5.2.1  储能单元的选择要满足应用的需求，满足其功能定位的实现。但电池的性能和技术成熟度影响电池的成组方式(电池组电压、容量、能量)，进而影响功率变换系统的选择和储能单元的选择。另一方面，功率变换系统的拓扑结构影响电池的成组方式及其拓扑结构和储能单元的选择、划分。所以规定储能单元应根据电站容量、接入电压等级、应用需求、功率变换系统性能和电池的特性和要求及设备短路电流耐受能力设计。

5.2.3  直流侧电压需满足电池组充、放电的最高、最低电压范围，并考虑一定的裕度。

    直流侧最大输出电压应不小于公式(1)的要求。

    直流侧最小输出电压应不大于公式(2)的要求。

    式中：ns——电池组等效串联电池单体数量；

          Kumax、Kumin——功率变换系统输出电压裕度系数，Kumax一般取1.00～1.15，Kumin一般取0.85～0.90；

          Ucmax——单体电池最大充电电压(V)。

          Ucmin——单体电池最小放电电压(V)。

    目前的实际工程中，考虑设备的耐压水平，一般锂离子电池系统直流侧电压不高于900V，全钒液流电池系统直流侧电压不高于600V。结合设备的生产发展水平，综合考虑直流侧电压不宜高于1kV。

5.2.4  电池组的成组方式及其连接拓扑应与功率变换系统的拓扑结构相匹配。功率变换系统常见的拓扑结构如图1～图7所示。

    (1)一级变换拓扑型。

    一级变换拓扑型，仅含AC／DC环节的单级式功率变换系统，如图1所示，电池经过串并联后直接连接AC／DC的直流侧。此种功率变换系统拓扑结构简单，能耗相对较低，但储能单元容量选择缺乏灵活性。适用于独立分布式储能并网。

图1  仅含AC／DC环节的功率变换系统拓扑结构

    为了扩容方便，仅含AC／DC环节的功率变换系统可扩展为仅含AC／DC环节共交流侧的拓扑结构，如图2所示，采用模块化连接，配置更加灵活；当个别电池组或AC／DC环节出现故障时，储能系统仍可工作，但导致电力电子器件增多，控制系统设计复杂。

图2  仅含AC／DC环节共交流侧的功率变换系统拓扑结构

    (2)两级变换拓扑型。

    两级变换拓扑型，含AC／DC和DC／DC环节的双极式功率变换系统，如图3所示。双向DC／DC环节主要是进行升、降压变换，提供稳定的直流电压。此种拓扑结构的功率变换系统适应性强，由于DC／DC环节实现直流电压的升降，使容量配置更加灵活，适用于配合间歇性、波动性较强的分布式电源接入，抑制其直接并网可能带来的电压波动。但由于DC／DC环节的存在，使得功率变换系统效率降低。

图3  含AC／DC和DC／DC环节的功率变换系统拓扑结构

    为了扩容方便，双极式功率变换系统可扩展为含AC／DC和DC／DC环节的共直流侧或共交流侧的拓扑结构，如图4和图5所示。

图4  含AC／DC和DC／DC环节共直流侧的功率变换系统拓扑结构

图5  含AC／DC和DC／DC环节共交流侧的功率变换系统拓扑结构

    (3)H桥链式拓扑型。

    H桥链式功率变换系统，如图6和图7所示。采用多个功率模块串联的方法来实现高压输出，需要实现高压时，只需简单增加功率模块数即可，避免电池的过多串联；每个功率模块的结构相同，容易进行模块化设计和封装；每个功率模块都是分离的直流电源，之间彼此独立，对一个单元的控制不会影响其他单元。

图6 H桥链式功率变换系统(Y型接法)

    一级变换拓扑、两级变换拓扑结构的功率变换系统一般适用于储能单元容量不大于1MW的场合；当储能单元能量较高时，为避免多电池组的并联，可采用两级变换拓扑结构。

    H桥链式拓扑结构的功率变换系统一般适用于储能单元容量大于1MW的场合。对于35kV及以下电压等级且不考虑三相不平衡的调节，H桥链式拓扑结构可采用Y型接法。对于更高电压等级或低电压等级需考虑三相不平衡调节，H桥链式拓扑结构可采用角型接法。

    具体工程设计可根据工程实际情况、储能单元的容量、能量、电池类型和生产制造水平、对功率变换系统的性能要求综合考虑功率变换系统的拓扑。

图7  H桥链式功率变换系统(角型接法)

    电池组接于功率变换系统的直流侧，电池组的容量、能量应满足公式(3)、公式(4)的要求。

    式中：Ur——电池单体(或模块)电压(V)；

          C——电池单体(或模块)容量(Ah)；

          np——电池组等效并联电池单体(或模块)数量；

          ns——电池组等效串联电池单体(或模块)数量；

          Kcd——容量折算系数(1／h)；

          KD——电池充(放)电深度；

          KkP——容量裕度，一般取1.00～1.15，具体工程设计时应根据电池的特性和生产制造水平等来确定；

          KkE——能量裕度，一般取1.00～1.15，具体工程设计时应根据电池的特性和生产制造水平等来确定；

          P——储能单元容量要求(W)；

          E——储能单元能量要求(Wh)。

    对于电池并联，存在由于并联支路间性能(电压、内阻、能量等)的差异导致环流的存在，影响系统的安全、可靠运行，所以设计时尽量避免电池的并联，采用合适的PCS拓扑，控制电池并联个数，一般不大于2。

5.2.5  储能单元设计时为使电池组各回路能够可靠、独立的投运和退出、能够配合电池管理系统保证电池的安全、可靠运行，各回路可考虑设置可控接触器、直流断路器等开断、保护设备。

5.2.6  电池的性能影响电池裕度的选择。基于电池的性能，应适当考虑裕度。电池的寿命特性(寿命的倍率特性、温度特性、充放电深度特性等)、充放电特性(充放电的倍率特性、充放电深度特性、充放电的对称性、功率特性、能量特性等)等影响电池性能的发挥。电池工作在不同的工作区间，性能差异很大。所以，在进行电池裕度的选择时，应充分考虑影响电池性能发挥的因素。

    另外，目前电化学电池价格昂贵，是决定电化学储能电站投资的主导因素，所以电池裕度配置极大地影响了电化学储能电站的造价，为了控制投资，电池裕度配置还应充分考虑经济性。