电池储能系统的结构

在讨论电池储能系统（BESS）体系结构和电池类型之前，我们必须首先关注该领域使用的常见术语。几个重要参数描述了电池储能系统的行为。

容量[ah]：系统可以在保持可接受的电压的同时输送到连接的负载。该参数受电池技术的强烈影响，其值定义为特定温度和排放电流。

标称能量[WH]：这是从充分状态产生的能量到完全放电。它等于电池电压乘以的容量。由于它取决于容量，因此它也受温度和电流的影响。

功率[W]：定义BES的输出功率并不容易，因为它取决于连接的负载。但是，名义功率表示在代表性的排放情况下的权力。

特定的能量[WH/kg]：这指定了电池相对于质量的能量量。

C率：  电荷和放电时间缩放的单位。在1C时，排放电流将在一小时内放电整个电池。

周期： 充电/排放/充电。对于什么构成周期，没有标准。

循环寿命：电池可以输送的周期数。

国防部：  排出深度。 100％是完全排放的；

充电（SOC，％）：表示电池的充电水平。

库仑效率：这描述了电池中电子传输的充电效率。这是放电期间释放的充电数量（AH）与重置初始充电状态所需的充电量之间的比率。对于常见的电池，这种效率接近一个效率，除了铅酸技术。

电化学能源存储系统的主要类型

基于不同的化学元素和反应，有许多不同类型的电池技术。如今，常见的是铅酸和锂离子，但基于镍，基于硫的，基于硫和流动电池在这个行业中起着相关作用。我们将简要介绍常见的电池技术的主要优势。

铅酸电池

这些电池在我们的日常生活中非常普遍。该电池的基电池由负铅电极和由双氧化物或铅制成的正电极制成，而电解质是硫酸的水溶液。

这些电池的主要优势是低成本和技术成熟度。

表1。铅酸电池的利弊。来源电池大学

镍– cadmium（NI – CD）电池

在部署锂电池技术之前，这种电池是便携式系统的主要解决方案。 

这些电池具有强大的功率性能，几乎不需要时间才能充电。  

 表2。镍瓦电池的Pro和缺点。来源电池大学

这些电池的改进是由镍金属水合（NIMH）技术代表的，该技术可提供比标准NICD高约40％的特定能量。

锂离子（锂离子）电池

锂是所有金属中轻的，并且提供了的特异性能量。阳极上使用锂金属的可充电电池可提供极高的能量密度。 

也存在局限性，例如，一个相关的限制是循环过程中阳极上树突的产生。它可以造成电力短缺，导致电池温度和损坏的升高。

表3。锂电池的利弊。来源电池大学。

贝斯的组成

BES由逻辑和物理的不同“级别”组成。每个特定的物理组件都需要专用的控制系统。 

以下是这些主要级别的摘要：

• 电池系统由几个电池组和多个电池组成，以达到电流和电压的目标值

• 电池管理系统可以控制每个单元的正确操作，以便使该系统在电压，电流和温度中工作，这对系统本身并不危险，而是电池的良好操作。这也可以校准和均衡细胞之间的电荷状态。

• 电池系统连接到逆变器，以转换AC中的功率。在每个BES中，都有一个特定的电源电子级别，称为PC（电源转换系统）通常将其分组为转换单元，包括适当监控所需的所有辅助服务。

• 下一个级别是监视和控制系统和能量流（能源管理系统）。一般监控和控制通常包含在SCADA系统（监督控制和数据采集系统）中，而能量管理系统的特定目的是根据特定应用程序监视功率流。

• ，与中型电压/低压变压器有联系，并且根据系统的尺寸，在专用变电站中的高压/中电压变压器。

图2。贝丝体系结构的一个例子。电池储能系统的资源手册

图3。贝斯组件的一个示例 - 储能系统源手册

PV模块和BESS集成

如本系列的篇文章所述，已经建立了可再生能源在电气系统的未来中发挥重要作用。将BES与可再生能源的整合对电气系统和可再生电厂都有益。 

以下是贝丝如何通过多种方式支持发电厂的解释：

• 当云发生或突然增加功率峰时，这将弥补发电概况的“波动”，以获得更可预测和稳定的生成曲线。图4显示了在云日与晴天日，PV植物的发电曲线的差异。 BES的整合将减少一代的“闪烁”，从而导致更常规的曲线。

图4。云日和晴天的光伏生成轮廓。图像由Enel Green Power提供。 

• 峰值剃须将“平滑”生成曲线（有关峰值剃须的更多信息，请参见上一篇文章）。

• 对于辅助服务的电网支撑，BES可以以相关的方式贡献发电厂到电网中的相关方式，从而提供电压控制（具有反应性电源补偿），频率调节，并且对电气系统的影响较小。

除上述服务外，从连接点（POC）的共享开始，电池储能系统和PV模块之间还有更多可能的合作伙伴关系。 BES的存在在POC上不需要额外的功率，因为它通常安装以“补充” PV模块。

其他可能的合作伙伴关系来自于设计选择，关于光伏模块和贝斯之间的耦合。至少有三种主要可能性：

• DC耦合：通过这种选择，通过特定的DC/DC转换器将BES和PV互连在电池和PV模块的DC侧互连以稳定电压。该解决方案允许在PV模块和BES之间共享逆变器（在这种情况下，逆变器应能够在PQ图的所有4个象限中运行），并且工厂的所有交流侧都将在共享中。对于住宅应用或小工厂（KW），此选择非常普遍。如果是大型工厂，则贝斯将沿田野分布。但是，它将需要特定且昂贵的逻辑来控制每个电池组的直流电压和电荷。

• 逆变器之后的交流耦合：该溶液与前一个溶液相似，但是在逆变器之后，bess和PV模块之间的耦合点。在这种情况下，将有一个专用的逆变器和PV模块的专用逆变器。该解决方案对于住宅应用也很常见，它将适用于大型植物，从而导致分布式BES，因为不需要DC耦合的额外控制逻辑引起的限制。