5KW光伏儲能發電教學系統

一、項目概況

1.1 項目背景

上海某大學規劃建設一套小型光伏儲能發電教學系統，一方面可作為學生教學實踐的平臺，另一方面為校內實驗室負荷進行供電，盡量減少對市電的依賴，實現節能減排的目的，同時在具有示范意義。該光伏儲能發電系統利用校內的建筑屋頂建設光伏系統，為教學樓內的實驗室負荷供電，白天負荷較小，晚上學生自習時負荷較大，總負載不超過5kW；上海當地日照資源豐富，日照峰值時間3.5-4h，晚間備電時間約2小時,考慮系統容量，光伏組件容量設計為：5kWp,儲能系統容量為：10kWh。

1.2 項目意義

建設光伏儲能發電系統主要實現目的如下：

?為教學提供實踐應用平臺；

?為學校實驗室負載供電，節省電費支出；

?鼓勵低碳技術的應用，節能減排，保護生態環境，在校內啟到示范效應；

二、光伏儲能發電系統設計

5KW光伏儲能發電系統主要由光伏子單元、儲能子單元、電網接入裝置和能量管理系統四大部分構成，系統主要設備包括：

(1) 儲能電池

(2) BMS系統

(3) 電池控制系統

(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) 設備之間的連接電纜（包括直流側和交流側）

2.1 光儲系統拓撲圖

圖1 ：光伏儲能系統拓撲圖

圖2 ：光伏儲能系統接線圖

2.2 系統運行原理

控制原則如下：

?白天，光伏系統發電優先給實驗室內負載供電，當光伏發電功率大于負荷功率時多余電能儲存在蓄電池中，當光伏發電功率小于負荷功率時，儲能電池和光伏發電一起給負載供電；

?夜晚，光伏側直流停機，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）放到設定值，系統自動切入電網，由電網給負載供電，根據需求，電網可以通過儲能逆變器給電池充電，也可以不充電；

?當電網出現故障時，光儲系統自動切換至離網運行模式，由光伏電池和儲能電池同時向負載供電；

?電網可以向儲能電池充電，充電功率及充電時間可調；

三、主要設備配置表

表1：該系統配置按照夜晚2小時供電要求，備單元配置如下

四、系統主要設備功能參數介紹

4.1儲能逆變器功能介紹

SY4850D-ES外觀圖

4.1.1 產品主電路

主電路框圖

產品主電路采用雙向PWM逆變電路及相應的控制電路、保護和監控電路。直流側由緩沖電阻、防反二極管和直流接觸器組成了直流側緩沖電路，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，以使系統在電池或電網有電時都可以工作。

4.1.2 產品特點

1）技術領先，全面滿足電網或負荷的接入與控制要求

?具有并網充放電、獨立逆變功能，適合各種應用場合

?具有并網和離網并聯功能，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

?可以實時接受系統調度指令和BMS指令，通訊方式有RS485、CAN、以太網

?無功功率可調，功率因數范圍超前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長時間運行

2）高效節能，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調制算法，降低開關損耗

3）更多優點

?雙電源冗余供電方案提升系統可靠性

?完善的保護及故障告警系統，更加安全可靠

?采用動態圖形液晶界面，提供友好的操作體驗

?-25℃~+55℃可連續滿功率運行

?適應高海拔惡劣環境，可長期連續、可靠運行

?支持離網主動運行功能

?適合共直流母線系統和共交流母線系統

4.1.3 產品技術指標

a.——并網發電、離網備用功能

?電網供電時，儲能逆變器并網工作在恒壓模式，維持蓄電池SOC在一定水平，光伏逆變器并網發電

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

?可選擇電網優先或微網優先，根據選擇的模式進行供電邏輯切換

?觸摸屏控制啟動、停止和參數設置

b. ——電網（或柴油機）、微網切換功能

?電網供電時，當電池組SOC超過設定值時，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，光伏逆變器并網工作，給電池組充電。

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

?可選擇電網優先或微網優先，根據選擇的模式進行供電邏輯切換

?觸摸屏控制啟動、停止和參數設置

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鍵穩固，難以分解，即便在高溫或過充時也不會像鈷酸鋰一樣結構崩塌發熱或是形成強氧化性物質，因此擁有良好的安全性。

1．安全性領先

材料/電芯級6重安全裝置，開關盒系統級雙重保護回路，確保系統安全性；從電芯到系統具有全球級安全性權威認證：UL1642、UN38.3、UL1973、VDE、JET。

?內置可靠的安全閥，當過充電或溫度急劇上升時，伴隨者副反應發生，單體內壓增加到一定值，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，防止由枝晶或電池遭沖擊時造成的內部短路，高溫時切斷鋰離子傳輸通道。

?內置正極保險絲（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，內置正極保險絲熔斷，起保護作用；

?負極具有過充電的保護裝置OSD，過充電等濫用情況下，單體內部氣壓上升，誘發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的泄漏；

?殼體內置放針刺保護層（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．優異的電化學性能

循環壽命長、耐受性強，良好的高低溫性能；

?圓形電芯設計，極高的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%循環次數高于4000次，同款產品已大批量應用在電動車領域，其性能也獲得多家車企的驗證，該產品儲能領域應用，建議放電倍率在0.5C以下，預期其循環壽命遠高于6000次。

3．剩余容量無瞬間跌落特性

EOL低于50%，放電性能仍能預測；

圓形電芯設計極高的電解液保持率，電池生命周期內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“瞬間跌落”現象。意味著更長的資產利用率和更高的投資回報率。

4．系統適用性強

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

?寬廣的系統電壓范圍，通過不同的串聯組合可提供不同電壓等級的電池系統。

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

5．系統易于安裝、維護

系統部件模塊化設計，標準機架安裝，全部接線端子前端設計，易于安裝維護。

4.2.2磷酸鐵鋰電池系統參數

BMS介紹

磷酸鐵鋰電池系統的BMS系統分三級管理，分別為托盤BMS(Tray BMS)、機柜BMS (Rack BMS)、系統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，內置在模組內) : 監測單體電芯的電壓、溫度和單個托盤的總電壓， 并通過CAN協議向上級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，內置在開關盒內)： 檢測整組電池的總電壓、總電流，并通過CAN協議向上級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，對功率的預測、內阻的計算?？刂评^電開關和盤級單元電壓的均衡性。

3. System BMS (SBMS,系統級，最多控制48個RBMS)： 收集下級RBMS信息，能夠實時對電池剩余容量、健康狀況進行預估，功率的預測、內阻的計算。通過RS-485或Modbus-TCP/IP 的方式與上位和外部系統進行通信。

4. 每級BMS實現功能如下

4.3PVS-4M匯流箱性能介紹