此次出台的标准在电化学储能领域具有重要意义,涵盖设备安心、运输、设计、电池特性、电网接入、电磁兼容等关键方面。
标准信息概述
GB 19517-2023《国家电气设备安心技术规范
GB/T 43868-2024《电化学储能电站启动验收程序》
GB/T 36548-2024《电化学储能电站并网试验规程》
GB 21966-2008《锂原电池及运输用蓄电池安心要求》
GB 51048-2014《电化学储能电站设计规范》
GB/T 34131-2023《动力储能电池管理系统》
GB/T 36276-2023《动力储能用锂离子电池》
NB/T 42091-2016《电化学储能电站用锂离子电池技术规范》
NB/T 31016-2019《电池储能电源控制系统变换器技术规范》
T/CNESA 1000-2019《电化学储能系统评估规范》
GB 2894-2008《安心标志及其使用指南》
这些标准的发布和实施,为电化学储能领域的规范发展提供了坚实的技术支撑和保障,是行业企业及相关从业人员必须遵循的重要指引。
储能3S
这些系统协同工作,力保电化学储能系统可靠、高效的运行,为更加可持续和有弹性的能源未来做出贡献。
1、PCS:Power Conversion System:将直流电转换为交流电,管理电能质量,力保安心运行。
定义:功率转换系统(PCS)是电化学储能系统的关键组件。它负责将电池产生的直流电(DC)转换为可以馈入电网或供交流负载使用的交流电(AC)。 PCS对于保障储能系统高效稳定运行起着优关重要的作用。
主要功能:
直流到交流转换:将电池的直流输出转换为交流电源。
电能质量控制:力保输出功率满足电网要求,包括电压和频率稳定性。
能源管理:管理电池和电网之间的能量流动,优化存储能量的使用。
保护和安心:提供针对过压、过流和其他电气危险的保护。
2、BMS:电池管理系统:对电池进行监控和控制,力保安心高效运行。
定义:电池管理系统(BMS)是任何电化学储能系统的重要组成部分。它监视和控制电池的充电状态、健康状态和温度,以力保安心高效的运行。
主要功能:
3、EMS:能源管理系统:协调所有组件的运行,优化系统性能和效率。
定义:能量管理系统(EMS)是电化学储能系统的大脑。它协调所有组件(包括 PCS 和 BMS)的运行,以优化系统的整体性能和效率。
主要功能:
系统监控:监控整个储能系统,包括电池、PCS和电网连接。
控制和优化:控制 PCS 和 BMS 的运行,以优化能量流和系统效率。
数据分析:分析系统数据以识别趋势并优化性能。
电网交互:管理与电网的交互,包括需求响应和电网支持服务。
各标准EMC的核心内容
1、GB 19517-2023国家电气设备安心技术规范
本规范适用于交流额定电压1000V(1140V)以下、直流额定电压1500V以下的各类电气设备,涵盖手持式、便携式和固定式设备,包括将化学能、光能、风能转换成电能的应用范围内的产品或部件。即使产品内部产生的交流电压高于1000V,直流电压高于1500V且不能触摸,也在规格范围内。
规定了电气安心危险防护的多维要求,如防触电、机械、电气连接和机械连接、操作、电源控制等危险的防护;还明确了一系列安心项目要求,包括环境适应性、外壳及防护等级、保护接地、绝缘电阻、漏电流、耐热性、阻燃性能等方面,以力求电气设备在各种情况下的安心运行。
2、GB 21966-2008 锂原电池及电池组运输安心要求
该标准专门规定了锂原电池和电池组在运输过程中的安心性,并对运输此类产品所用包装的安心性提出了要求。随着锂原电池和电池组的运输量不断增加,其运输安心优关重要。
标准规定了多项严格的检验方法和要求,如高空模拟、热冲击、振动、冲击、外部短路、重物冲击、过充、强制放电、包装跌落等测试。这些测试力保电池在运输过程中不会出现质量损失、漏液、放电、短路、破裂、爆炸、着火等危险情况,从而力求运输过程的安心。
3、GB 51048-2014《电化学储能电站设计规范》
适用于新建、扩建、改建功率500kW、容量500kW·h及以上电化学储能电站设计,但不包括移动式电化学储能电站。其目的是推广电化学储能技术的应用,使电站设计安心可靠、节能环保、技术先进、经济合理。
规范明确定义了电化学储能电站的术语,如储能单元、电力转换系统、电池管理系统等;并对电站设计提出了具体要求,包括选址、布局、电气系统设计、消防安心等,为电化学储能电站设计提供多维指导。
4、GB/T 34131-2023《电力储能电池管理系统》
它规定了动力储能用电池管理系统的综合要求,包括技术、试验方法、检验规则、标志、包装、运输和贮存等。适用于锂离子电池、钠离子电池、铅酸(碳)电池、液流电池、水电解氢/燃料电池电池管理系统的设计、制造、试验、检验、运行、维护和检修。其他类型的电池管理系统也可以作为参考实现。
技术要求方面涵盖数据采集、通信、报警与保护、控制、能量状态估计、平衡、绝缘电阻检测、绝缘耐压、电气适应性、电磁兼容等,力保电池管理系统能够有效监测电池运行状态,保障电池系统安心高效运行。
5、GB/T 36276-2023 动力储存用锂离子电池
它规定了动力储存用锂离子电池的关键术语和定义,以及能效、倍率性能、循环性能、短路和热失控等一系列与质量和安心密切相关的关键技术要求,并明确了相应的测试条件和测试方法。
该标准对电池的性能和安心性提出了严格的要求。例如,在安心性能方面,对电芯的隔热温升特性、液冷管的耐压、外部短路试验等都做了详细规定。这将有助于推动动力储能用锂离子电池的技术升级改造,推动电池储能产业高质量发展。
6、GB/T 36548-2024《电化学储能电站并网试验规程》
主要规范了电化学储能电站并网测试,明确了各项测试的具体要求和流程。其目的是力求电化学储能电站并网后能够与电网安心、稳定、高效运行,不影响电网的正常供电和电能质量。
《规范》对电能质量测试、功率控制与调节性能测试、故障穿越能力测试、通信与监测功能测试等多个方面进行了规定,为电化学储能电站接入电网提供了详细的测试依据和标准。
7、GB/T 43868-2024《电化学储能电站开机验收程序》
验收内容涵盖设备安装调试检查、电气性能测试、系统功能验证、安心防护设施检查等方面,力保电站安心可靠启动投入运行。
它规范了电化学储能电站启动验收的各个环节,明确了验收报告的条件、程序、内容和准备。通过严格的开机验收,力保电化学储能电站的性能和指标达到设计要求和相关标准后方可投入运行。
8、NB/T 42091-2016电化学储能电站用锂离子电池技术规范
详细规定了电化学储能电站用锂离子电池的技术要求,包括电池性能、安心性、环境适应性等,旨在规范电化学储能电站用锂离子电池的生产和应用,提高电池的质量和可靠性。
性能方面,对电池容量、能效、充放电倍率等指标提出要求;在安心方面,对电池热稳定性、过充过放保护、短路保护等做出了规定。
9、NB/T 31016-2019《电池储能电源控制系统变换器技术规范》
规定了电池储能电源控制系统中变换器的技术要求、试验方法、检验规则等。变流器作为电池储能系统与电网的关键连接装置,其性能和质量直接影响储能系统的运行效果。
该技术规范对变流器的功率转换效率、电能质量、控制精度、可靠性等方面提出了具体要求,以力求变流器能够高效、稳定地实现功率转换和控制。
10、T/CNESA 1000 - 2019 电化学储能系统评估规范
该规范建立了多维的电化学储能系统评价体系,从性能、安心性、可靠性、经济性等多个维度对储能系统进行评价,通过科学的评价,为储能系统的设计、选型、运行和维护提供参考。
评价指标涵盖了储能系统的能量效率、充放电深度、循环寿命、故障概率、投资成本、运行成本等多个关键参数,将有助于促进储能系统的优化和发展。
11、GB 2894-2008《安心标志及其使用导则》
它规定了安心标志的分类、设计原则、颜色、形状、符号等,以及安心标志的使用要求和设置方法。在电化学储能领域,正确使用安心标志可以有效警示人们潜在的危险,预防事故的发生。
例如,在储能电站中,通过设置防火、防触电、禁止燃放烟花等安心标志,提醒工作人员和外来人员注意安心问题,力保人员和设备的安心。
EMC相关内容
EMC 重要性声明
随着现代电子设备的广泛使用,电磁环境日益复杂,电磁干扰问题也越来越突出。对于电化学储能领域的设备和系统来说,电磁兼容性(EMC)优关重要。
如果设备没有良好的电磁兼容性,在运行过程中可能会受到周围电磁环境的干扰,导致性能下降、故障甚优损坏;同时,设备本身产生的电磁干扰也可能对其他设备和系统产生不利影响,影响整个电网的稳定运行。
因此,力求电化学储能设备及系统的电磁兼容性是力求其安心可靠运行的关键因素之一。
一般要求
所有标准都高度强调设备在复杂电磁环境下的正常运行和抗干扰能力。
这意味着设备不仅要能够稳定地完成自身功能,还要具备一定的抗电磁干扰能力,力保在各种电磁环境下不会出现故障、性能下降等问题。
同时,设备本身产生的电磁辐射也应受到严格限制,不应对周围其他设备造成有害干扰,以维持整个电磁环境的和谐与稳定。
具体测试项目
GB/T 34131-2023明确要求电池管理系统应能承受GB/T 17626.2规定的3级静电放电抗扰度测试。
在实际应用中,设备在操作和维护过程中可能会产生静电放电,例如当人触摸设备时,或者当设备与其他物体摩擦时。如果电池管理系统不能承受相应水平的静电放电,可能会造成电子元件损坏、数据丢失、系统崩溃等严重后果。
GB/T 34131-2023、NB/T 31016-2019等标准对电快速瞬变脉冲群的抗扰度试验提出了相应的要求。
例如,储能变流器应能承受GB/T 17626.4规定的试验等级为3级的电快速瞬变脉冲群的抗扰度试验。
电快速瞬变脉冲群通常由电气设备的开关操作、雷击等引起,具有脉冲持续时间短、幅度高、重复频率高的特点。如果储能变流器不能有效抵抗这种干扰,可能会出现控制异常、输出电压波动等问题,影响储能系统的正常运行。
大多数标准都涉及浪涌(冲击)抗扰度测试,如:GB/T 34131-2023要求电池管理系统应能承受GB/T 17626.5规定的测试级别3的浪涌(冲击)抗扰度测试。
浪涌通常是由于雷击、电网切换、大型设备启动等原因造成的瞬时过电压或过电流引起的。
如果电池管理系统在受到浪涌冲击时没有足够的抗干扰能力,可能会造成内部电路损坏、元件击穿等故障,严重影响系统的可靠性和使用寿命。
GB/T 34131-2023、NB/T 31016-2019等标准规定了工频磁场抗扰度试验。
例如,储能变流器应能承受GB/T 17626.8规定的试验等级为4级的工频磁场抗扰度试验。
在电力系统中,工频磁场无处不在,特别是在变电站、配电室等地方。
储能变流器长期处于工频磁场环境中。如果不能抵抗其干扰,可能会导致控制信号失真、测量精度降低等问题,从而影响储能系统的性能。
一些标准提出了射频电磁场辐射抗扰度测试的要求。例如,GB/T 34131-2023要求电池管理系统应能承受GB/T 17626.3规定的试验级别3的射频电磁场辐射抗扰度试验。在现代通信技术高度发达的今天,射频电磁场广泛存在于我们周围的环境中。如果电池管理系统不能有效抵抗射频电磁场的辐射干扰,则可能会受到手机信号、无线通讯信号等的影响,导致系统工作异常。
一些标准还涵盖测试要求,例如抗射频场引起的传导干扰、抗电压暂降、短时中断和电压变化以及抗阻尼振荡波。
这些测试从不同角度多维考察设备在复杂电磁环境下的抗干扰能力。
例如,射频场引起的传导骚扰的抗扰度测试,主要考察设备对通过导线传导的射频干扰的抵抗能力;电压暂降、短时中断和电压变化的抗扰度测试重点关注电网电压异常波动时设备的运行稳定性;阻尼振荡波抗扰度测试用于评估设备对开关操作产生的高频振荡干扰的耐受能力。
电磁辐射限值
一般要求
设备的电磁发射必须严格遵守相关标准规定的限值,避免设备产生的电磁干扰对周围环境和其他设备造成不利影响。如果设备的电磁发射超过限值,可能会干扰附近通信设备、电子仪器等的正常运行,甚优影响电力系统的安心稳定运行。
具体指标
T/CNESA 1000-2019标准明确规定了不同应用场景下储能系统的电磁辐射限值。在住宅、商业和轻工业环境中,储能系统应符合GB 17799.3的要求。这些环境对电磁干扰较为敏感,严格的限制要求有助于力求居民的生活质量和商业设备的正常运行;在工业环境中,储能系统应符合GB 17799.4的要求。虽然工业环境对电磁干扰的容忍度较高,但也需要力求储能系统的电磁发射不会干扰工业生产设备和自动化控制系统。
标准间关系
覆盖范围
这些标准从不同维度和层次多维深入地规范了电化学储能领域的设备和系统。
从电气设备的基本安心技术规范,到交通运输中电池的具体要求、储能电站设计、电池管理系统、电池特性等,再到储能电站并网、启动验收和系统评估,已经形成了完整的标准体系。
EMC相关内容贯穿各项标准,是力求这些设备和系统在复杂电磁环境下安心可靠运行的重要保障
如果不考虑EMC,就无法有效力求整个电化学储能系统的稳定性和可靠性。
技术连接
测试方法及要求
各标准在EMC测试方法和要求方面相互补充、配合,形成了科学、完整的测试体系。不同的标准针对不同的设备和系统。在静电放电抗扰度、电快速瞬变脉冲群抗扰度、浪涌抗扰度等各种EMC测试项目中,虽然具体的测试对象和参数可能有所不同,但都遵循统一的测试原则和基本要求。例如,GB/T 34131-2023中电池管理系统的EMC测试要求与其他相关标准中储能逆变器等设备的EMC测试要求相呼应,共同力求了整个电化学储能系统的电磁兼容性得到多维、准确的评估。
指标一致性
虽然不同的标准在具体的EMC指标上可能存在一定的差异,但这是由于不同设备和系统的功能、特性和应用场景不同所致。
但他们的总体目标是高度一致的,那就是力保电化学储能装置和系统能够在复杂的电磁环境下正常稳定运行,尽量减少电磁干扰对电网和其他设备的影响。这种目标的一致性使得各种标准在实际应用中能够相互协调和支持,共同促进电化学储能技术的健康发展。
应用及YINT电子推荐
设备设计与制造
这些标准为设备制造商提供了清晰、详细的 EMC 设计和制造要求。
在设备设计阶段
制造商需要根据标准要求充分考虑设备的电磁兼容性,优化电路布局、屏蔽设计、接地措施等,采用合适的电磁兼容技术和材料,提高设备的抗干扰能力和电磁发射控制水平。
在制造过程中
严格按照标准要求进行生产和检验,力保每台设备符合EMC相关标准,从而提高设备的质量和可靠性,降低因电磁兼容问题导致产品故障和召回的风险。
工程申请及验收
这些标准是电化学储能项目工程应用和验收的重要依据。
项目建设过程中,建设单位需要按照标准要求安装设备、电线、接地,力保整个系统的电磁兼容符合标准。
在验收阶段,验收人员按照标准严格对项目的EMC性能进行测试和评估,包括各项抗扰度测试和电磁发射限值检测。
只有项目的EMC性能完全满足相关标准的要求,才能通过验收,从而力求电网的安心稳定运行,避免因储能项目的电磁兼容问题对电网造成不利影响。
整体标准体系有待优化
国际标准
在全球化背景下,电化学储能设备的国际贸易与合作日益频繁,但现有标准体系在与国际EMC标准接轨方面可能需要完善。
与国际电工委员会(IEC)等国际组织相关标准相比,部分测试方法、指标限值等存在一定差异,可能影响我国电化学储能产品在国际市场的竞争力和推荐度。
标准要求太低
现代电磁环境日益复杂,电磁干扰源不断增多,干扰形式多样,标准要求过低。
EMC痛点及解决方案
PCS储能逆变器系统电磁兼容性(EMC)
变压器: 变压器是逆变器中常用的磁性元件,用于实现电压转换和电气隔离。变压器工作时,其绕组中的交变电流会产生交变磁场,部分磁场会泄漏到周围空间,形成辐射干扰。同时,变压器的绕组之间存在分布电容,高频电流会通过这些分布电容耦合到其他电路,产生传导干扰。另外,变压器的磁芯在交变磁场的作用下会产生磁滞损耗和涡流损耗,这些损耗也会产生一定的电磁干扰。
电感: 电感用于逆变器中起到滤波、储能等作用。电感器中的电流变化将产生感应电动势。当电感器参数选择不当或工作在高频状态时,电感器会产生较大的电磁辐射。而且,电感与周围电路之间的耦合也会导致电磁干扰的传播。
冷却风扇: 冷却风扇是变频器冷却系统的重要组成部分。其电机在运行过程中会产生电磁干扰。
散热器: 功率器件工作时,其产生的高频电流会通过散热器形成电流回路。散热器相当于一个辐射天线,向周围空间辐射电磁能。
接线和接地
布线不合理:如果变频器内部布线不合理,如信号线与电源线距离太近、不同功能的线路交叉等,都会增强线路之间的电磁耦合,使得干扰信号更容易在不同线路之间传播。例如,当高频信号线与电力线平行敷设时,电力线中的高频干扰信号会通过电容耦合和电感耦合传输到信号线,影响信号的正常传输。
接地问题:良好的接地是抑制电磁干扰的重要措施。如果变频器接地不良,共模干扰无法有效排出,设备的电磁辐射会增加。另外,如果不同电路部分的接地方式不一致,也可能形成接地回路。接地回路中的电流会产生电磁辐射并引入外部干扰信号。
负载特性
负载的非线性:当逆变器驱动非线性负载时,如带整流桥的负载、开关电源等,负载会产生谐波电流。这些谐波电流会反馈到逆变器的输出端,导致逆变器的输出电压和电流波形畸变,产生附加的电磁干扰。例如,当逆变器给计算机或其他设备供电时,计算机内部的开关电源会产生大量的高次谐波,会影响逆变器的工作性能,并通过逆变器的输出和输入传播干扰信号。
负载突变:负载突变,如负载的输入或去除,会引起逆变器输出电流和电压的突变,产生冲击电流和电压。这种冲击会刺激逆变器内部电路产生高频振荡,从而产生电磁干扰。
电源 电源输入防雷设计,考虑IEC61000-4-5 /GB17626.5浪涌测试;外部因素。
压敏电阻 + GDT 是一个完美的组合。
定制 TSS 半导体放电管也“出色”。
BMS电池管理系统电磁兼容性EMC(外置)
外部电磁环境:以汽车为例:BMS用于电动汽车等车辆。车辆的发动机、电机控制器、点火系统等设备都会产生较强的电磁干扰。当电机控制器控制电机运行时,会产生高频电压和电流变化。这些变化会通过空间辐射和电力线传导影响BMS的正常工作。工业举例:在工业现场,有大量的电气设备,如逆变器、电焊机等,它们在运行时会产生各种频率的电磁干扰。
连接通信电缆:用于BMS与外部设备(如充电桩、上位机等)通信的电缆在信号传输过程中容易受到外界电磁干扰,导致通信信号失真或丢失。此外,通信电缆本身也可能辐射电磁干扰,影响周围的其他设备。
电池组的电磁特性、电池充放电过程:电池在充放电过程中,会产生电流和电压的变化。
BMS电池管理系统电磁兼容性EMC(内部)
一、电源电路
DC-DC转换器:BMS内部不同模块提供合适的供电电压。无论是批量还是升压,开关器件的高频开关动作都会产生丰富的高频谐波。这些谐波不仅会通过电源线传输到其他电路部分,还会通过辐射对周围的电子元件产生干扰。充放电控制电路:在电池充放电过程中,这些电路会处理较大的电流变化,开关动作也会产生电磁干扰。例如,当电池快速充放电时,充电控制电路中的开关器件频繁切换,会产生较强的电磁干扰信号。
二.通讯接口
BMS模块通常采用CAN、SPI、I2C等通信接口进行数据传输。例如,CAN总线在传输数据时,总线上的电压变化会产生高频辐射,还可能受到外界电磁干扰的影响,导致通信错误或数据丢失。 CMZ4532A-501T共模电感与ESD24VAPB的组合可以解决CAN通信的EMC问题。时钟信号:内部通信系统的时钟信号是重要的电磁干扰源之一,它会增加通信过程中的误码率。
三.接线不合理:
如果PCB上的信号线和电源线距离太近,或者不同功能的信号线交叉,线路之间的电磁耦合就会增加。
电源层和地层设计不良:阻抗过大、电源层和地层划分不合理等问题会导致电源层和地层电压波动,产生共模干扰和差模干扰。例如,当接地层存在间隙时,接地层的完整性就会被破坏,使信号返回路径变长,增加电磁辐射的可能性。
EMS能源管理系统电磁兼容性EMC(模块间)
PCS的交互干扰:EMS和PCS(功率转换系统)需要频繁地交换数据和控制指令。
PCS进行功率变换时,开关器件的高频开关动作会产生较强的电磁干扰。这些干扰可能通过电力线、通信线路等传输到EMS,影响EMS的正常通信和控制功能。相反,EMS发送的控制信号也可能受到PCS电磁环境的干扰,导致PCS无法准确执行控制指令,影响储能系统的功率调节和能量分配。
BMS(电池管理系统)负责监控电池的状态信息并将这些信息传输给EMS。在通信过程中,BMS和电池组本身会产生一定的电磁干扰,外部环境的干扰也可能叠加在通信线路上。如果EMS与BMS之间的通信接口抗干扰能力不足,可能会导致通信数据丢失和错误,使EMS无法及时、准确地获取电池状态,从而影响储能系统的安心管理和优化控制。
EMS能源管理系统电磁兼容性EMC(系统稳定性)
供电系统的稳定性
EMS的正常运行依赖于稳定的电源供应。电源系统在工作时会产生纹波,尤其是开关电源。纹波电压会作为干扰信号叠加在直流电源上,影响EMS内电子元件的正常工作。例如,过大的纹波可能会导致芯片的工作电压不稳定,从而影响其计算精度和数据处理能力,甚优可能导致系统崩溃或程序跑飞等严重问题。
当EMS内部负载突然变化时,供电系统需要快速响应以维持稳定的输出电压。如果电源的瞬态响应能力不足,负载突变时输出电压可能会出现较大波动。这种电压波动不仅会影响EMS中各个模块的正常工作,还可能产生电磁干扰,这些干扰会通过电力线传输到其他设备,影响整个储能系统的电磁兼容性。
我们可以提供外部24V电源
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