。产品采用机架式设计，体积小、重量轻，直流电压范围宽，电网适应性强。在光伏系统出力大于负荷时，光储一体机一边给负载供电，一边给储能系统充电。在光伏出力不足或者不出力时，由光伏系统和储能系统一起给负载提供电力保障。光储一体机由DC/AC双向变流器、控制单元等构成。光储一体机控制器通过通讯接收后台控制指令，根据功率指令的符号及大小控制变流器对电池进行充电或放电，实现对电网有功功率及无功功率的调节。光储一体机控制器通过通讯接口与电池管理系统通讯，获取电池组状态信息，可实现对电池的保护性充放电，确保电池运行安全。图2.6光储一体机系统架构图（本项目为离网方案）图2.7光储一体机功率单元外形图2.6.2光储一体机技术参数表2.5组串式双向储能变流器技术参数表型号等级NESI-120KT2P直流侧参数光伏电压范围DC200V～900V最大电流360A额定功率120kW电池接口参数电压范围DC200V～900V(DC350V以上满功率)直流通道数1或2最大电流360A充电管理三段式充电交流并网参数电网类型3P+N+PE额定功率120kW额定电压AC380V/400V/415V额定电流182A电压范围-15%～+15%额定频率50Hz/60Hz频率范围额定频率±5Hz功率因数1输出谐波≤3%交流离网参数接线方式3P+N+PE额定功率120kW额定电压AC380V/400V/415V额定电流182A电压范围-15%～+15%额定频率50Hz/60Hz频率精度0.2Hz电压精度1%不平衡负载能力100%动态响应60ms@100%线性负载过载能力110%负载：时间≥10min,110%负载：时间≥1min输出谐波≤3%@线性负载环境工作温度-20℃～55℃（40℃以上降额）相对湿度0％RH～95％RH，无冷凝工作海拔高度40℃时，≤4000m（无需降额）使用噪音＜68dB通信及管理通信接口RS485、CAN、LAN、REPO通讯协议CAN/ModBusTCP/ModBusRTU安装方式柜式最高效率97.1%防护等级IP20冷却方式风冷，智能风扇调速尺寸(W*H*D)600*2000*800mm

三、系统配置3.1光储微电网系统配置清单系统共由6套120kW/350kWh光储供电单元组成，系统配置如下表所示：表3.10.72MW/2.1MWh微电网光储供电单元配置清单序号分项名称单位数量1电池共5472颗3.2V/120Ah磷酸铁锂电池kWh21002光储一体机含：120kW模块化PCS、配电、柜体套63光伏组件kWp1029.64BMS电池管理系统套15配电柜220VAC转24VDC套16高压箱套17交/直电缆线批18空调制冷量15kW套29空调制冷量12.5kW套110消防系统柜式七氯丙烷，70L套111消防系统柜式七氯丙烷，40L套13.2集装箱配置集装箱选用标准40尺集装箱（L12192*W2438*H2896mm）和20尺集装箱各1套，分别作为电池仓和变流控制仓。电池仓表3.2集装箱基本配置序列项目尺寸/类型11尺寸40尺：L12192*W2438*H2896mm20尺：L5898*W2438*H2896mm22材料板料和配件优先使用标准海运箱的通用材料，包含1.6mm的侧板，2.0mm顶板、5mm的角柱、4mm底侧梁、4mm底横梁、5mm花纹钢板，以及海运箱通用的角配件、锁杆等3喷涂防腐要求为“打砂+富锌底漆+中间漆+面漆”，面漆颜色RAL7035浅灰色，漆膜总厚度不低于160um，箱内花纹铁地板及隔热层包边为浅灰色内面漆，箱底架为防腐沥青漆；含2平方内logo。4箱内隔热层5cm厚彩钢岩棉复合板隔热层，包含隔断墙5照明灯LED条形灯6应急照明灯2个，执行标准GB17945-2010；电压：AC220V；应急时间：＞90分钟7烟雾传感器AC220V，常开，型号：BRJ-301AL，百仁吉，预留信号输出线8防护等级IP543.3系统散热核算集装箱的热负荷主要由电池发热Q1、环境对集装箱热传导Q2和PCS发热Q3.3.1电池仓1）电池发热Q以120Ah电池为单位，电芯最大电流47A（放电时），根据电池的充放电效率来估算电池的产热，一般取电池的充放电效率为98%，电芯内阻≤0.5mΩ，则一个电池的热损耗为：Q=47*47*0.5*0.001=1.1W系统电池总发热量大约为：Q2）环境对集装箱热传导Q取夏季最高室外温度为55℃，舱内目标温度设为25℃，保温层材料为50mm厚的岩棉（导热系数δ：0.035W/m.K），40尺集装箱箱体表面积A=114.46㎡（不含底面）。考虑到太阳光辐射，集装箱表面温度可达到60℃，故ΔT=60-25=35℃。环境对集装箱热传导：Q2=δ*A*∆T/H=0.035*取安全系数S=1.2，制冷功率Q≥S*（Q1+Q2）=1.2*（6.02+2.56）=10.3kW，所以配置3.3.2变流控制仓1）光储一体机发热Q光储一体机光储一体机转换效率为97%，系统持续最大功率约为720kW，则系统发热功率为：Q光储一体机=720000*0.03=21.6kW2）环境对集装箱热传导Q取夏季最高室外温度为55℃，舱内目标温度设为25℃，保温层材料为50mm厚的岩棉（导热系数δ：0.035W/m.K），20尺集装箱箱体表面积A=63.978㎡（不含底面）。考虑到太阳光辐射，集装箱表面温度可达到60℃，故ΔT=60-25=3