电池储能系统集成技术与应用

前言

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第1章　绪论 1

1.1　储能市场概况 1

1.2　电池储能的发展趋势 4

1.3　电池储能系统的基本特点与面临的挑战 9

1.4　电池储能系统集成技术的任务 10

1.5　本书主要内容 12

参考文献 13

第2章　电池储能系统架构与关键设备 15

2.1　电池储能系统架构 15

2.2　电池储能系统性能指标 16

2.3　电池及电池管理系统 19

2.3.1　先进铅酸电池 19

2.3.2　全钒液流电池 22

2.3.3　锂离子电池 27

2.4　储能变流器 33

2.5　电池储能系统成本分析 38

2.6　小结 39

参考文献 39

第3章　电池储能系统主要应用与解决方案 43

3.1　火储联合调频系统 43

3.1.1　火电机组AGC基本原理 43

3.1.2　火储联合系统 45

3.2　辅助新能源并网 47

3.2.1　削峰填谷 48

3.2.2　提高预测精度 50

3.2.3　平滑 53

3.2.4　 直流耦合系统及控制 55

3.3　一次调频 61

3.3.1　独立一次调频 61

3.3.2　新能源配置储能系统实现一次调频 62

3.4　微电网 65

3.4.1　交流母线微电网 66

3.4.2　直流母线微电网 68

3.4.3　无缝切换 69

3.4.4　微电网能量管理系统 70

3.5　小结 72

参考文献 72

第4章　电池储能系统电气设计 76

4.1　电气系统概述 76

4.2　低压开关柜设计 77

4.2.1　电气绝缘 77

4.2.2　导体设计 81

4.2.3　短路故障导体应力计算 84

4.2.4　低压断路器 91

4.2.5　交流低压SPD 95

4.3　变压器 101

4.3.1　变压器的选型 101

4.3.2　交流接地方式 103

4.4　高压开关柜 106

4.4.1　高压开关柜的选型 106

4.4.2　中置柜 107

4.4.3　环网柜 109

4.4.4　C-GIS 113

4.4.5　高压电力线缆的选型 114

4.4.6　高压避雷器 115

4.5　电池汇流柜的设计 116

4.5.1　直流汇流回路设计 116

4.5.2　直流侧极间短路故障分析 121

4.6　控制配电设计 128

4.7　电池储能系统并网对配电网的影响 129

4.8　小结 133

参考文献 133

第5章　电池储能系统结构与安全设计 140

5.1　整体结构 140

5.2　围护结构与布局 144

5.3　接地与静电防护 146

5.4　热管理系统设计 147

5.4.1　散热冷却方式 148

5.4.2　电池功耗发热量计算 153

5.4.3　外部静渗入热量计算 155

5.4.4　温控系统功率计算及控制逻辑 158

5.5　结构与散热仿真 161

5.6　系统火灾与自动灭火系统设计 165

5.6.1　火灾与电池热失控 165

5.6.2　自动灭火系统设计 169

5.6.3　火探管灭火系统 180

5.7　小结 181

参考文献 182

第6章　电池储能系统本地控制与远程通信 186

6.1　电池储能系统本地控制与管理 186

6.1.1　本地控制器硬件平台 187

6.1.2　电池储能系统内部通信方式 188

6.1.3　本地控制器软件架构 193

6.1.4　电池储能系统运行状态与控制逻辑 195

6.2　电池储能系统监控与能量管理 200

6.2.1　电池储能系统通信设备配置 200

6.2.2　电池储能系统站级SCADA系统 201

6.2.3　能量管理系统 203

6.3　IEC 61850在电池储能系统中的应用 206

6.3.1　IEC 61850系列标准 206

6.3.2　IEC 61850技术特点 209

6.3.3　IEC 61850建模的基本概念 210

6.3.4　电池储能系统的IEC 61850建模 215

6.4　小结 219

参考文献 220

第7章　电池储能系统设备集成安装与检验 222

7.1　集装箱及户外柜检验 222

7.2　电气设备安装与检验 223

7.2.1　高压开关柜安装与检验 223

7.2.2　变压器安装与检验 228

7.2.3　低压开关柜安装与检验 229

7.2.4　储能变流器安装与检验 231

7.2.5　直流汇流柜及直流线缆安装与检验 232

7.3　温控系统安装与检验 234

7.4　消防系统安装与检验 236

7.5　电池储能系统出厂调试 237

7.6　电池储能系统起吊运输与现场安装 239

7.6.1　起吊运输 239

7.6.2　现场安装 240

7.7　小结 241

参考文献 242

第8章　电池储能系统建模与仿真 243

8.1　储能电池建模 243

8.1.1　常用电池模型 243

8.1.2　改进型电池模型 244

8.2　锂离子电池仿真分析 246

8.3　铅酸电池仿真分析 249

8.4　储能变流器建模与控制 252

8.4.1　储能变流器同步旋转坐标系建模 252

8.4.2　储能变流器矢量控制 255

8.4.3　储能变流器虚拟同步机控制 256

8.5　系统仿真 259

8.5.1　调频控制 259

8.5.2　调压控制 263

8.5.3　紧急功率支撑 267

8.5.4　调峰控制 268

8.5.5　计及SOC变化的电池储能系统控制 270

8.6　小结 273

参考文献 273

第9章　先进技术在电池储能系统中的应用展望 275

9.1　电池储能系统与物联网 275

9.1.1　物联网概述 275

9.1.2　物联网技术在电池储能系统中的应用 276

9.1.3　物联网对电池储能系统的要求 279

9.2　神经网络技术在电池储能系统中的应用 279

9.2.1　基于神经网络的电池储能系统实时容量识别 280

9.2.2　基于神经网络的电池储能系统软故障状态识别与保护 284

9.2.3　神经网络技术在电池储能系统中的应用展望 287

9.3　电池储能系统与区块链技术 288

9.3.1　区块链技术概述 288

9.3.2　共享储能技术 290

9.3.3　基于区块链技术的共享储能交易体系 291

9.3.4　基于区块链技术的共享储能商业运营思考 296

9.4　小结 297

参考文献 298

第10章　储能集成技术典型应用案例与系统 301

10.1　典型应用案例 301

10.1.1　双湖微电网 301

10.1.2　兆光火储联合调频系统 305

10.1.3　日本直流光储项目 308

10.1.4　夏威夷风储项目 311

10.2　典型电池储能系统 312

10.2.1　Younicos电池储能系统 312

10.2.2　CellCube电池储能系统 313

10.2.3　Ingeteam电池储能系统 315

10.2.4　Power Electronics电池储能系统 317

10.3　小结 318