储能系统结构及原理

电化学储能系统以电化学电池为储能载体，通过储能变流器进行可循环电能存储、释放的系统。储能系统由电池、电器元件、机械支撑、配套辅助系统、双向储能变流器（PCS）、能源管理系统（EMS）以及电池管理系统（BMS）共同组成。对于接入10kV及以上电压等级的系统，通常还包括汇集线路、升压变压器等。

一、储能系统连接方式

1、组串升压式

组串升压式系统由电池组与PCS模块以及升压变压器构成的储能单元组成，储能电芯利用电压叠加原理实现高压直流输出。电池组直流电经PCS转换成几百伏的交流电；几个PCS模块通过并联至升压变压器，经升压后直接并入电网或新能源变电系统内。

2、高压直挂式

高压直挂储能技术是指储能变流器（PCS）不经变压器，直接接入3kV及以上电压等级电网的新型兆瓦级电池储能技术。

高压直挂储能系统由电池组与单相PCS模块构成的储能单元组成，利用电压叠加原理实现高压直接输出。电池组直流电经单相PCS转换成几百伏的交流电；多个硬件结构完全一致的单相PCS交流侧串联构成单相高压储能装置，产生与电网电压匹配的单相高压交流电；三组硬件结构完全一致的单相高压储能装置Y接构成三相高压储能装置，即直接输出与电网电压匹配的三相对称高压交流电。

二、储能电池组系统

电化学储能系统中的锂电池系列具有更高的能量、更长的循环寿命、更大的充放电倍率和安全无污染等特点，已广泛应用于电动汽车、削峰填谷、调频、调峰、应急备用电源等储能领域。

储能电池一般采用模块化的组成方式，由电芯组成模组，模组放于电箱内，电箱组成电池柜，成为一个储能单元。

储能变流器（PCS）

电池储能系统的一个重要组成部分就是基于PWM技术的电压源型逆变器——能量转换系统（power conversion system，PCS）。通过PCS可以实现电池储能系统直流电池与交流电网之间的双向能量传递，通过控制策略实现对电池系统的充放电管理、对网侧负荷功率的跟踪、对电池储能系统充放电功率的控制、对正常及孤岛运行方式下网侧电压的控制等。

能量管理系统（EMS）

能量管理系统的主要功能是采集储能电站信息和接收电网调度指令，通过相应的控制策略使储能站工作在调峰、调频、调压、平抑波动、跟踪计划出力等模式。详细功能描述如下：对电池和PCS的电压、电流等遥测量和工作状态、报警信息等信号量进行采集分析，并根据调度命令或预设命令自动调节。

电池管理系统（BMS）

 

 

电池管理系统功能

电池管理系统（BMS）是采用一定的电路和程序，实现对电池的运行状态的监测，进而实现对电池状态的计算，在此基础上对电池实现均衡管理、热管理、故障报警、控制、保护及通讯管理的一个系统装置，其主要功能如下：实时监测电池单体电压、总电压、电池簇电流、电池及模组电流等；电池系统的故障诊断、告警、故障保护及记录功能；具有防止电池过充电、过放电、过流、短路、过温等保护功能；具有SOC/SOH估算功能和电池均衡管理功能。

电池管理系统BMS系统构架

电池管理系统（BMS）主要是针对电池本体进行管理控制的系统，通常采取分3层管理的模式。底层由多个电池管理单元（BMU）组成，主要完成串联电池模块电压采集、多点的温度测量、电压均衡控制等功能；中间层为电池管理主控器（BCU），负责管理底层所有的BMU，同时负责采集系统总电压、总电流，估算电池荷电状态，实现高压管理，绝缘监测，同时还对电流充放电进行保护，判断系统故障状态，实时上报给电池管理总控器；顶层为电池管理总控器（BAU），负责显示电池充放电状态、系统总电压电流、单体电池最高最低电压、温度最低最高模块、故障、系统接触器状态等，同时面向PCS和EMS进行通信、管理和控制。

电池均衡管理功能

均衡管理功能是为了消除在电池使用过程中产生的电池单体不一致性，根据木桶短板效应，充电和放电时都是性能最差的单体先达到截止条件，其他的单体还有一部分能力并未释放出来。长期以往，不仅会造成电池浪费，而且容量最小的电池易受损，导致系统容量变小，然后进入恶性循环，影响电池寿命。

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