Vilka är de vanliga fel som uppstår under drift av utrustning relaterad till industriell och kommersiell energilagring?

Som en viktig del av det nya energisystemet är den stabila drift av kommersiella och industriella energilagringsystem direkt relaterade till energieffektivitet och företagsekonomiska fördelar. Med den snabba ökningen av installerad effekt för kommersiell och industriell energilagring har utrustningsfel frekvens blivit ett avgörande faktor som påverkar investeringsavkastning. Enligt data från China Electricity Council uppgick andelen oplanerade driftstopp för energilagringsstationer till mer än 57% år 2023, och mer än 80% av dessa orsakades av problem såsom utrustningsdefekter, systemanomalier och omfattande integration. Under mina års praktik inom kommersiell och industriell energilagring har jag hanterat olika systemfel. Nu kommer jag att systematiskt analysera de vanligaste felformerna, orsakerna och lösningarna för varje subsystem i kommersiell och industriell energilagring för att ge praktisk vägledning för systemdrift och underhåll.

1. Vanliga fel och orsaksanalys för batterisystem

Batterisystemet, som kärnenergilagringsenheten i energilagringsystemet, påverkas direkta systemets övergripande prestanda vid dess fel.

1.1 Batteriförsämring

Batteriförsämring är en av de vanligaste felformerna i kommersiella och industriella energilagringsystem, framförallt visar sig som cykluslivslängdsförsämring, intern motståndökning och energitäthetsminskning. I mina fältundersökningar, enligt 2023-data, når kapacitetsförsämringen för lithiumjärnfosfatbatterier 28% efter en servicelyftid på 2,5 år, medan för ternär lithiumbatterier når den 41%, vilket långt överstiger industriförväntningarna. Denna försämring orsakas huvudsakligen av faktorer som batterimaterialsförsämring, elektrodstrukturens förändringar och elektrolytfördelning, vilket leder till en minskning av batteriets energilagringskapacitet och en minskning av systemets totala effektivitet.

1.2 Termisk ränning

Termisk ränning är den farligaste felformen i batterisystemet. När det inträffar kan det leda till brand eller till och med explosion. I min erfarenhet av hantering av nödsituationer, orsakas termisk ränning vanligtvis av abnorma temperaturgradienter. När batteriets interntemperatur överskrider 120°C kan en kedjereaktion utlösas. Till exempel, i ett kommersiellt och industriellt energilagringsprojekt som jag deltog i, översteg batterimodulens temperatur skillnad 15°C, vilket utlöste BMS-skyddsmekanismen och ledde till att systemet stängdes av. Orsakerna till termisk ränning inkluderar överladdning, överavlägsning, extern kortslutning, intern mikrokortslutning och mekanisk skada. Av dem är inkonsekvensen inuti batteriet den främsta riskfaktorn.

1.3 Oxydation och korrosion av batterikontrakter

Oxydation och korrosion av batterikontrakter är vanliga men lätt bortsebara fel i kommersiella och industriella energilagringsystem. I högtfuktiga miljöer, som jag ofta har stött på i kustområdena, är batterikontrakter sårbara för oxydation, vilket leder till ökad kontaktmotstånd, vilket i sin tur orsakar lokal överhettning och termisk ränning. Till exempel, under "sydvärt fukts återkomst" i Guangdong, uppträdde ett stort antal kondenserade vatten innuti vissa energilagringskabinetter, vilket ledde till kontraktsoxydation och frekventa systemstopp. Dessutom är läckage av elektrolyt och gasbildning inuti batteriet också vanliga fel, vilket kan leda till batteriprestandaförsämring och säkerhetsrisker.

2. Vanliga fel och orsaksanalys för Battery Management System (BMS)

BMS är "hjärnan" i energilagringsystemet, ansvarig för batteritillståndsövervakning, skydd och hantering.

2.1 Kommunikationsfel

Kommunikationsfel är det vanligaste problemet med BMS, som utgör 34% av BMS-relaterade fel. I min dagliga justeringsarbete, uttrycks kommunikationsfel huvudsakligen genom att BMS inte kan interagera normalt med det överordnade systemet, inte kan sända batteritillståndsdata eller ta emot kontrollkommandon. Detta orsakas vanligtvis av faktorer som CAN-bussstörning, dålig kontaktkoppling och protokollinkompatibilitet. Till exempel, i ett kommersiellt och industriellt energilagringsprojekt, var kommunikationsprotokollet mellan BMS och PLC inkompatibelt, vilket ledde till att ladd- och avladdningskommandon inte kunde utföras korrekt, och systemeffektiviteten sjönk med mer än 20%.

2.2 SOC/SOH-skattningssvikten

SOC/SOH-skattningssvikten är ett annat vanligt fel för BMS. I projekt jag deltagit i, om SOC-skattning felet överstiger 8% kan det leda till att laddningen avslutas för tidigt eller för sent, vilket påverkar batterilevén och systemeffektiviteten. SOC-skattningssvikten orsakas huvudsakligen av faktorer som temperaturinflytande, batteriinkonsistens, otillräcklig strömflödessensorprecision och algoritmdefekter. Till exempel, i ett energilagringsprojekt i en högtemperaturmiljö, var SOC-skattningfelet för BMS så högt som 12%, vilket ledde till att batteriet inte användes fullt ut och allvarligt påverkade intäkterna.

2.3 Firmware-versionskonflikter och programvarufel

Firmware-versionskonflikter och programvarufel är också vanliga problem för BMS. Med ökningen av intelligensgraden i energilagringsystem ökar programvarans komplexitet, och programvarusårbarheter och kompatibilitetsproblem blir alltmer framträdande. Till exempel, Tesla Model 3 hade en situation där BMS firmware-version V12.7.1 var inkompatibel med kontrollsystemet, vilket ledde till abnormal laddning för 12% av bilägare. Dessutom är degradering av BMS sensorprecision och abnorm datainsamling också vanliga fel, vilka kan orsakas av faktorer som sensoråldrande, elektromagnetisk störning och signalöverföringsproblem.

3. Vanliga fel och orsaksanalys för Power Conversion System (PCS)

PCS är kärnutrustningen för elektrisk energiomvandling i energilagringsystem, ansvarig för omvandling av likström till växelström eller vice versa.

3.1 Effektivitetsförsämring

Effektivitetsförsämring är det vanligaste problemet med PCS, framförallt visar sig som en minskning av ladd- och avladdningskonverteringsprestanda. I det faktiska mätarbetet jag har gjort, enligt testdata, är den genomsnittliga laddkonverteringsprestandan för traditionell tvånivåig PCS 95% (över 30% belastning), och avladdningskonverteringsprestandan är 96% (över 30% belastning); medan PCS som använder T-typ tre-nivåig inverter har en genomsnittlig laddkonverteringsprestanda på 95,5% (över 30% belastning) och en avladdningskonverteringsprestanda på 96,5% (över 30% belastning). Effektivitetsförsämring orsakas vanligtvis av faktorer som åldrande av IGBT/MOSFET-moduler, dålig uppvärmning och orimliga kontrollstrategier. Till exempel, i ett kommersiellt och industriellt energilagringsprojekt, opererades PCS under lång tid vid höga temperaturer, vilket ledde till åldrande av IGBT-moduler, effektiviteten sjönk till under 93%, och systemintäkterna minskade med 15%.

3.2 Överbelastningsskydd misslyckande

Överbelastningsskydd misslyckande är ett annat vanligt fel för PCS, vilket kan leda till utrustningsskada eller till och med brand. I de felhanteringsfall jag har upplevt, orsakas överbelastningsskydd misslyckande vanligtvis av faktorer som orimlig design av skyddscirkuit, degradering av sensorprecision och kontrolllogikfel. Till exempel, i ett energilagringsprojekt, misslyckades PCS med att utlösa överbelastningsskydd i tid när belastningen plötsligt ökade, vilket ledde till kondensatornedbrytning, systemet var utan drift i 2 dagar, och förlusten översteg 100 000 yuan. Dessutom är inverterfel, övermått av harmoniska och instabil utmatningsspänning/styrström också vanliga problem för PCS, vilket kan orsakas av faktorer som komponentåldrande, dålig uppvärmning och kontrollalgoritmfel.

3.3 Otillräcklig korrosionsbeständighet

Otillräcklig korrosionsbeständighet är ett speciellt fel för PCS i kommersiella och industriella energilagringsystem, särskilt i kustområden eller högfuktiga områden. I projekt jag besökt i Guangdong, kan otillräcklig korrosionsbeständighet leda till PCB-platskorrosion, oxidering av kablingskontakter och komponenternas prestandaförsämring. Till exempel, i ett kommersiellt och industriellt energilagringsprojekt i Guangdong, på grund av otillräcklig korrosionsbeständighet hos PCS, under "sydvärt fukts återkomst", korroderades PCB-platsen, vilket ledde till abnorm flera kanalsignaler och systemet kunde inte fungera normalt.

4. Vanliga fel och orsaksanalys för temperaturkontrollsystem

Temperaturkontrollsystemet är nyckeln till att säkerställa energilagringsystemets säkra drift, huvudsakligen indelas i luftkylning och vätskekylningsscheman.

4.1 Dålig uppvärmning

Dålig uppvärmning är det vanligaste problemet med temperaturkontrollsystem, vilket kan leda till en ökning av batteritemperaturen, en minskning av effektiviteten och en förkortning av livslängden. I de termiska hanteringsprojekt jag deltagit i, enligt forskning, för varje 10°C ökning i batteritemperaturen, kommer dess cykluslivslängd att förkortas med cirka 50%. Dålig uppvärmning orsakas vanligtvis av faktorer som radiatorsmuts, fläktfel, orimlig luftkanaldesign och hög omgivande temperatur. Till exempel, i ett kommersiellt och industriellt energilagringsprojekt, på grund av radiatorsmuts, översteg batteritemperaturen 45°C, utlöste BMS-skydd, systemeffektiviteten sjönk med 18%, och intäkterna minskade med cirka 80 000 yuan/år.

4.2 Läckage i vätskekylningssystem

Läckage i vätskekylningssystem är en av de farligaste felen i temperaturkontrollsystem. Läckage kommer inte bara att leda till otillräcklig kylmedel och påverka uppvärmningsprestandan, utan kan också orsaka batterikortslutning och elektriska fel. I underhållsarbete för vätskekylningssystem jag har gjort, orsakas läckage i vätskekylningssystem vanligtvis av faktorer som åldrande av tättning, rörelsebristning i rör och lösnande av kopplingar. Till exempel, i en energilagringskabinett för en LNG-mottagningsstation, på grund av åldrande av vätskekylningstättning, inträffade kylmedellsläckage, ett stort antal kondenserade vatten uppträdde inuti kabinetten, och systemet stängdes ofta av. Enligt testdata, ökar hårdheten av PTFE-tättning från 65 Shore D vid rumstemperatur till 85 Shore D vid -70°C, och komprimeringsåterhoppningsgraden minskar med 40%, vilket är den främsta orsaken till läckage.

4.3 Ojämn temperaturkontroll

Ojämn temperaturkontroll är ett vanligt problem i vätskekylningssystem, vilket kan leda till en förvärring av den interna inkonsistensen i batteripaketet. I de vätskekylningssystemdesignprojekt jag deltagit i, orsakas ojämn temperaturkontroll vanligtvis av faktorer som orimlig design av vätskekylningssystem, ojämn flödesfördelning och kontrollalgoritmfel. Till exempel, i ett kommersiellt och industriellt energilagringsprojekt, orsakade orimlig design av vätskekylningssystem en temperaturskillnad på mer än 10°C i batteripaketet, vilket accelererade batteriåldrandet och förkortade systemlivslängden med 30%.

5. Vanliga fel och orsaksanalys för Energy Management System (EMS)

EMS är "befälhavaren" för energilagringsystem, ansvarig för systemdriftsstrategi-optimering och energidispatching.

5.1 Algoritmdefekter

Algoritmdefekter är det vanligaste problemet med EMS, vilket kan leda till orimliga ladd- och avladdningsstrategier och minskade intäkter. I de energihanteringsoptimeringsprojekt jag deltagit i, till exempel, i ett kommersiellt och industriellt energilagringsprojekt, ledde EMS-algoritmdefekter till att man inte kunde förutse den optimala ladd- och avladdningstimmen korrekt när elpriset fluktuerade ofta, och årliga intäkterna minskade med cirka 15%. Algoritmdefekter orsakas vanligtvis av faktorer som osäkra modeller, otillräckliga historiska data och orimliga parameterrinställningar.

5.2 Kommunikationsavbrott

Kommunikationsavbrott är ett annat vanligt fel för EMS, vilket kan leda till att systemet inte kan ta emot överordnade kommandon eller ladda upp driftsdata. I det kommunikationsjusteringsarbete jag har gjort, orsakas kommunikationsavbrott vanligtvis av faktorer som protokollinkompatibilitet, nätverksstörning och maskinvarufel. Till exempel, i ett kommersiellt och industriellt energilagringsprojekt, var kommunikationsprotokollet mellan EMS och elnätsdispatch-systemet inkompatibelt. När elpriset ändrades i realtid kunde ladd- och avladdningsstrategier inte justeras i tid, vilket ledde till en minskning av mer än 20% av arbitrageintäkter. Dessutom är data-säkerhetssårbarheter också vanliga problem för EMS, vilket kan leda till systemattacker eller dataläckage. Enligt 2023-data, rankade tre dataläckageincidenter relaterade till MOVEit-attacker bland de tio främsta dataläckageincidenterna, vilket påverkade mer än en miljon människor.

I den faktiska drift och underhåll av kommersiella och industriella energilagringsystem behöver vi frontlinjespecialister exakt identifiera dessa feltyper, djupt förstå deras orsaker, och sedan vidta målinriktade lösningar. Endast på detta sätt kan vi säkerställa systemets stabila drift, förbättra energieffektiviteten och hjälpa företag att uppnå bättre ekonomiska fördelar samtidigt som vi bidrar till byggandet av ett nytt energisystem.