1 储能系统的分类及应用场景

储能是指将电能等形式的能量，通过不同的媒介以一定的形式进行存储，并在需求时将其释放做功（发电等）的技术 ^[1] 。储能技术分为三类：物理储能、电化学储能和化学储能（如氢、碳氢、碳氢氧储能）。物理储能主要包括抽水蓄能、压缩空气储能、飞轮储能和储热等。目前发展势头良好的电池储能属于电化学储能。

电化学储能具有能量密度高、响应时间快、维护成本低、灵活方便等优点，成为目前大规模储能技术的发展方向。电化学储能即通过电化学反应完成电能和化学能之间的相互转换，从而实现电能的存储和释放。目前铅酸电池和锂离子电池等多类电池已实现了大规模产业化，特别是高比能锂离子电池在电动汽车领域被认为具有较好的发展前景。目前，电化学储能本体技术是储能行业中一大热点，其种类较多，且各有其特点 ^[2]。

2 电化学储能电站设计应用关键问题分析

2.1 电化学储能电站分类

电化学储能电站指采用电化学电池作为储能元件，可进行电能存储、转换及释放的电站。根据电站的容量规模，可按下表标准划分：

2.2 储能系统的组成

电池储能电站是以电池为能量载体，通过功率变换系统进行充放电，可与电网实现有功和无功能量交换的电站，主要包含电池、功率变换系统、电池管理系统、变压器、开关、保护控制、监控设备和建构筑物等。

单体电池是构成储能电池的最小单元，也称为电芯。目前应用最多的是锂离子电池，均采用模块化设计，额定电压有12V、24V、36V、48V和72V系列。功率变换系统（PCS）与储能电池组配套，连接于电池组与电网之间，把电网电能存入电池组或将电池组能量回馈到电网的系统，主要由变流器及其控制系统构成。

储能系统典型结构图

2.3 储能站并网电压

储能电站接入电网的电压等级应根据电站容量及电网的具体情况确定。大、中型电化学储能电站宜采用10kV或更高电压等级，不同额定功率的电化学储能电站接入电网的电压等级可按下表确定 ^[3]。

2.4 储能电站电气主接线

（1）电气主接线应根据储能电站的电压等级、规划容量、线路和变压器连接元件总数、储能单元设备特点等条件确定，并应满足供电可靠、运行灵活、操作检修方便、投资节约和便于过渡或扩建等要求。

（2）电池储能电站高压侧可采用单母线、单母线分段、线路变压器组、桥型等简单接线形式。当电池储能电站经双回路接入系统时，宜采用单母线分段接线 ^[4]。

2.5 电气一次设备选择及布置

除储能系统外，其它电气设备同变电站设计，遵照变电站设计规范及配电装置设计规范，如GB 50060《3~110kV高压配电装置设计规范》、GB 50053《20kV及以下变电站设计规范》、DL/T 5222《导体和电器选择设计技术规定》等 ^[5]。

2.6 站用电及照明

站用电源配置应根据电站的定位、重要性、可靠性要求等条件确定。大型电化学储能站，宜采用双回路供电；中、小型电化学储能电站可采用单回路供电。采用双回路供电时，宜互为备用。

2.7 过电压保护、绝缘配合及防雷接地

储能电站要求基本与常规变电站一致，过电压保护和绝缘配合设计，应满足GB/T 16395.1《低压系统内设备的绝缘配合 第1部分：原理、要求和试验》、GB/T 21697《低压电力线路和电子设备系统的雷电过电压绝缘配合》、GB/T 50064《交流电气装置的过电压和绝缘配合设计规范》。建筑物防雷设计应符合GB 50067《建筑物防雷设计规范》。接地设计应符合GB/T 50065《交流电气装置的接地设计规范》。

2.8 继电保护及安全自动装置

继电保护及安全自动装置设计应满足电力网络结构、电站电气主接线的要求，并应满足电力系统和电站的各种运行方式要求。

储能电站与电力系统连接的联络线宜根据建设规模、接入系统情况及运行要求配置保护，宜采用光纤差动保护。

储能电站直流侧可不配置单独的保护装置，直流侧的保护可由功率变换系统（PCS）及电池管理系统（BMS）完成。

2.9 调度自动化

储能电站可配置电能质量监测装置，监测点宜选择在电化学储能电站接入电力系统的并网点。

储能电站的关口计量点应设置与两个供电设施产权分界点或合同协议规定的贸易结算点。电能量计量系统的设计，应符合DL/T《电能量计量系统设计技术规程》。电能计算装置宜具备电能计量信息远传功能。

2.10 通信

储能电站应根据地区电力通信网现状，结合地区电力系统通信规划确定系统通信方式，优先采用光纤通信。

储能电站通信设计应符合DL/T《电力通信运行管理规程》，中、小型电化学储能电站设备配置可根据当地电网的实际情况进行简化。储能电站通信宜采用网络方式。

2.11 计算机监控系统

储能电站应配置计算机监控系统，监控系统应能实现对电站监视、测量、控制，宜具备遥测、遥信、遥调、遥控等远动功能。监控系统宜能够实现多个储能单元的协调控制并根据其功能定位实现削峰填谷、系统调频、无功支撑、电能质量治理、新能源功率平滑输出等控制策略。监控系统可由站控层、间隔层和网络设备等构成，并应采用分层、分布、开放式网络系统实现连接。

大、中型电化学储能电站宜采用双机双网冗余配置；小型电化学储能电站监控系统宜采用单机单网配置。

3 结语

电化学储能电站是我们新能源发展建设的重要一环，本文分析了储能系统的分类及应用场景，并从设计角度，重点介绍了在实际工程中，电化学储能电站在系统组成、并网、电气主接线、设备选择、站用电、继电保护、调度自动化等方案的应用关键问题。

参考文献：

[1] 缪平,姚祯,LEMMON John,等. 储能技术发展现状研究[J]. 储能科学与技术,2020,9(3):670-678.

[2] 蒋凯,李浩秒,李威,程时杰.几类面向电网的储能电池介绍[J].电力系统自动化,2013,37(1):47-53.

[3] DL/T 5810-2020《电化学储能电站接入电网设计规范》[S]．

[4] Q/GDW 11265—2014《电池储能电站设计技术规程》[S]．

[5] 李建林,武亦文,王楠,等. 吉瓦级电化学储能电站研究综述及展望[J].电力系统自动化,2021,45(19):2-13.