ICS 27.180
F 19
中华人民共和国国家标准
GB/T 34120—2017
电化学储能系统储能变流器技术规范
Technical specification for power conversion system of electrochemical energy storage system
2017-07-31发布 2018-02-01实施
中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局
中国国家标准化管理委员会
发布
前言
本标准按照GB/T 1.1—2009给出的规则起草。
本标准由中国电力企业联合会提出。
本标准由全国电力储能标准化技术委员会(SAC/TC 550)归口。
本标准起草单位：许继集团有限公司、中国电力科学研究院。
本标准主要起草人：于文斌、陈天锦、曹智慧、赵玲、陈世峰、张建兴、胡娟、闫涛、陈志磊、吴福保、陈俊凯。
电化学储能系统储能变流器技术规范
1 范围
本标准规定了电化学储能系统用交直变换型三相储能变流器的相关术语和定义、产品分类、技术要求、检验规则、标志、包装、运输、贮存等相关内容。
本标准适用于以电化学电池作为储能载体的低压三相储能变流器，其直流侧电压最高值不超过1 000 V。
注：超级电容等其他类型储能系统采用的储能变流器可参考本标准。
2规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。
GB/T 191 包装储运图示标志
GB/T 2423.3 电工电子产品环境试验 第2部分试验方法试验Cab：恒定湿热试验
GB/T 2423.4 电工电子产品基本环境试验规程 第2部分：试验方法试验Db：交变湿热(12 h+12 h循环)
GB/T 3859.2半导体变流器 通用要求和电网换相变流器 第1-2部分：应用导则
GB/T 4208外壳防护等级(IP代码)
GB/T 7251.1低压成套开关设备和控制设备 第1部分：型式试验和部分型式试验成套设备
GB/T 12326 电能质量 电压波动和闪变
GB/T 13384机电产品包装通用技术条件
GB/T 14549电能质量 公用电网谐波
GB/T 15543电能质量 三相电压不平衡
GB/T 15945 电能质量 电力系统频率偏差
GB/T 17626.2—2006 电磁兼容 试验和测量技术 静电放电抗扰度试验
GB/T 17626.3—2006 电磁兼容 试验和测量技术 射频电磁场辐射抗扰度试验
GB/T 17626.4—2008 电磁兼容 试验和测量技术 电快速瞬变脉冲群抗扰度试验
GB/T 17626.5—2008 电磁兼容 试验和测量技术 浪涌(冲击)抗扰度试验
GB/T 17626.6—2008 电磁兼容 试验和测量技术 射频场感应的传导骚扰抗扰度
GB 17799.4 电磁兼容 通用标准 工业环境中的发射
DL/T 860电力企业自动化通信网络和系统
3术语和定义
下列术语和定义适用于本文件。
3.1
电化学储能系统electrochemical energy storage system
以电化学电池为储能载体，通过变流器进行可循环电能存储与释放的设备系统。
3.2
电池组battery module
由电池管理系统最小监控单元所管理且装配有使用所必需的装置(如外壳、端子、接口、标志及保护装置)的多个单体电池的组合。
3.3
储能变流器power conversion system；PCS
电化学储能系统中，连接于电池系统与电网(和/或负荷)之间的实现电能双向转换的变流器。
3.4
变流器效率converter efficiency
储能变流器输出有功功率与输入有功功率的比值，用百分数表示。其中，电网向电池组存储电能时直流侧输出有功功率与交流侧输入有功功率的比值为整流效率，电池组向电网释放电能时交流侧输出有功功率与直流侧输入有功功率的比值为逆变效率。
3.5
并网运行模式grid mode
储能变流器同步并入交流电网，以电流源特性运行，把电网电能存入电池组或将电池组能量回馈到电网的运行模式。
3.6
离网运行模式islanded mode
储能变流器以电压源特性运行，为储能系统交流侧所连接的电网提供电源的运行模式。
3.7
充放电转换时间transfer time between charge and discharge
储能系统在充电状态和放电状态之间切换所需要的时间。一般是指从90％额定功率充电状态转换到90％额定功率放电状态与从90％额定功率放电状态转换到90％额定功率充电状态所需时间的平均值。
3.8
稳流精度stabilized current precision
电化学储能系统在恒流工作状态下，储能变流器直流侧输出电流在其额定值范围内任一数值上保持稳定时，其输出电流的稳定程度。
3.9
稳压精度stabilized voltage precision
电化学储能系统在恒压工作状态下，储能变流器直流侧输出电流在其额定值范围内变化，输出电压在可调节范围内任一数值上保持稳定时，其输出电压的稳定程度。
4产品分类
4.1 运行模式与对应要求
按运行模式不同，储能变流器分为并网运行模式、离网运行模式和并离网运行模式，其对应的性能指标要求见表1。
表1 不同运行模式的储能变流器要求
序号 功能和性能要求 运行模式
并网运行模式 离网运行模式 并离网运行模式
1 效率 √ √ √
2 损耗 √ √ √
3 过载能力 √ √ √
4 电流总谐波畸变率 √ √
5 直流分量 √ √
6 电压波动和闪变 √ √
7 功率控制精度 √ √
8 功率因数 √ √
9 稳流精度与电流纹波 √ √
10 稳压精度与电压纹波 √ √
11 电网适应能力 √ √
12 低电压穿越 √ √
13 充放电切换时间 √ √
14 电压偏差 √ √
15 电压总谐波畸变率 √ √
16 电压不平衡度 √ √
17 动态电压瞬变范围 √ √
18 温升 √ √ √
19 噪声 √ √ √
20 环境 √ √ √
注：储能变流器的技术参数可参见附录A。
4.2主要参数
4.2.1 储能变流器交流侧电压等级
储能变流器的交流侧电压等级(kV)优先采用以下系列：
0.38(0.4)、0.66(0.69)、1(1.05)。
4.2.2储能变流器额定功率等级
储能变流器的额定功率等级(kW)优先采用以下系列：
30、50、100、200、250、500、630、750、1 000、1 500、2 000。
5技术要求
5.1 使用条件
5.1.1正常使用的环境条件
储能变流器应在下列环境条件下工作：
a)工作环境温度：-20℃～+45℃；
当环境温度超过正常使用环境条件规定的最高值时(但最多不超过15℃)，为使储能变流器安全运行，按照GB/T 3859.2规定使用；
b)空气相对湿度≤95％；
c)海拔高度≤1 000 m；海拔高度>1 000 m时，应按GB/T 3859.2规定降额使用；
d)空气中应不含有过量的尘埃、酸、碱、腐蚀性及爆炸性微粒和气体；
e)无剧烈震动冲击，垂直倾斜度≤5°。
5.1.2正常使用的电气条件
若无其他规定，符合本文件的储能变流器在下列电网条件下，应能以正常方式运行：
a)谐波电压应不超过GB/T 14549中规定的限值；
b)三相电压不平衡度应不超过GB/T 15543规定的限值；
c)频率偏差应不超过GB/T 15945规定的限值；
d)电压偏差应在-10％～+15％范围内。
注：短时间内电压的变化超过规定值可能引起工作中断或跳闸，若需要连续工作，用户和制造商应进行协商。
5.2机体和结构质量
储能变流器的结构和机柜本身的制造质量、主电路连接、二次线及电气元件安装等应符合下列要求：
a)储能变流器及机架组装有关零部件均应符合各自的技术要求；
b)油漆电镀应牢固、平整，无剥落、锈蚀及裂痕等现象；
c)机架面板应平整，文字和符号要求清楚、整齐、规范、正确；
d)标牌、标志、标记应完整清晰；
e)各种开关应便于操作，灵活可靠。
5.3功能要求
储能变流器应具有充放电功能、有功功率控制功能、无功功率调节功能和并离网切换功能。
注：并离网切换功能只针对具备并网和离网两种运行模式的储能变流器。
5.4性能指标
5.4.1效率
在额定运行条件下，储能变流器的整流效率和逆变效率均应不低于94％。
注：计算以上效率时，不含隔离变压器损耗。
5.4.2损耗
储能变流器的待机损耗应不超过额定功率的0.5％，空载损耗应不超过额定功率的0.8％。
注：计算以上损耗时，不含隔离变压器损耗。
5.4.3过载能力
储能变流器交流侧电流在110％额定电流下，持续运行时间应不少于10 min；储能变流器交流侧电流在120％额定电流下，持续运行时间应不少于1min。
5.4.4电流总谐波畸变率
储能变流器在额定并网运行条件下，交流侧电流总谐波畸变率应满足GB/T 14549的规定。
5.4.5直流分量
储能变流器额定功率运行时，储能变流器交流侧电流中的直流电流分量应不超过其输出电流额定值的0.5％。
5.4.6 电压波动和闪变
储能变流器接入电网运行时产生的电压波动和闪变应满足GB/T 12326的规定。
5.4.7功率控制精度
储能变流器输出大于其额定功率的20％时，功率控制精度应不超过5％。
5.4.8功率因数
并网运行模式下，不参与系统无功调节时，储能变流器输出大于其额定输出的50％时，平均功率因数应不小于0.98(超前或滞后)。
5.4.9稳流精度与电流纹波
储能变流器在恒流工作状态下，输出电流的稳流精度应不超过±5％；电流纹波应不超过5％。
5.4.10稳压精度与电压纹波
储能变流器在恒压工作状态下，输出电压的稳压精度应不超过±2％；电压纹波应不超过2％。
5.4.11 电网适应能力
5.4.11.1频率响应
频率响应按如下要求：
a)并入380 V配电网的储能变流器，当接入点频率低于49.5 Hz时，应停止充电；当接入点频率高于50.2 Hz时，应停止向电网送电；
b)并入10(6)kV及以上电压等级的储能变流器应能具备一定的耐受系统频率异常的能力，应能按表2要求运行。
表2频率响应时间要求
频率范围 要求
低于48 Hz 储能变流器不应处于充电状态。
储能变流器应根据允许运行的最低频率或电网调度机构要求确定是否与电网脱离
48 Hz～49.5 Hz 处于充电状态的储能变流器应在0.2 s内转为放电状态，对于不具备放电条件或其他特殊情况，应在0.2 s内与电网脱离。
处于放电状态的储能变流器应能连续运行
49.5 Hz～50.2 Hz 正常充电或放电运行
50.2 Hz～50.5 Hz 处于放电状态的储能变流器应在0.2 s内转为充电状态，对于不具备充电条件或其他特殊情况，应在0.2 s内与电网脱离。
处于充电状态的储能变流器应能连续运行
高于50.5 Hz 储能变流器不应处于放电状态。
储能变流器应根据允许运行的最高频率确定是否与电网脱离
5.4.11.2电压响应
储能变流器应检测并网点的电压，在并网点电压异常时，应断开与电网的电气连接。电压异常范围及其对应的断开时间响应要求如表3。对电压支撑有特殊要求的储能变流器，其电压异常的响应可另行规定。
表3电压响应时间要求
并网点电压U 要求
U<50％UN 最大分闸时间不超过0.2 s
50％UN≤U<85％UN 最大分闸时间不超过2.0 s
85％UN≤U<110％UN 连续运行
110％UN≤U<120％UN 最大分闸时间不超过2.0 s
120％UN≤U 最大分闸时间不超过0.2 s
注1：UN为并网点的电网额定电压。
注2：最大分闸时间是指异常状态发生到储能变流器断开与电网连接时间。
5.4.12低电压穿越
5.4.12.1 电力系统发生故障时，若并网点考核电压全部在储能变流器低电压穿越要求的电压轮廓线及以上的区域内时，如图1所示，储能变流器应保证不脱网连续运行；否则，允许储能变流器切出。储能变流器低电压穿越具体要求如下：
a)储能变流器并网点电压跌至0时，储能变流器能够保证不脱网连续运行0.15 s；
b)储能变流器并网点电压跌至曲线1以下时，储能变流器可以从电网切出；
c)对电力系统故障期间没有切出的储能变流器，其有功功率在故障清除后应能快速恢复，自故障清除时刻开始，以至少30％额定功率/秒的功率变化率恢复至故障前的值。
并网点电压
曲线
要求储能变流器
不脱网连续运行
储能变流器可以与电网断开连接
时间
注1：对于三相短路故障和两相短路故障，考核电压为并网点线电压；对于单相接地短路故障。考核电压为并网点相电压。
注2：对于并入10(6)kV以下电压等级电网的储能变流器，具备故障脱离功能即可。
图1 储能变流器的低电压耐受能力要求
5.4.12.2动态无功支撑能力
当电力系统发生短路故障引起电压跌落时，电化学储能系统储能变流器注入电网的动态无功电流应满足以下要求：
a)自并网点电压跌落的时刻起，动态无功电流的响应时间应不大于30 ms。
b)自动态无功电流响应起直到电压恢复至0.85(p.u.)期间，储能变流器注入电力系统的动态无功电流应实时跟踪并网点电压变化，并应满足：
IT≥1.6×(0.85-UT)IN(0.2≤UT≤0.85)
IT≥1.04×IN(UT<0.2)
IT=0(UT>0.85)
式中：
UT——储能变流器并网点电压标幺值；
IN——储能变流器额定电流。
5.4.13充放电转换时间
储能变流器的充放电转换时间应不大于100 ms。
5.4.14电压偏差
在空载和额定阻性负载(平衡负载)条件下，储能变流器交流侧输出电压幅值偏差应不超过额定电压的±5％，相位偏差应小于3°。
5.4.15 电压总谐波畸变率
在空载和额定阻性负载(平衡负载)条件下，储能变流器交流侧输出电压总谐波畸变率应不超过3％。
5.4.16电压不平衡度
储能变流器输出电压不平衡度应小于2％，短时不超过4％。
5.4.17动态电压瞬变范围
在阻性负载(平衡负载)条件下，负载从20％上升至100％或从100％下降至20％突变时，储能变流器输出电压瞬变值应小于10％。
5.4.18温升
在额定运行条件下，待各元件热稳定后，储能变流器各部位的极限温升见表4。
表4储能变流器各部位的极限温升 单位为开
部件和部位 极限温升
主电路半导体器件 外壳温升由产品技术条件或分类标准规定
主电路半导体器件与导体的连接处 裸铜：45
有锡镀层：55
有银镀层：70
母线(非连接处)：铜 35
铝 25
浪涌吸收器与主电路的电阻元件 距外表面30 mm处的空气：25
5.4.19噪声
在距离设备水平位置1 m处，用声级计测量满载时的噪声，噪声应不大于80 dB。
5.4.20环境
5.4.20.1低温性能
在试验温度为工作温度下限且稳定后，产品应能正常启动运行，且持续额定运行时间不应低于72 h。
5.4.20.2高温性能
在试验温度为工作温度上限且稳定后，产品应能正常启动运行，且持续额定运行时间不应低于72 h。
5.4.20.3耐湿热性能
根据试验条件和使用环境，在以下两种方法中选择其中一种。
a)交变湿热
按GB/T 2423.4进行试验后，测量其绝缘电阻，不应小于0.5 MΩ。介质强度不应低于GB/T 2423.4规定的介质强度试验电压值的75％。
b)恒定湿热
按GB/T 2423.3进行试验后，测量其绝缘电阻，不应小于0.5 MΩ。介质强度不应低于GB/T 2423.3规定的介质强度试验电压值的75％。
5.5保护功能
5.5.1 短路保护
储能变流器应设置短路保护功能。
5.5.2极性反接保护
储能变流器应设置极性反接保护功能。
5.5.3直流过/欠压保护
储能变流器应设置直流过/欠压保护功能。
5.5.4离网过电流保护
储能变流器应设置离网过电流保护功能。
5.5.5 过温保护
储能变流器应设置过温保护功能。
5.5.6交流进线相序错误保护
储能变流器应设置交流进线相序错误保护功能。
5.5.7通讯故障保护
储能变流器应设置与监控系统、电池管理系统的通讯故障保护。
5.5.8冷却系统故障保护
采用冷却系统的储能变流器应设置冷却系统故障保护。
5.5.9防孤岛保护
5.5.9.1并网运行模式下，储能变流器应具备快速检测孤岛且立即断开与电网连接的能力，防孤岛保护动作时间应不大于2 s，且防孤岛保护还应与电网侧线路保护相配合。
注：防孤岛保护方案的选取规则参见附录B。
5.5.9.2对于具备并离网切换功能的储能变流器，应在2 s内按照设定条件转入离网运行模式，并建立频率和幅值稳定的交流电压，满足负载对有功功率和无功功率的要求。
注：储能变流器只应用于离网运行模式时不需要具备防孤岛保护功能。
5.6通讯
储能变流器宜具备CAN/RS 485、以太网通讯接口。其中，储能变流器与监控站级通信宜采用以太网通讯接口，宜支持MODBUS-TCP、DL/T 860、PROFIBUS-DP通信协议；与电池管理系统通信宜采用CAN/RS 485，宜支持CAN 2.0B、MODBUS-TCP通信协议。
5.7绝缘耐压性
5.7.1 绝缘电阻
在正常试验大气条件下，储能变流器各独立电路与外露的可导电部分之间，以及与各独立电路之间的绝缘电阻应不小于1 MΩ。试验电压按表5的规定进行。
表5绝缘电阻试验电压等级 单位为伏
额定绝缘电压等级UN 绝缘电阻表电压
UN≤60 250
60
