1.拓扑结构

(1)集中式

    集中式储能系统是指低压大功率集中式升压并网储能系统，由电池多簇并联后与PCS相连，PCS采用大功率、高效率的产品。目前主流的集中式方案是直流侧并联1500V方案。与1000V储能系统相比，1500V储能系统能量密度和功率密度均有所提升，相同容量的电站，电池系统及线缆等设备成本大幅降低，基建和土地投资成本也同步减少。

    1500V储能系统还可以降低交直流侧线损及变压器低压侧绕组的损耗，提高电站系统效率。但是电池串联的数量增加，一致性控制难度增大，直流拉弧风险预防保护及电气绝缘设计等要求也更高。

(2)分布式

    分布式储能系统是指低压小功率分布式升压并网储能系统，每一电池簇都与一个PCS单元相连，PCS采用小功率、组串式的产品。分布式方案将电池簇的直流侧并联通过组串式PCS变换为交流侧并联，避免了直流侧并联产生环流、容量损失、直流拉弧风险，提升运营安全。同时控制精度从多个电池簇变为单个电池簇，控制效率更高。

(3)高压直挂型

    高压直挂型储能系统主要由交流断路器、隔离开关、充电限流电阻、电阻旁路开关、PCS换流器及每个PCS单元连接的电池簇组成。其电气原理为:成套PCS换流器基于模块化的级联多电平技术，每相换流器由N个PCS单元组成，三相角接。每个PCS单元采用全控型器件如IGBT组成的H桥结构，将电池簇的直流电压变换为交流电压，N个PCS单元通过控制算法将输出的交流电压叠加形成谐波含量小，与并网点电压等级相匹配的交流电压，一般可实现10kV~66kV电压等级直接并网。

    高压直挂型储能系统具有安全性高、转换效率高、响应速度快、一次系统架构简单及兼容性高等优点。

2.热管理

    热管理是储能安全的重要保障，也是BMS的关键环节。根据《中国能源报》的统计，2011年一2021年全球32起储能电站起火爆炸事故中，66%(21起)起火爆炸发生在充电中或充电后休止中。在这一阶段，电池活性较大，电芯处于过充状态，电压升高形成内短路，容易造成局部热失控从而引发自燃失火等问题。由于过高或过低的温度环境都将导致电芯失控、BMS失效、PCS保护失效、火灾防护失效等后果，引发储能安全隐患，因此热管理环节是储能核心安全环节之一。目前电化学储能温控系统冷却主要包括风冷、液冷两种方式。

    风冷以空气为冷却介质，利用对流换热降低电池温度，具备方案成熟、结构简单、易维护、成本低等优点。但由于空气的比热容低，导热系数低，风冷一般应用于功率密度较低场景，如通信基站、小型地面电站等。

    液冷主要以水、乙二醇水溶液等液体为冷却介质，通过对流将电池产生的热量带走，结构较为复杂，安全等级要求高，所以液冷成本明显高于风冷，但其优点明显，散热效率高且均匀、能耗较低、占地面积小、系统适应性。随着储能系统规模和能量密度的逐渐提高，液冷能量密度高、占地面积小、能耗低的综合优势会进一步凸显。

3.消防方案

    目前储能站针对磷酸铁锂电池采用的灭火技术主要有全淹没式七氟丙烷气体灭火系统、全氟乙酮灭火系统、细水雾灭火系统。

(1)全淹没式七氟丙烷气体灭火系统

    七氟丙烷是一种无色、无味、不导电的气体，其灭火原理是对化学反应链的反应抑制，是以液体储存，气体释放的形式，在喷完之后可利用通风系统将气体排出室内，灭火完之后不会留有残留物，也不会对现场的电气设备造成任何损耗和污染。

    储能电池预制舱七氟丙烷气体灭火系统采用全淹没式灭火系统，由柜式七氟丙烷灭火装置(包括钢瓶、容器阀组件、驱动装置、喷嘴等)、火灾探测器、火灾报警主机、气体灭火控制器、泄压装置等组成。

    当感温探测器、感烟探测器、手动报警按钮任两两组合报警时，即可启动气体灭火系统。由火灾报警主机发出联动控制信号给气体灭火控制器，联动关闭非消防用设备的电源，关闭空调和通风设备，延时结束后，打开启动电磁阀，释放灭火剂，进行灭火。

(2)全氟乙酮灭火系统

    全氟乙酮在常温下为无色无味的液体，沸点仅为49°C，因此它高温环境下高于60°C，通过汽化吸热原理，它将带走大部分的热量，有利于锂离子电池热失控发生时的降温。

    全氟乙酮灭火系统包括储能抑制主机、监测模块、分流阀、雾化喷头及管道等。每个储能电池预制舱内设置一套全氟乙酮灭火系统，以舱内每个电池模块为一个防火分区，每个电池模块需设置防火分隔，每个电池模块设置1个分流阀及配套雾化喷头。系统支持通过配套的数据处理模块进行控制，对火源进行编程式点动喷射，有利于提高降温效果。系统具有自动控制、本地手动、远程手动控制和应急操作等功能。火灾报警主机发出联动控制信号给气体灭火系统控制器，联动关闭非消防用设备的电源，关闭空调和通风设备，延时结束后，打开启动电磁阀，释放灭火剂，进行灭火。

(3)细水雾灭火系统

    细水雾是相对于水喷雾的概念，是使用特殊喷嘴，通过高压产生的细小的水微粒。细水雾灭火系统的特点有冷却速度快，防止复燃能力强，对热辐射有很好的屏蔽作用，扑救电气设备火灾具有良好的安全性。

    细水雾灭火系统包括泵组、细水雾消防水箱、控制器件及阀组、管网喷头等。泵组、细水雾消防水箱等布置在专用的细水雾泵房内。以舱内每个电池模块为一个防火分区，每个电池模块内均安装一只细水雾喷头，分区控制阀设置在舱外。当电池预制舱内任意电池模块起火后，细水雾灭火系统开启，整个电池预制舱内所有电池模块内的细水雾喷头均喷放细水雾，以局部应用灭火方式进行灭火。系统一方面扑灭起火电池模组火灾，另一方面对未起火电池模组进行冷却保护，防止热失控和火灾蔓延，被喷射的电池模组不能后续使用。

    2023年1月《电化学储能电站安全规程》GB/T42288-2022正式发布，《规程》明确了自动灭火系统的最小保护单元应为电池模块，每个电池模块宜单独配置探测器和灭火介质喷头。灭火介质应具有良好的绝缘性和降温性能，能扑灭电池火灾和电气设备火灾，且防止复燃。因此，目前业内最广泛使用的全淹没式七氟丙烷气体灭火系统将不能满足该国标要求。