Projeto de arquitetura do sistema e princípios de configuração de capacidade
O design de sistemas de armazenamento de energia fotovoltaica em larga escala requer consideração abrangente de múltiplos fatores, como demanda de grade, características da central de energia e benefícios econômicos. Uma arquitetura típica do sistema pode ser dividida em dois esquemas: acoplamento lateral de DC e acoplamento lateral CA, cada um com suas vantagens e cenários de aplicação exclusivos.
The DC side coupling architecture directly connects the photovoltaic array with the energy storage system, eliminating the intermediate AC/DC conversion link. This architecture has a conversion efficiency of up to 98%, making it particularly suitable for new photovoltaic power plants. Its core components include: DC/DC converter (efficiency>98,5%), sistema de gerenciamento de bateria (período de amostragem<500ms), DC combiner cabinet, etc. After adopting this scheme, the overall system efficiency of a 200MW power station increased by 3.2 percentage points.
A arquitetura de acoplamento do lado da comunicação é conectada à grade através de um ponto de conexão comum (PCC), que é mais adequado para a reforma das usinas fotovoltaicas existentes. Essa arquitetura tem maior flexibilidade e pode controlar independentemente os sistemas de armazenamento fotovoltaico e de energia. Os principais equipamentos incluem conversores bidirecionais (THD<3%), AC distribution cabinets, synchronous controllers, etc. A 150MW renovation project adopted this plan and completed system integration in just 45 days.
A configuração da capacidade precisa seguir os princípios científicos:
1) Para suavizar flutuações de saída, recomenda -se configurar o armazenamento de energia a 15% -25% da capacidade fotovoltaica instalada por uma duração de 1-2 horas. A análise de dados de uma usina de energia em Xinjiang mostra que uma configuração de 20% pode reduzir a volatilidade em 70%;
2) Ao participar de serviços de regulamentação de frequência, a capacidade deve ser de 3% -5% da saída da usina e o requisito de velocidade de resposta deve ser inferior a 1 segundo. A rede elétrica do norte da China exige que a capacidade de regulamentação de frequência seja mantida por pelo menos 15 minutos;
3) A arbitragem de Peak Valley precisa ser determinada com base na curva local de preços de eletricidade, geralmente configurada com 4-6 Hour Energy Storage. A análise de um projeto em Guangdong mostra que a taxa de retorno de investimento de 6- hour de armazenamento de energia é 40% maior que a de um plano de hora 2-.
A otimização da simulação de um 3 0 0MW Central de energia fotovoltaica mostra que a adoção de um esquema de configuração misto de 20%/2h +5%/0.5h não apenas atende aos requisitos da regulação da frequência da grade de energia, mas também atinge a economia ideal. Este plano aumenta a receita anual da usina em 23% e atinge uma taxa interna de retorno de 16,8%.
Seleção de equipamentos -chave e parâmetros técnicos
A seleção de sistemas de bateria requer consideração de múltiplos parâmetros técnicos. A opção atual da mainstream é as células da bateria de fosfato de ferro 280AH de lítio, com uma densidade de energia volumétrica superior a 400Wh/L e uma densidade de energia de peso de 180Wh/kg. Os principais pontos do design da bateria incluem:
1) Método de agrupamento: normalmente projetado com módulos 1P24S, com uma faixa de tensão de 60-86. 4V, cada rack de bateria integra 16-20 módulos;
2) Gerenciamento térmico: O sistema de resfriamento líquido reduz a diferença de temperatura da bateria para menos de 3 graus, economizando mais de 30% de energia em comparação com a solução de resfriamento de ar. A vazão do líquido de refrigerante é controlada em 6-8 l/min, e a diferença de temperatura entre a entrada e a saída é menor que 5 graus;
3) Proteção à segurança: Cada módulo está equipado com 3 pontos de amostragem de temperatura e linhas de detecção de tensão, e a sensibilidade do detector de gás combustível atinge 1% de lel.
A seleção de equipamentos de PCS deve prestar atenção a:
1) Estrutura da topologia: o design de três níveis atinge uma eficiência de 99%, que é 0. 8% maior que a estrutura de dois níveis. O tamanho do módulo de 500kW é de apenas 800 × 600 × 2200mm;
2) Adaptabilidade da grade: possui uma faixa de regulação de tensão de ± 10% e uma adaptabilidade de frequência de 45-65 Hz, THD<3%;
3) Função de proteção: proteção padrão para ilhas (tempo de ação<2s), reverse power protection (threshold adjustable), overclocking/underflocking protection, etc.
Pontos -chave do design do sistema de refrigeração:
1) A capacidade de resfriamento da unidade de resfriamento líquido é configurada em 1,2 vezes o consumo de energia térmica da bateria e um sistema típico de 1MWH requer 5-7 kW de capacidade de resfriamento;
2) The pipeline is made of stainless steel material, with a pressure bearing capacity of>0. 6mpa e uma precisão do medidor de fluxo de ± 2%;
3) O sistema de controle pode ajustar automaticamente a potência de resfriamento com base no SOC e na temperatura, e o modo de economia de energia pode reduzir o consumo de energia em 40%.
Os dados medidos do equipamento em um projeto de 250 MW mostram que a eficiência geral do sistema de bateria é de 92,3%, com uma taxa de decaimento anual de 1,7%; A eficiência da conversão de PCS é de 98,6%, com um tempo de resposta de 185ms; O sistema de refrigeração mantém a bateria operando dentro da faixa de temperatura ideal (25 ± 3 graus), estendendo sua vida útil em 20%.
Proteção de segurança e operação e gerenciamento de manutenção
O design de segurança requer o estabelecimento de um sistema de proteção de vários níveis:
1) Electrical safety: Photovoltaic dedicated circuit breakers (with a breaking capacity of 20kA) are installed on the DC side, and selective protection circuit breakers (with an action time gradient difference of>0. 1s) estão instalados no lado CA. O sistema de proteção contra raios atende aos requisitos da IEC 62305, com uma resistência de fundamento de<4 Ω;
2) Segurança da bateria: Adotando uma arquitetura de proteção de três níveis (célula → Módulo → Sistema), o limiar de proteção sobre sobrecarga é de 3,65V ± 0. 0 5V, e o limite de proteção de sobrediscarchar é 2,5V ± 0,05V. O sistema de alerta em fuga térmica pode emitir um alarme com 30 minutos de antecedência;
3) Structural safety: The energy storage container meets the IP54 protection level and has a seismic fortification intensity of 8 degrees. The box adopts A60 fire protection standard, with a fire resistance limit of>1 hora.
As funções do sistema de gerenciamento de operação e manutenção incluem:
1) Monitoramento de status: coleta em tempo real de dados de mais de 2000 pontos de monitoramento com uma taxa de atualização de 100ms. Erro de avaliação da saúde da bateria (SOH)<3%;
2) Diagnóstico de falhas: o motor de diagnóstico com base em sistemas especializados pode identificar 98% das falhas comuns com precisão de posicionamento do nível do componente;
3) Manutenção preditiva: Prevendo a vida útil restante do equipamento por meio de aprendizado de máquina, agendando a manutenção com três meses de antecedência e reduzindo o tempo de inatividade não planejado em 70%.
Os dados de operação e manutenção de um determinado projeto mostram que o sistema de operação e manutenção inteligente reduz o MTTR de 8 horas para 2,5 horas e reduz os custos de operação e manutenção em 40%. Através da avaliação precisa do SOH, o erro de decisão de substituição da bateria é inferior a 5%, evitando o desperdício causado pela substituição prematura.
Desafios e soluções práticas de engenharia
Projetos de alta altitude enfrentam desafios especiais:
1) O ar fino afeta a dissipação de calor: a uma altitude de 3000 metros, a densidade do ar é de apenas 70% daquela no nível do mar. A solução inclui: PCs que desviam (fator de redução de capacidade de 5%), projeto aprimorado de dissipação de calor (aumento de 30% na área de dissipação de calor);
2) Problemas elétricos causados pela baixa pressão do ar: os disjuntores especiais projetados (com um aumento de 20% na resistência à tensão) são usados e as principais peças de conexão são seladas;
3) Radiação UV forte: A superfície da caixa é revestida com material anti -UV e os cabos são feitos de materiais resistentes ao clima.
Medidas para lidar com ambientes extremos de temperatura:
1) Ambiente de baixa temperatura: Instale um sistema de aquecimento elétrico (potência 3-5 KW) para pré -aquecer a bateria acima de 10 graus antes de carregar. Usando eletrólito de baixa temperatura, mantendo 80% de capacidade em -30 grau;
2) Ambiente de alta temperatura: a capacidade de resfriamento do sistema de resfriamento líquido aumenta em 20%, e a caixa adota uma estrutura de isolamento de camada dupla. Ajuste a estratégia de carregamento e descarga para evitar a operação de energia total durante períodos de alta temperatura.
Solução para áreas de grade de energia fraca:
1) Configurar SVG com 10% -15% Capacidade para controlar o THD dentro de 3%;
2) usando a tecnologia Virtual Síncrona (VSG) para fornecer suporte à inércia;
3) Otimize a estratégia de controle e limite a taxa de mudança de energia a 5%/min.