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準的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)電動汽車相關標準的要求《鋰離子
蓄電池總成通用要求》(目前儲能電站無相關標準)，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應具有熱管理的功能。

6故障診斷和容錯

若遇異常，BMS應給出故障診斷告警信號，通過監(jiān)控網(wǎng)絡發(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
處理措施。當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，如電池旁路或能量轉(zhuǎn)移等技術，當某一單體電池發(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)故障導致儲能系統(tǒng)發(fā)生故障，甚至導致電池損壞或發(fā)生惡性事故。

7其它保護技術

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上，利用充電特性與放電特性的對應關系，采用多種
模式分段處理辦法，建立數(shù)學分析診斷模型，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)境溫度對電量預測進行校正，給出剩余電量SOC的預測值。

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電量，這樣隨著電池的使用，電池電量減小體現(xiàn)為基
準電量的減小；同時基準電量還需要根據(jù)外界環(huán)境溫度變化進行相應修正。

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)技術復雜，非專業(yè)設計院無法設計，要各個設備廠家緊密配合。