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2MW集装箱式储能升压变一体机系统的设计

概要：２ＭＷ集装箱式储能升压变一体机系统包括能量转换系统和升压变系统，作用是在储能电池和电网之间提供能量转换。介绍了这一系统的总体方案、主回路和通信，分析了这一系统的结构和防腐设计，论述了高压系统、就地监测系统、储能双向变流器、散热系统、消防系统、照明系统、门禁系统等子系统，同时给出了这一系统的技术优势。

１、设计背景

随着风力发电、光伏发电等新能源发电容量的逐渐增大且不断并网，并网所引起的波动性、随机性使电网的稳定性变弱，不能满足国家电网稳定可靠运行的要求。为了使输出功率平滑稳定，同时减小弃风、弃光对企业经济效益带来的影响，在新能源市场急需一种新技术，集装箱式储能系统应运而生。集装箱式储能系统可以有效解决风光等新能源发电的波动性、随机性，改善电网的电能质量，提高可再生能源的利用率，助力实现碳达峰、碳中和。集装箱式储能系统具有容量大、灵活性强、可靠性强、可扩展性强、安装吊卸方便、适应环境能力强等优点。相对于传统储能电站，集装箱式储能系统还具有外形美观、调试简单、成本低等特点，特别适用于海拔高、严寒、海边、沙漠等复杂恶劣环境中的并离网储能需求。

上海电气风电集团基于市场需求，大胆尝试，在广东汕头推出“能源互联网＋”示范项目。这一项目集风力发电、光伏发电、储能于一体，探索在高比例可再生能源渗透条件下，通过网－源－荷－储动态控制管理技术，保证供电的高可靠性和高电能质量，实现能源的自组织、自平衡、自优化。

“能源互联网＋”项目还设计了并离网无缝切换功能，利用储能作为电池组的支撑，可以黑启动进入孤岛模式，为园区内部的重要负荷供电。

基于集装箱式储能系统的各种优点，“能源互联网＋”项目采用集装箱式储能，不同的系统布置在不同的集装箱内，整个系统设置在园区内。

上海电气输配电集团技术中心为“能源互联网＋”项目设计了２ＭＷ集装箱式储能升压变一体机系统。笔者以“能源互联网＋”项目为例，对２ＭＷ集装箱式储能升压变一体机系统进行介绍。

２、“能源互联网＋”项目系统

“能源互联网＋”项目选址在广东省汕头市濠江区上海电气海上风电产业园区内的上海电气汕头智慧能源基地。

“能源互联网＋”项目系统包括一台８ＭＷ海上风力发电机、一台４ＭＷ海上风力发电机、２．４２ＭＷ屋顶集中式光伏、２ＭＷ／２ＭＷｈ储能、汽车充电桩、智能楼宇监控设备、５Ｇ工厂物联网系统、微网控制系统、能量调度管理平台等，可以实现并离网状态下的持续性供电。“能源互联网＋”项目系统拓扑如图１所示。

图１“能源互联网＋”项目系统拓扑

３、主回路

２ＭＷ集装箱式储能升压变一体机系统主要由集装箱箱体、四台５００ｋＷ储能双向变流器，一台１２５０ｋＶＡ、１０ｋＶ／０．３８ｋＶ变压器，一台１２５０ｋＶＡ、１０ｋＶ／０．３１ｋＶ变压器，一台２５０ｋＶＡ、１０ｋＶ／０．３８ｋＶ隔离变压器，以及配套高压开关柜、低压配电柜、就地监控系统柜组成，主要用于风力发电和光伏发电的新能源平滑出力。

两台储能双向变流器作为一组，这一组储能双向变流器的直流侧接入６８０～９０７Ｖ、５００ｋＷｈ磷酸铁锂电池组，交流侧接入１２５０ｋＶＡ、１０ｋＶ／０．３８ｋＶ变压器的二次侧。另外两台储能双向变流器的直流侧分别接入５５０～９００Ｖ、５００ｋＷｈ液流电池组，交流侧分别接入１２５０ｋＶＡ、１０ｋＶ／０．３１ｋＶ变压器的二次侧。两台１２５０ｋＶＡ变压器的高压侧并联接入１０ｋＶ高压开关柜。系统的总输出为２ＭＷ、１０ｋＶ三相交流电，能量可以在直流侧和交流侧双向流动。由于液流电池组和磷酸铁锂电池组的放电特性不同，因此对两个电池组的充放电进行独立控制管理。系统主回路如图２所示。

图２２ＭＷ集装箱式储能升压变一体机系统主回路

４、通信

就地监测系统通过通用面向对象变电站事件（ＧＯＯＳＥ）光纤接口，接收园区继保和微网控制器指令。内置规约转换器，将通用面向对象变电站事件通信指令转换为ＲＳ４８５通信指令，向四台储能双向变流器发送开关机、工作模式、有功无功指令。通过两路ＭｏｄＢｕｓ－ＴＣＰ与锂电池组和液流电池组的电池控制单元通信，在上报状态和故障同时接收电池控制单元对储能双向变流器的停机指令。

本地监控装置通过ＲＳ４８５通信协议和开关量输入接口、模拟量输入接口采集集装箱箱体动力环境监控信息，以及储能双向变流器、变压器、高压开关柜、低压配电柜的状态。当温度、电流等出现异常，或变压器、储能双向变流器发生其它形式故障时，对系统进行停机保护，并将故障信息上传记录。

储能双向变流器和电池组之间通过控制器局域网络通信和输入输出信号传送状态信息监控系统通信架构如图３所示。

图３监控系统通信架构

５结构设计

２ＭＷ集装箱式储能升压变一体机系统根据功能分为电气室和变压器室。集装箱布局如图４所示。

图４集装箱布局

图４中，左半部分为电气室，内部