1 概述

1.1 項目概況

新能源汽車廠區(qū)位于上海市嘉定區(qū)。屬亞熱帶季風(fēng)性氣候，四季分明，日照充分；氣候溫和濕潤，春秋較短，冬夏較長。年平均氣溫17.6℃，日照1885.9小時，降水量1173.4毫米。

此項目采用光儲一體化電站。

光伏發(fā)電采用多晶硅光伏組件，安裝于屋頂上，采用自發(fā)自用，余電上網(wǎng)的策略，不但可以滿足工廠日常需要，還可以反送電力至電網(wǎng)側(cè)，獲得售電收益。

儲能電站采用能量型電池組作為儲能元件，在電力處于“谷”時段蓄電，在電力處于“峰”時段放電，實現(xiàn)電力削峰填谷，調(diào)節(jié)用戶側(cè)需求響應(yīng)，這不但可以降低電網(wǎng)的峰值負(fù)荷，有利于電網(wǎng)的安全運(yùn)行，還能產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

1.1 設(shè)計依據(jù)

1.1.1 變流器部分的標(biāo)準(zhǔn)

GB/T 3859.1-1993 半導(dǎo)體變流器 基本要求的規(guī)定

GB/T 3859.2-1993 半導(dǎo)體變流器 應(yīng)用導(dǎo)則

GB/T 13422-1992 半導(dǎo)體電力變流器 電氣試驗方法

1.1.2 環(huán)境適應(yīng)性部分的標(biāo)準(zhǔn)

GB/T 2423.1-2001 電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗 第2部分：試驗方法  試驗A:低溫

GB/T 2423.2-2001 電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗 第2部分：試驗方法  試驗B:高溫

GB/T 2423.3-2006 電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗 第2部分：試驗方法 試驗Cab:恒定濕熱試驗

GB/T 2423.4-2008 電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗 第2部分：試驗方法 試驗Db交變濕熱（12h+12h循環(huán)）

1.1.3 電能質(zhì)量部分的標(biāo)準(zhǔn)

GB/T 12325-2008 電能質(zhì)量 供電電壓偏差

GB/T 12326-2008 電能質(zhì)量 電壓波動和閃變

GB/T 14549-1993 電能質(zhì)量 公用電網(wǎng)諧波

GB/T 15543-2008 電能質(zhì)量 三相電壓不平衡

GB/T 15945-2008 電能質(zhì)量 電力系統(tǒng)頻率偏差

1.1.4 電磁兼容設(shè)計部分的標(biāo)準(zhǔn)

GB/Z 17625.3-2000 電磁兼容 限值 對額定電流大于16A的設(shè)備在低壓供電系統(tǒng)中產(chǎn)生的電壓波動和閃爍的限制

GB/T 17626.2-2006 電磁兼容 試驗和測量技術(shù) 靜電放電抗擾度試驗

GB/T 17626.3-2006 電磁兼容 試驗和測量技術(shù) 射頻電磁場輻射抗擾度試驗

GB/T 17626.4-2008 電磁兼容 試驗和測量技術(shù) 電快速瞬變脈沖群抗擾度試驗

GB/T 17626.5-2008 電磁兼容 試驗和測量技術(shù) 浪涌(沖擊)抗擾度試驗

GB/T 17626.6-2008 電磁兼容 試驗和測量技術(shù) 射頻場感應(yīng)的傳導(dǎo)騷擾抗擾度

GB/T 17626.12-1998 電磁兼容  試驗和測量技術(shù)  振蕩波抗擾度試驗

GB/T 17626.11-2008 電磁兼容 試驗和測量技術(shù) 電壓暫降、短時中斷和電壓變化的抗擾度試驗

GB 17799.4-2001 電磁兼容  通用標(biāo)準(zhǔn) 工業(yè)環(huán)境中的發(fā)射標(biāo)準(zhǔn)

1.1.5 通訊部分的標(biāo)準(zhǔn)

GB/T 19582.1-2008 基于Modbus協(xié)議的工業(yè)自動化網(wǎng)絡(luò)規(guī)范 第1部分 Modbus應(yīng)用協(xié)議

DL/T 634.5101-2002 遠(yuǎn)動設(shè)備及系統(tǒng).第5-101部分：傳輸規(guī)約 基本遠(yuǎn)動任務(wù)配套標(biāo)準(zhǔn)

1.1.6 其他部分的標(biāo)準(zhǔn)

GB 4208-2008 外殼防護(hù)等級(IP代碼)

GB 5226.1-2008 機(jī)械電氣安全 機(jī)械電氣設(shè)備 第1部分：通用技術(shù)條件

GB 11032-2010 交流無間隙金屬氧化物避雷器

GB/T 2900.33-2004 電工術(shù)語 電力電子技術(shù)

NB/T 31016-2011 電池儲能功率控制系統(tǒng)技術(shù)條件

Q/XJ 20.50-2009 繼電保護(hù)和安全自動裝置通用技術(shù)要求

Q/GDW 159.1-2012 電池儲能系統(tǒng) 儲能變流器 第1部分：技術(shù)條件

2 用電情況

2.1 電價政策

2.1.1 峰谷值電價政策

新能源汽車廠區(qū)采用上海工商業(yè)兩部制峰谷電價，電價政策如下表所示：

表2-1 上海市兩部制峰谷電價表

電價說明：

① 兩部制電價非夏季：峰時段(8-11時、18-21時)，平時段(6-8時、 11-18時、21-22時)，谷時段(22時- 次日6時)；

② 兩部制電價夏季（7~9月）：峰時段(8-11時、13-15時、18-21時)，平時段(6-8時、11-13時、15-18時，21-22時)，谷時段(22時- 次日6時)；

1.1.1 光伏補(bǔ)貼政策

1.1.1.1 國家補(bǔ)貼

根據(jù)國家2017年對分布式光伏發(fā)電實行全電量補(bǔ)貼的政策，電價補(bǔ)貼標(biāo)準(zhǔn)為每千瓦時0.42元，補(bǔ)貼期限為20年，通過可再生能源發(fā)展基金予以支付，由電網(wǎng)企業(yè)轉(zhuǎn)付。

1.1.1.2 上海市補(bǔ)貼

根據(jù)上海市2017年光伏補(bǔ)貼政策，對于光伏項目，按照實際發(fā)電量對項目投資主體給予獎勵，獎勵時間為5年。單個項目年度獎勵金額不超過5000萬元。具體標(biāo)準(zhǔn)如下：

集中式光伏電站：0.3元/千瓦時；

分布式光伏電站：工、商業(yè)用戶為0.25元/千瓦時，學(xué)校用戶為0.55元/千瓦時，個人、養(yǎng)老院等享受優(yōu)惠電價用戶為0.4元/千瓦時

本項目享受補(bǔ)貼為0.25元/千瓦時。

 余電上網(wǎng)電價

根據(jù)上海市物價局滬價2016第2號文件自2016年1月1日起分布式光伏自用有余上網(wǎng)電量，其上網(wǎng)電價為0.4048每千瓦時。

 用電現(xiàn)狀

 配電室現(xiàn)狀

新能源汽車廠區(qū)配電室配置630kVA變壓器一臺。

 廠區(qū)現(xiàn)狀

廠區(qū)有鋼結(jié)構(gòu)夾芯板屋頂廠房一座，水泥屋頂辦公樓一座，總面積約為4800平方米。

1.1 用電負(fù)荷分析

據(jù)了解，新能源汽車廠區(qū)正常上班時間為上午9點鐘至下午5點鐘，年上班時間為250天，上班時間負(fù)荷大于400kVA，峰值負(fù)荷為1000kVA；下午下班以后，基本上無使用負(fù)載；由于現(xiàn)在變壓器容量為630kVA，則需要配置400kVA儲能裝置進(jìn)行容量補(bǔ)償。

儲能裝置利用晚上22點鐘至此時早上6點鐘，可利用變壓器空閑容量對儲能系統(tǒng)充電。

方案設(shè)計

儲能方案

系統(tǒng)方案設(shè)計

由2.3用電負(fù)荷分析，根據(jù)廠區(qū)用電設(shè)備同時開啟的概率，本項目配置400kW 6h儲能系統(tǒng)一套。在晚上22點鐘至次日早上6點鐘用利用變壓器空閑容量充電。

整體方案設(shè)計

儲能系統(tǒng)容量為400kW×6h，包含一套400kW儲能變流器和一套電池單元。電池單元包含電池架、電池連接、BMS等，蓄電池由4簇電池并聯(lián)而成，并聯(lián)后接入儲能變流器直流側(cè)。

儲能系統(tǒng)拓?fù)鋱D如下圖所示：

 充放電計劃

根據(jù)新能源汽車廠區(qū)的用電情況及上海市兩部制峰谷值電價政策，采用每天1充2放的策略，具體如下：

圖3-2 儲能策略曲線

儲能充放電策略說明：

1) 夜晚23時至次日5時：充電6小時；

2) 上午 5時至上午 9時：待機(jī)4小時；

3) 上午9時至中午12時：放電3小時；

4) 中午12時至下午13時：待機(jī)1小時；

5) 下午13時至下午16時：放電3小時；

6) 下午16時至晚上23時：待機(jī)7小時。

光伏發(fā)電方案

系統(tǒng)方案設(shè)計

屋頂總可鋪設(shè)光伏面積共計約4800平方米，共可鋪設(shè)400kW光伏組件，設(shè)置500kVA變壓器一臺，與并網(wǎng)柜一起組成光伏并網(wǎng)系統(tǒng)。

整體方案設(shè)計

本項目配置260Wp多晶硅光伏組件，每22塊組件串聯(lián)為一串，每12串并聯(lián)接入?yún)R流箱，共計6個匯流箱接入逆變器，經(jīng)并網(wǎng)柜、變壓器接入工廠10kV側(cè)。

光伏發(fā)電系統(tǒng)拓?fù)鋱D如下圖所示：

系統(tǒng)方案

儲能系統(tǒng)方案

1 概述

儲能系統(tǒng)包含儲能變流器和電池單元，在夜間用電低谷時將低價電能存入儲能電池，白天用電高峰時將電能送入變電站內(nèi)0.4kV母線。

根據(jù)系統(tǒng)需求并考慮到用戶用電時間，選擇儲能變流器額定功率為400kW,電池總電量為2.688MWh。

主要系統(tǒng)組成

配置1套400kW 6h儲能系統(tǒng)，主要配置如下表：

表4-1 儲能系統(tǒng)配置

儲能變流器方案

 原理構(gòu)成

本項目儲能變流器采用三電平模塊化儲能變流器產(chǎn)品，原理構(gòu)成如圖4-1所示。主要由隔離變壓器、功率模塊、監(jiān)控單元組成。通過隔離變壓器接入0.4kV交流電網(wǎng)，400kW雙向AC/DC變流器模塊直流輸出接入儲能電池組。

儲能變流器采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計，具有以下優(yōu)點：

（1）分散邏輯控制，可靠性高；

（2）便于維護(hù)和系統(tǒng)擴(kuò)容；

（3）系統(tǒng)配置靈活；

（4）體積小、質(zhì)量輕、成本低；

（5）采用三電平主電路拓?fù)?，效率高?/span>

關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)及技術(shù)指標(biāo)

表4-2 技術(shù)參數(shù)表

功能配置

儲能變流器具備如下功能：

?運(yùn)行控制功能

主要功能包括啟動/關(guān)機(jī)、三種控制方式（鎖定退出、就地、遠(yuǎn)方）、三種運(yùn)行模式（并網(wǎng)運(yùn)行、離網(wǎng)運(yùn)行）、運(yùn)行狀態(tài)切換（并網(wǎng)充放電切換）功能。

?保護(hù)功能

儲能變流器具備模塊級保護(hù)、裝置級保護(hù)、系統(tǒng)級保護(hù)等三級保護(hù)功能，實現(xiàn)方式為軟件保護(hù)、硬件保護(hù)。除交直流過壓、過流保護(hù)功能之外，還具備功率翻轉(zhuǎn)保護(hù)、三相不平衡保護(hù)、防孤島保護(hù)、相序錯誤保護(hù)、通訊故障保護(hù)等保護(hù)功能。

?通訊與界面顯示功能

儲能變流器對外需具備CAN通訊、RS485通訊、以太網(wǎng)通訊通訊接口，其中CAN接口用于接收電池管理系統(tǒng)（BMS）信息，實現(xiàn)對電池的保護(hù)性充放電；RS485用于變流器的內(nèi)部測試，以太網(wǎng)口用于儲能變流器的遠(yuǎn)程監(jiān)控。

在人機(jī)界面（監(jiān)控+觸摸屏）上，通過用戶界面顯示系統(tǒng)采集到的電壓、電流值和系統(tǒng)工作狀態(tài)。在系統(tǒng)進(jìn)行告警時，可以通過觸摸屏查看告警信息以及開關(guān)的動作情況等故障信息，通過人機(jī)界面還可以控制變流器的啟動和停止。

儲能變流器外形尺寸為1100×800×2160mm（W×D×H）。

圖4-2 儲能變流器柜外形圖

儲能電池組

 概述

儲能系統(tǒng)規(guī)格為400kW×6h，電池總?cè)萘繛?/span>2.688MWh。包含電池架、BMS系統(tǒng)等。

電池成組

本方案電池單體采用2V 1000Ah的能量型新能源電池， 336只電池串聯(lián)組成1簇電池，每簇電池組端口電壓為2×336V=672V，容量為672V×1000Ah= 672kWh；2簇電池并聯(lián)成一個電池組單元接入儲能變流器直流側(cè)，額定容量為672kWh×4=2.668MWh，滿足單套儲能電池系統(tǒng)400kW×6h的要求。

 電池架設(shè)計

電池簇安裝在電池架中。每26只電池串聯(lián)，與電池管理單元BMU共同組成一個電池組，置于一個電池架中，13個電池組串聯(lián)組成一簇電池，放置于配電室內(nèi)。

每一簇電池裝載于7個電池架中。電池架主要用于對電池的存儲和連接，保證電池安全可靠的固定在電池架上，并滿足整機(jī)串并聯(lián)及散熱等功能要求。整體具有較高的機(jī)械強(qiáng)度，便于現(xiàn)場安裝、具備完善的防觸電防護(hù)、具備完善的定位、導(dǎo)向及接口功能，滿足電池存儲要求。

4簇電池通過并聯(lián)的方式組成電池組單元，放置在配電室內(nèi)，電池陣列額定電壓672V，額定容量672kWh×4（簇）=2.668MWh。

電池管理系統(tǒng)

  概述

儲能系統(tǒng)配置一套電池管理系統(tǒng)（BMS），與儲能變流器通訊，對電池進(jìn)行保護(hù)性充放電。BMS采用三級結(jié)構(gòu)，包含電池系統(tǒng)管理單元（BAMS）、電池組管理系統(tǒng)（BCMU）、電池檢測單元（BMU）、電流傳感器、繼電器及附件等。其中BMU負(fù)責(zé)電池電壓和溫度的采集，根據(jù)均衡策略對電池組實施均衡管理；BCMU負(fù)責(zé)管理一簇電池，主要用于對儲能電池進(jìn)行實時監(jiān)控、故障診斷、SOC估算、充放電模式選擇等，并通過通信方式與上位機(jī)進(jìn)行信息交互，保障高效、可靠、安全運(yùn)行。

 BMS結(jié)構(gòu)組成

電池檢測單元（BMU）檢測26只單體電池電壓、溫度等信息，每簇電池包含有13個BMU；每簇電池由1個電池組管理系統(tǒng)（BCMU）與13個BMU通訊，對電池組進(jìn)行實時監(jiān)控；4簇電池對應(yīng)一個電池系統(tǒng)管理單元（BAMS），分別和BCMU通過RS485通訊，1個 BAMS與4個BCMU通訊，通過1路CAN與儲能變流器通信。電池管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如下：

 布置方案

儲能系統(tǒng)分為兩部分：儲能變流器和電池單元，本項目安裝在配電室內(nèi)，具體排布如下圖所示：

圖4-7 儲能系統(tǒng)布置圖

每個電池架外形尺寸為： 0.8米×0.7米×2.3米(寬×深×高)，可放置26只2V 1000AH蓄電池，每個電池架安裝完蓄電池的重量為26只×2kWh×40kg/kWh=2.08噸，電池架下每平方荷載為2.08噸÷（0.8米×0.7米）=3.714噸。本項目共計52個電池架，合計總量為108.16噸。

PCS系統(tǒng)容量為400kW，重量為0.6噸。

加上線纜等其他設(shè)備，本套系統(tǒng)總重約為120噸。

本項目共占用面積為60平方米。

光伏系統(tǒng)方案

 概述

光伏發(fā)電系統(tǒng)規(guī)格為400kW，包含光伏組件、匯流箱、逆變器、升壓變壓器等。

光伏組件

采用260Wp的多晶硅光伏組件，每22個光伏組件串聯(lián)為一串，每12串光伏組件接入?yún)R流箱，共計6個匯流箱接入逆變器，共計1584塊光伏組件。

現(xiàn)場光伏組件排布圖如下：

表4-2 光伏組件技術(shù)參數(shù)

集中式逆變器

本項目采用500kW集中式光伏逆變器，本項目采用集中式逆變器技術(shù)參數(shù)見下表：

表4-2 光伏組件技術(shù)參數(shù)

集中式逆變器具有以下特點：

?無功功率可調(diào)，功率因數(shù)范圍超前0.9至滯后0.9

?高效，快速的MPPT控制算法，MPPT追蹤效率99.9%

?純正弦波輸出，自動同步并網(wǎng)，電流諧波含量小，對電網(wǎng)無污染、無沖擊

?主動+被動的雙重檢測技術(shù)，實現(xiàn)反孤島運(yùn)行控制

?完美的保護(hù)和報警功能

?配備RS485/RS232、以太網(wǎng)通信接口，實現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集和監(jiān)視

?內(nèi)置絕緣接地檢測系統(tǒng)，可對絕緣接地狀況進(jìn)行實時監(jiān)測

?保護(hù)功能，逆變器具有輸入欠壓保護(hù)、輸入過壓保護(hù)、過電流保護(hù)、輸出短路保護(hù)、輸入反接保護(hù)、浪涌保護(hù)。

設(shè)備清單

 儲能電站設(shè)備清單

表5-1 光儲電站設(shè)備清單

光伏電站設(shè)備清單

表5-2 光儲電站設(shè)備清單

1 總結(jié)

根據(jù)國家對光伏、儲能項目的政策、上海工商業(yè)兩部制電價政策，上海新能源汽車廠區(qū)光儲一體化電站經(jīng)濟(jì)和環(huán)保效益顯著。儲能項目的建設(shè)和運(yùn)維過程中利用峰谷值電價，削峰填谷，減輕用電峰值時電網(wǎng)壓力，提高了用電效率，同時也使企業(yè)獲得經(jīng)濟(jì)效益、用電質(zhì)量的提高、增加供電可靠性；光伏發(fā)電采用自發(fā)自用，余電上網(wǎng)的策略，獲得了政府補(bǔ)貼，減少了碳排放。

在優(yōu)化資源配置的同時，本項目也符合國家大力發(fā)展光伏與儲能系統(tǒng)政策，投資方獲得投資收益，社會公眾享受無污染的清潔能源帶來的美好環(huán)境。因此，項目具有良好的社會和經(jīng)濟(jì)效益，值得投資建設(shè)。