独立光伏电站集装箱式储能系统方案设计.doc

技术方案

青海玉树无电区集装箱式储能系统

方案设计报告

江苏省江建集团有限公司

2014年9月

目 录

目 录.............................................................. 2 1 需求分析.......................................................... 3 2 集装箱方案设计.................................................... 3 2.1 集装箱基本介绍.................................................. 3 2.2 集装箱的接口特性................................................ 5 2.3 系统详细设计方案................................................ 7 2.4 集装箱温控方案................................................. 15 3 HEL-1000蓄电池介绍 ............................................... 16 3.1 电池组串内部及组间连接方案..................................... 19 3.2 系统拓扑图..................................................... 21 4 蓄电池管理系统(BMS).............................................. 21 4.1 BMS系统整体构架 ............................................... 21 4.2 BMS系统主要设备介绍 ........................................... 23 4.3 BMS系统保护方式 ............................................... 25 5 系统设备清单及报价表............................................. 26

1 需求分析

青海玉树无电区集装箱式储能方案成套设备供货范围包括铅酸蓄电池、附属设备、标准集装箱、备品备件、专用工具和安装附件等。

每个标准集装箱含HEL-1000铅酸蓄电池、电池架及附件、电池管理系统（含外电路）、电池直流汇流设备、设备间的连接电缆及电缆附件（包括铜鼻、螺栓、螺母、弹垫、平垫等）、动力及控制信号接口等。

根据标书要求，综合铅酸电池特性，对于储能系统进行如下设计： 集装箱由220-660只2V1000Ah HEL-1000电池串联而成，电压440V，电池串容量440kWh。接到一台 储能双向变流器。每个单元配置一套BMS电池管理系统,可监控每颗单体电池工作情况。集装箱中另含烟感探头、消防灭火器、加热器、摄像头、温湿度监测等设备，以保证铅酸电池安全稳定的工作环境，实现远程监控。

2 集装箱方案设计

2.1 集装箱基本介绍

根据项目要求，同时考虑电池堆的成组方式、集装箱内辅助系统的设计、安 装以及日 常巡视 和检修 等各方 面，选 用标 准集装 箱。集装箱设计静态承重30t，最大起吊承重25t。

集装箱具备良好的防腐、防火、防水、防尘（防风沙）、防震、防紫外线、防盗等功能，保证25年内不会因腐蚀、防火、防水、防尘和紫外线等因素出现故障。集装箱外壳结构、隔热保温材料、内外部装饰材料等全部使用阻燃材料；集装箱的进、出风口和设备的进风口加装可方便更换的标准通风过滤网，同时，在遭遇大风扬沙电气时可以有效阻止灰尘进入集装箱内部；防震功能必须保证运输和地震条件下集装箱及其内部设备的机械强度满足要求，不出现变形、功能异常、震动后不运行等故障；防紫外线功能必须保证集装箱内外材料的性质不会因为紫外线的照射发生劣化、不会吸收紫外线的热量等；防盗功能必须保证集装箱在室外露天条件下不会被偷盗者打开，必须保证在偷盗者试图打开集装箱时产生威胁

性报警信号，同时，通过远程通信方式向后台报警，该报警功能应可以由用户屏蔽。

集装箱屋顶的彩钢板有效厚度不低于2.0mm，外壁彩钢板的有效厚底不低于3.0mm，内壁彩钢板的有效厚底不低于0.8mm，采用上海的高品质彩钢板产品。

集装箱外皮喷涂均一颜色，色号为RAL7035；除喷涂颜色外，集装箱外皮不允许有任何文字及装饰等。

集装箱屋顶彩钢板外壁的单面镀层用料不能低于220g/m2（单面），屋顶彩钢板内壁的单面镀层用料不能低于90g/m2（单面）；墙面彩钢板外壁的单面镀层用料不能低于150g/m2（单面），墙面彩钢板内壁的单面镀层用料不能低于90g/m2（单面）。

彩钢板涂层必须使用高品质的高耐候性涂层（不允许使用纯PE涂层），其中，底漆有效厚度不小于5μm，面漆有效厚度不小于15μm，涂层有效厚度不小于20μm。彩钢板的涂层中必须加入紫外线吸收剂。

集装箱式机房采用整体框架结构，集装箱式机房的立柱和底部钢构、顶部等进行刚性连接，形成框架。框架之间采用全焊处理,焊接工艺要求如下:

1、 2、 3、 4、 5、 漆；

6、 7、 8、 9、

框架先后喷中层漆厚40um,外面漆厚40um环氧树脂，外面油漆顶部、底部和侧面对角线≤10mm，前端和后端对角线≤10mm； 底部涂上沥青漆；

产品完整平直,表面平滑（隐蔽部位除外）、无明显的划伤、色

总厚度>90u；

框架立柱厚度不低于4mm,底部加强梁厚度不低于3 mm,，顶部盖焊接牢固，无虚焊、漏焊；

所有钢构件均经过除油及喷砂去除表面油污、铁锈及氧化皮膜，所有钢构件经过喷砂后，需喷上厚15~20u锌粉防锈底漆； 组焊成集装箱后，焊道需经修补、除焊渣，再打磨并补上防锈底

板厚度不低于2 mm,；

并使表面光洁度达到STS-SA2.5标准；

差，裂痕、无非正常变形、毛刺、锈蚀，涂/镀层无起泡、龟裂和剥落。 集装箱的主要任务是将铅酸电池、通讯监控等设备有机的集成到 1 个标准的40尺集装箱单元中，该标准单元拥有自己独立的供电系统、温度控制系统、隔热

系统、阻燃系统、火灾报警系统、电气联锁系统、机械连锁系统、安全逃生系统、应急系统、 消防系统等自动控制和安全保障系统。

铅酸电池安装在电池支架上，支架采用螺栓固定的方式安装在箱底。BMS柜及空调采用落地安装。动环监控柜采用壁挂式安装，内部整合了智能控制单元。动力配电箱采用壁挂式安装方式。

集装箱内动力供电线及环境设备监控电线采用内走线的方式，表面无走线槽及走线管；蓄电池动力输出和BMS监控及接口线采用线槽式走线，方便维护。

集装箱外形图如下所示。

集装箱储能项目外型图

2.2 集装箱的接口特性

2.2.1 集装箱机械接口特性

集装箱可满足满载情况下整体起吊的要求。集装箱整体采用螺栓安装固定

方式，方便移动。螺栓固定点与整个集装箱的非功能性导电导体（集装箱金属外壳等）可靠联通，同时，以铜排的形式向用户提供 2 个符合电力标准要求的接地点。集装箱的防护等级为 IP54。

固定方式如下图所示。

2.2.2 集装箱电气接口特性

集装箱内部自身设备采用双重供电模式。一种为交流供电模式，接口为380V交流；另一种为直流独立供电模式，为集装箱环境支持设备和通讯监控设备提供可靠的电力保障。正常情况下箱体电源供应取自外部的交流电源，当外部电源供应发生故障时，自动切换至直流独立供电模式，从铅酸电池获取动力电源。

储能系统提供电压为672V（胶体铅酸蓄电池，2V 1000AH，336只串联）的正负极直流电力输入输出接口。

箱内BMS采用RS485接口或CAN接口同外部PCS进行通信，采用以太网接口或485接口同后台监控进行通信，提供蓄电池状态信息、报警信息、集装箱环境监测信息，并具备“四遥”功能。

动力及监控通信电缆的进出线方式均为下进下出。动力线及监控线分开走线

。动力线采用2根1*300mm2 的RVV22的线缆；RS485与以太网使用线缆为标准的带屏蔽层的双绞线。

2.2.3 集装箱通讯接口特性

集装箱采用统一的对外通信接口，包含 两 个 RS485（Modbus RTU） 接口和2个工业以太网接口，以及一个CAN接口。通信接口的型式、性能和技术指标如下： 1）RS485：接口采用标准 RS485 电气规范接口。规约采用 Modbus RTU 模式；物理层通讯口采用 RS485，采用屏蔽双绞线做通讯介质；通讯口链路波 特率可选用 2400、4800、9600 和 19200，缺省选用 9600；链路传输模式 为 1 主多从半双工。BMS 做主机，PCS 做从机。

2）以太网：接口采用 RJ-45 端口，10/100Base-T。通信规约文本采用标准 MODBUS TCP/IP 协议；BMS 为服务器，SCADA 监控后台为客户端，服务端 口号为 502；BMS 启动后需要在 502 建立服务侦听，监控后台根据需要BMS 建立连接或断开连接。 3）CAN：预留CAN接口，采用带屏蔽层的双绞线，可同PCS及后台监控系统通信。

2.3 系统详细设计方案

2.3.1 接地方案

集装箱提供螺栓安装固定方式。螺栓固定点可与整个集装箱的非功能性导电导体（正常情况下不带电的集装箱金属外壳等）可靠联通，同时，集装箱以铜排的形式向用户提供 2 个符合最严格电力标准要求的接地点，向用户提供的接地点必须与整个集装箱的非功能性导电导体形成可靠 的等电位连接，接地点位于集装箱的对角线位置。非功能性导电导体接地点参考如下图所示。接地系统中导体的有效截面积不小于 250mm2。接地电阻小于2Ω。

集装箱内部有接地铜排，BMS柜，动环监控柜等的地线接至内部接地铜排上，箱内接地铜排通过250mm2导线接至外部铜排上，外部铜排接至接地扁钢。

接地铜排示意图如下。

接地扁钢尺寸：40*5*3000mm。

2.3.2 防雷系统

在电源线路上安装有智能防浪涌保护模块，并带有辅助报警开关，一旦发生雷击可通过监控平台发出对外报警信号。监控系统实时监测防雷器信号，一旦发生报警，系统自动切换到相应的监控界面，同时产生报警事件及有相应的处理提示。防雷模块具备差模和共模保护能力。

通信线路防雷：BMS同后台监控设备及PCS通信线路使用专用通信线防雷器，防雷器安装在BMS柜中。

防雷系统通过接地扁钢或接地圆钢连接至集装箱给用户提供的不少于 2 个 的接地铜排上。

2.3.3 集装箱设备供电系统

集装箱供电采用动力配电箱，电源供应为外部380V交流供电，每个集装箱的用电负荷容量为20kW。正常工作时所有的供电均由外部交流电提供，当出现故障时，将自动切换到独立供电系统。动力配电箱主要为空调、排氢扇、声光报警器、插座供电，动环境监控模块，BMS提供交流电。

动力配电箱供电示意图如下图。

应急灯空调供电排氢扇供电动力配电箱动环监控模块BMS备用插座供电 动力配电箱布置图如下所示。

2.3.4 照明系统设计

照明灯使用LED防爆灯，供电电源采用直流24V，由动环监控模块供给。照明灯与门禁系统联动，当打开门时，照明灯自动亮，门关闭时，照明灯自动断灭

。此外，有独立的照明控制开关来控制灯的亮灭，管理人员可在现场用手动开关进行控制。当系统出现故障导致交流供电中断时，独立供电系统将提供电源供应使得照明灯亮起。照明系统具有防爆功能，为集装箱内部的监控提供一个良好的照明环境。

2.3.5 温湿检测系统设计

集装箱内部环境温湿度对设备正常运行有重要影响。因此在集装箱的两头位置，分别安装一个温湿度报警器，实时监测集装箱内的温度和湿度值，一旦发现温度和湿度超过设定的数值将启动空调进行温湿度的控制，当温湿度超过设定的最高报警值时，且时间超过10分钟，则启动报警器。定向后台监控传送过温及湿度过高报警信息。

集装箱默认温度一级控制数值为30摄氏度，二级报警值为45摄氏度。 集装箱默认湿度一级控制数值为80%，二级报警值为95%。

通过在集装箱重要部位安装温湿度报警器对环境温湿度实现监测，既可在温湿度报警器表面实时看到当前的温度和湿度数值，亦可通过电池管理系统将数据上传远程监控平台，进行温湿度的远程实时监测。 温湿度报警器供电由动环监控模块的输出提供。 2.3.6 报警系统设计

系统具有报警系统，可以对火灾及雷击进行报警。在集装箱的顶部两端分别安装一个声光报警灯，安装方式为螺栓固定安装。能够为外界提供比较明显的信息，从而起到预警作用。同时通过电池管理系统将数据上传远程监控平台，进行远程报警监测。

声光报警器供电由动环监控模块提供，电压为直流24V。 2.3.7 消防系统

消防系统由烟感探测器、温湿度报警器、声光报警器、手动干粉灭火器组成。该系统带有温度传感器，在温度达到报警值，或者检测到烟雾时，系统可

以实现自动声光报警，提示进行手动灭火。 2.3.8 隔热阻燃系统

本集装箱设计采用高品质隔热阻燃系统，全天候应对使用现场的各种情况。 隔热阻燃材料采用岩棉，既能够保持集装箱的温度，又具有优良的阻燃性能。

2.3.9 电气连锁系统

集装箱内配置烟雾传感器、温湿度报警器等安全设备，烟雾传感器和温

湿度报警器和系统的控制开关形成电气连锁，一旦检测到故障，集装箱通过声光报警和远程通信的方式通知用户，同时，切掉正在运行的电池成套设备。防止电气事故的发生。 2.3.10 机械连锁系统

集装箱在室外露天条件下不会被偷盗者打开，可保证在偷盗者试图打开集装箱时产生威胁性报警信号，同时，通过远程通信方式向后台报警，该报警功能也 可由用户手动屏蔽。 2.3.11 安全逃生

集装箱内有明确的安全逃生通道标示。一旦发生危险，人员可以根据安全标示迅速逃离现场，并且可手动控制报警系统通知用户和手动切掉正在运行的成套 电池设备。

逃生通道标志使用圆形夜光方向牌贴于地上。 逃生通道标志如下图所示。

逃生示意图如下图所示。

2.3.12 应急系统

当蓄电池完全失去电力情况下并且门打开的情况下，应急灯将亮起。应急灯由动环监控模块控制，当动环监控模块完全失去电力时，应急灯亮起。 2.3.13 独立供电系统

动力配电箱使用1路单独的直流供电电源向动环监控设备、BMS和照明灯独立供电。此系统可以保证当外部供电故障时，保证动环监控模块和BMS继续工作，向集中监控系统上传信息；同时照明灯正常工作，保证箱内照明需求。 2.3.14 湿度控制系统

集装箱为一个封闭的空间，如果内外温差较大，会在集装箱内部产生凝露，影响电气的安全性，温湿度传感器监控箱内湿度，当湿度超过80%，空调将启动除湿功能，使箱内湿度降至40%的安全范围内。 2.3.15 排氢系统

集装箱内铅酸电池会泄露少量的氢气，因此需要及时排出氢气。排氢扇、氢气传感器和动环监控模块共同组成了排氢系统。氢气传感器动态检测氢气浓度，把氢气浓度信号传输给动环监控模块，如果氢气浓度超标，动环监控模块发送控制信号，启动排氢扇，进行排氢。排氢门窗自动控制，排氢路线如下图绿色线所示。

2.3.16 动环监控系统设计

总体方案

集装箱监控系统采用一体化监控模块监控环境因素与安全状况，包括温度、 湿度、消防、防盗等。当检测到该状态量超过设定的安全阈值，系统将通过 RS485 方式上报给 BMS，然后 BMS 在上报给 SCADA。

监控系统总体方案框图如下。

动动动动动动动动动动动动动动动动动动动动动动动485+BMS动动动 485-动动动动动动动动动动动动

功能描述

1) 一体化监控模块实时采集温度、湿度、烟感传感器，达到预定阈值将同 时产生声光告警，启动集装箱警报系统，同时把告警状态上报给 BMS；

2) 一体化监控模块实时监测内部电源 220V 状态，一旦 220V 掉电，将自动开启应急电源系统；

3) 一体化监控模块可根据门禁控制机柜照明灯，任何一个门打开，照明灯亮，所有门关闭，照明灯灭。

4) 一体监控模块实时监控空调状态，可以远程监控空调的加热和制冷状态。

5) 一体监控模块可以实时控制排风扇进行集装箱换气。

动环监控模块

动环监控模块安装在动环监控箱内，主要完成监控信号采集输入和设备控制信号输出功能。动环监控箱内部供电如下图所示。

动环监控箱

控制模块供电（交流AC220V输入）控制模块供电（直流DC24V输入）一路DC24V1A(输出)预留一路AC220V(或DC220V)（输出） 采集的信号为：箱内数字温湿度传感器信号，烟雾传感器信号，门禁信号，氢气传感器信号，箱外温度信号，雷击报警信号。输出控制信号分别为：声光报警器信号，空调控制信号，排氢风机控制信号，加热设备控制信号（预留）。模块功能框图如下所示。另外，预留3路模拟信号输入接口，预留3路开关量输入输出。预留1路485通信端口。

箱内温湿度传感器烟雾传感器门禁信号氢气传感器箱外温度传感器雷击报警信号电源状态信号空调状态信号485动环监控模块声光报警器空调I/OMCUI/O排氢风机加热设备BMS

2.4 集装箱温控方案

集装箱使用保温材料进行密封，同空调设备制冷设备和动环监控模块共同组成了完善的温控系统。当集装箱内部空气温度超过第一级设定值时（出厂默认设置35℃），将进行温度过高预警，预警信号通过声光报警和远程报警的形式传送；当集装箱内部空气温度超过第二级设定值时（出厂默认设置45℃），将从电气上切除整个集装箱并进行声光报警和远程报警；温度报警和保护阈值可由用户设置，出厂时，所有设备的初始设置值完全相同。

集装箱内布置336只电池温度传感器，2只集装箱内温度传感器，1只外部温度传感器，15kw空调主机（采用半导体制冷元件，陶瓷制热元件，总制热功率15kw，制冷5kw）。通过综合内外温度传感器采集到的温度，进行智能判断，提供最佳的节能方案。

本集装箱有 339个温度采样点；温度调控设备，执行温度调节控制。本温控方案温度调控设备采用 1 台空调制冷和加热膜进行升温。具体温度控制策略如下：

1. 由待机状态起机模式：当集装箱内温度低于 0℃时，空调启动加热, 持续加热到 10℃，然后允许电池进入正常的工作状态，即充放电状态。

2. 正常运行状态模式：当集装箱内温度低于 5℃时，启动加热；当集装箱 内温度高于 30℃时，启动制冷。温控系统保持集装箱内温度维持在 5~30℃。

本系统选用的SC系列空调一体机是一款节能型空调，除了具备机房专用空调的高能效比、高显热比的节能效果外，还把自然冷源制冷（热管系统）集成机械制冷（压缩机系统）于一体，实现双循环制冷模式，根据基站内部的热负荷以及外界环境温度智能地选择工作模式，实现最优的节能效果，可确保40英尺标准集装箱空间在11.5分钟内从零下30度上升到0度以上。在空调机组的冷凝器进、出风口四周贴15mm厚保温棉，保温棉应粘贴平整、牢固，粘贴完毕后在保温棉与机组接缝的内框、保温棉贴墙面及四边接口处打胶密封。用户可根据现场情况选择安装配件，配件包括室外进出风口遮雨罩（选配件）。防护网安装在遮雨罩入口处，可以防止可能的大型异物进入空调机组。

在出入风口处可以检测灰尘度，通过灰尘的多少，决定是否清洗防尘沙网。

过滤网属于日常维护易损部件，其更换周期与机房密封状况以及清洁状况有直接的关系。通常情况下，为保证空调机的正常有效运行，过滤网每月检查一次，并在清洁状况较差时清洗。

型号为SC07-H1 具体配置如下 型号 电压（V） 机械制冷模式制冷量（kW） 热管冷却模式显热制冷量 机械制冷模式输入功率（kW） 热管冷却模式输入功率（kW） 机组最大功率（kW） 最大电流FLA（A） 加热量(kW) 加热电流(A) 内循环风量(CMH) 高*宽*深（mm） 重量（kg）

SC07-H1 3~380V/50Hz 7.5 425W/K 2.8 0.8 5.5 15.7 9 13.6 4000 2000*900*700 220 3 HEL-1000蓄电池介绍

3.1产品简介

HEL系列深循环用阀控密封铅酸蓄电池，HEL系列电池的研发是在充分吸收先进铅酸电池生产技术的基础上，对电池的板栅、活性物质、壳体、电解液设计进行优化。产品符合国家信息产业部YD/T799-2010标准、日本JISC8704-2：1999标准、GB/T22473-2008标准、IEC61427：2005标准及IEC60896-2，2004标准。本次方案选用HEL-1000蓄电池，如图所示：

3.2优势应用场景

储能场合的循环使用，长寿命的浮充备用，油电混合的深循环场景，高功率UPS。

3.3性能特点

优异的充电接受能力：100%深度放电后，以2.35V/单体恒压限流0.15C10充电10h，充电量在放出电量的98%以上。

更宽的温度适应性：+60度，2.27V/单体充电720h，C10容量大于98% C10； -40度，0.1 C10放电至终压1.80V/单体大于40% C10 耐短路恢复能优异：8次短接，容量大于初始容量的98% 极低的自放电：静置90天后剩余容量大于90%

更平稳的放电电压：80%放电深度电压压降小于0.12V/单体

长的循环寿命：60%DOD深度循环寿命2400次，80% DOD深度循环寿命800次,100% DOD深度循环寿命450次。

3.4技术创新点

板栅合金采用超高锡钙比；增强腐蚀及充电接受能力；优化板栅设计，双黄金分割的尺寸比例，提高利用率；高宽比减少20%，新结构板栅B1/B约为0.62，利用率提高15%，减少充电电流密度，提高充电接受能力，减少板栅耐腐蚀速率；采用专用活化剂，提高活性物质的强度；正极铅膏中加入专用活化剂，电池化成后二氧化铅含量大于80%；提高活性物质，及正极活性物质占比；循环寿命随占正负极与活性物质与硫酸占比增加而增加；采用耐高温的壳体材料，增加壳体厚度；一体化端子结构，延缓蓄电池寿命；低密度电液，电液中加入硫酸盐；电液中加入适量的硫酸盐；防止电池后期硫酸盐化及枝筋短路；降低电液密度，提高化成充电效果，保持电池化成后电液密度低，提高充电接受能力，延长寿命；改进安全阀胶冒结构，提高电池寿命；改进胶冒边沿结构，开阀压力精度从原来的正负3kpa，提高到正负1kpa，提高开阀压力保证蓄电池的高温使用。

3.5规格型号 型额额定容量（Ah） 外形尺寸（mm） 重量

号 定电压（V） C10 C3 C1 Vt=1.80V/单体 550 C0.5 Vt=1.80V/单体 500 Vt=1.80Vt=1.V/单体 80V/单体 1000 750 （Kg） 长L 宽W 高H 总高 HEL-1000

2 357 211 357 372 71 2.6特性曲线

放电特性曲线（20℃）

HEL电池放电深度与循环寿命关系

容量与温度关系曲线

3.1 电池组串内部及组间连接方案

连接件名称 图片 材质

电池间连接 铜排外包绝缘护套 电池簇间相连 铜排外包绝缘护套 层间联结 铜排外包绝缘护套，通过绝缘端子固定于支架侧边 电池组出线 固定于电池架侧方的接线端子，外加绝缘护套。 BMS系统电压测试与均流线连结方案 采用专用卡件与套于蓄电池端子，在电池组件连接时与铜排一同固定。 BMU单元固定 采用镙丝直接固定于电池簇支架一侧

具有高性能、高可靠性、实时性的通讯能力，具有多种错误检测方式，保证庞大数据量上传及指令下发的准确性和及时性。

3、BMS通过以太网（RS485）和两路硬接点两种方式与PCS进行联系，保证在电池组出现严重故障时及时停运。

5 系统设备清单及报价表

编号 设备 1 2 3 4 5 蓄电池 电池支架 控制器 逆变器 集装箱 规格型号 HEL-1000 2V1000Ah Q235 220V 150A 双登集团 山东博奥斯 套 19 台 2 DC220/AC380V,20KW 山东博奥斯 台 2 个 1 厂家 双登集团 单数位 量 只 220 单价 总价

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