檢視磷酸铁锂储能系统应急电源技术应用案例的原始碼

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<small>[https://www.sohu.com/a/506095620_121124377 来自 搜狐网 的图片]</small>
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'''磷酸铁锂储能系统应急电源技术应用案例'''《中华人民共和国煤炭法》、《中华人民共和国安全生产法》及《矿山事故灾难应急预案》(2006)中强调：煤矿企业必须坚持安全第一、预防为主的[[安全]]生产方针。即要以人为本，安全第一，要始终把保障人民群众的[[生命]]安全放在首位，最大限度地减少矿山事故灾难造成的人员伤亡和危害。

==一、背景==

===1.技术应用所属行业特点、机遇与挑战；===

矿井人员提升[[设备]]、井下风机控制系统及气体监测系统是确保煤矿安全生产的关键部分，在应急状况下，必须要保证矿机提升的正常工作，保证风机可靠工作来稀释井下瓦斯等，特别是在市电突然中断的情况下保证上述[[设备]]能够可靠及时的切换到备用电源供电，短时间内让矿井作业人员撤出，并防止因风机停风瓦斯聚集导致瓦斯浓度超限而发生瓦斯爆炸事故。

直流调速提升机系统是煤矿的重要保安负荷之一，其运行过程中存在波形畸变大、[[功率]]因数低、谐波干扰大，功率突变大等特点。

传统作为应急电源的柴油发电系统，存在应对冲击负荷、波形畸变能力差及日常维护费用高，启动不可靠等问题，难以应对诸如直流调速系统等负荷。而基于先进控制技术的电力电子变流器PCS，可完美解决柴油发电机所难以应对的难点问题，配以安全可靠、充放电[[寿命]]长的磷酸铁锂电池系统，实现日常几乎零维护，且可以依照地方的电价政策参与峰谷套利及调峰等辅助服务，即解决[[客户]]的刚需，还可以给客户带来额外的收益，因而更适合用作应急电源系统。

===2.技术应用所解决的行业难点、热点问题，必要性及重要意义===

煤矿作为工业类的重点电力用户，其最小保安负荷主要包括绞车提升[[系统]]、水泵、风机<ref>[https://www.sohu.com/a/167439333_752780 带你了解风机叶片的前世今生] ，搜狐，2017-08-26</ref>、瓦斯抽采泵等，属于感性冲击型负荷，存在较大的启动冲击电流，在配备交流或者直流调速系统时，也会产生较大的谐波污染，波形畸变大。

其工作特性分为短时断续工作如副井提人、长时间工作如应急通风排水等，磷酸铁锂储能应急电源的系统[[设计]]，必须满足此类负载电气特性及工作特性要求。

本应用案例采用按照足够容量的磷酸铁锂蓄电池组，通过充放电管理系统和能量转换系统（PCS）来保障市电缺失情况下，矿井人员提升设备、井下风机控制系统及气体监测系统在规定时间内的[[正常]]工作。

根据矿井供电环境的特殊性和要求，一是结合国内外矿用应急电源的发展情况，对矿用应急电源系统的结构组成和控制策略进行了整体研究和设计。二是对系统整体进行了研究和分析，确定了系统的开发方案，采用了二极管钳位三电平拓扑IGBT逆变全桥和基于DSP TMS320F28335的SPWM调制技术实现逆变器控制，运用数字PI调节器，实现了对输出电压的闭环调节，保证输出[[电压]]的稳定，且具备很强的应对抗波性畸变能力，及应对负载突变能力。三是应急电源系统的主电路和控制电路进行了详细分析和设计，包括系统各功能模块的硬件设计和软件设计以及器件的选型，采用了三电平NPC 结构的高压pcs系统。四是对系统切换电路和保护电路进行了研究和设计，采用晶闸管静态开关设计了市电和应急电源切换电路，提高了系统切换的速度和可靠性。

==二、应用案例==

1.项目概述（以应用为切入点，介绍包括但不限于：应用项目地点、资源及负荷等主要应用场景，以及项目规模、生产能力、关键实施步骤、主要功能与创新点、主要实施单位等）本项目应用于枣矿集团滕东煤业直流提升绞车房，通过隔离升压[[变压器]]<ref>[https://www.sohu.com/a/203902731_755644 这是我见过最全最权威的变压器介绍！快收藏好了！]，搜狐，2017-11-12</ref>并入10KV交流母线，用于电网双回路停电时的井下煤矿工作人员快速升级，及电网正常工作时的负荷峰谷调制。本储能系统应对的应急负载是12脉动晶闸管斩波直流调速绞车[[系统]]，立井井深900米，提升负载为对称式大小双罐，提升速度6m/s，运行过程包括动车、加速、匀速运行、减速、停车几个过程。用于提人时，每罐可承载70人，单次上提及下放时间皆约为4min，经现场测量，单次提升耗电约为40KWh。

本项目基于直流调速提升机系统的电气特性及其运行曲线，经过对储能PCS的系统特性[[设计]]及直流调速提升系统实际运行所需要的电量，以及应急电源储能系统要兼顾并网与离网两种运行模式，必须配备黑启动功能等。

本项目基于对该[[项目]]运行特性的分析，并比对目前常规项目所采用的储能变流器PCS进行分析，常规并网型的500KW级PCS难以应对此功率等级的冲击负荷，所以在本项目的实施中，创新性的采用了中压690VAC、单机功率MW级的PCS，直流侧方案为1000~1500VDC。

本项目于2020年12月开始调试，于2021年4月调试成功，各个运行指标负荷预想的要求，顺利通过甲方验收。主要效益（通过可量化的关键指标，描述应用案例的经济效益或社会效益）

本项目案例研究内容在于储能用于离网支撑大功率、冲击型负荷，以及在并网模式下对用户用电负荷进行峰谷调制。通过该项目实施，充分验证了储能系统应用于应急电源，用以取代[[柴油发电机]]系统，不论从效能、日常维护、以及灵活性应用方面，都具有明显的优势。在我国双碳目标的背景下，磷酸铁锂储能系统在平抑新能源峰谷波动，参与电力市场辅助服务等方面，也会发挥非常重要的作用

==三、技术要点==

（关键技术描述，自主知识产权的设备、技术、产品、软件等）

本技术要点以研究以1500V储能电池系统为基础，探索大功率变流器可靠应用关键技术，解决1500V电池系统集成防护、热场均匀、一致性管理、故障保护，以及适用于1500V电池的大功率变换系统拓扑、协调控制、[[功率]]单元桥臂级并联等问题，完成基于1500V电池系统的、单机MW级储能变流器及储能系统研制与应用实证，全面提升储能设备运行效率与并联集群稳定性。

本项目的研究要点主要保护一下几点;

1)高压1500V电池储能系统集成管理技术研究

2)1500V电池储能[[系统]]防护关键技术研究

3)单机功率MW级储能变流器运行机理及控制策略研究

==四、应用前景==

（行业前景、商业模式、推广空间、问题挑战等）

目前国内外通用的储能机组容量在500kW左右，储能机组的大容量化是提升储能系统[[效率]]、降低制造成本的必要条件，也将降低储能电站规模化集成的难度。电池系统的高电压化是储能机组大容量化的必要路径，储能电池电压等级提升可实现系统降本增效，但电池串联数量增加同时引入绝缘要求提升、电池不一致加剧及安全管理难题。MW级大功率大容量储能变流器具有集中控制、功率调节范围大、扩展性强，集成度高的特点，可更好的适应未来建设更大功率更大容量储能电站的技术需求。

本项目以1500V储能电池系统为基础，[[探索]]大功率变流器可靠应用关键技术，解决1500V电池系统集成防护、热场均匀、一致性管理、故障保护，以及适用于1500V电池的大功率变换系统拓扑、协调控制、功率单元桥臂级并联等问题，完成基于1500V电池系统的、单机MW级储能变流器及储能系统研制与应用实证，全面提升储能设备运行效率与并联集群稳定性。

==参考文献==
[[Category:500 社會科學類]]