淺析儲(chǔ)能柜能量管理系統(tǒng)的核心技術(shù)與綜合性能優(yōu)化
周文浩
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801
引言
隨著能源互聯(lián)網(wǎng)和可再生能源的快速發(fā)展，儲(chǔ)能技術(shù)在我國(guó)能源結(jié)構(gòu)調(diào)整中發(fā)揮著日益重要的作用。儲(chǔ)能柜作為儲(chǔ)能系統(tǒng)的重要組成部分，其能量管理系統(tǒng)的性能優(yōu)化成為研究的熱點(diǎn)。本文將淺析儲(chǔ)能柜能量管理系統(tǒng)的，并對(duì)綜合性能優(yōu)化進(jìn)行總結(jié)，以期為我國(guó)儲(chǔ)能柜行業(yè)的發(fā)展提供參考。
一、儲(chǔ)能柜能量管理系統(tǒng)概述
儲(chǔ)能柜能量管理系統(tǒng)（Energy Management System, EMS）是實(shí)現(xiàn)對(duì)儲(chǔ)能柜中電能的存儲(chǔ)、轉(zhuǎn)換、分配和調(diào)度等功能的關(guān)鍵技術(shù)。其主要功能包括：實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)儲(chǔ)能柜運(yùn)行狀態(tài)，優(yōu)化充放電策略，提高電能轉(zhuǎn)換效率，確保系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行等。
二、儲(chǔ)能柜能量管理系統(tǒng)的核心技術(shù)
監(jiān)測(cè)技術(shù)是儲(chǔ)能柜能量管理系統(tǒng)的核心技術(shù)之一，主要包括對(duì)儲(chǔ)能柜內(nèi)電池狀態(tài)、電壓、電流、溫度等參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。通過(guò)監(jiān)測(cè)技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)儲(chǔ)能柜運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)掌握，為優(yōu)化充放電策略提供數(shù)據(jù)支持。
1. 充放電策略優(yōu)化
充放電策略優(yōu)化是提高儲(chǔ)能柜能量利用率和延長(zhǎng)電池壽命的關(guān)鍵。合理的充放電策略應(yīng)根據(jù)電池特性和負(fù)載需求，動(dòng)態(tài)調(diào)整充放電參數(shù)。目前，常見(jiàn)的充放電策略有：恒壓恒流充電、變壓變流充電、分階段充電等。
2. 電能轉(zhuǎn)換技術(shù)
電能轉(zhuǎn)換技術(shù)是儲(chǔ)能柜能量管理系統(tǒng)的核心環(huán)節(jié)，主要包括電池充放電過(guò)程中的電能轉(zhuǎn)換和電能質(zhì)量控制。通過(guò)優(yōu)化電能轉(zhuǎn)換技術(shù)，可以提高電能轉(zhuǎn)換效率，降低系統(tǒng)損耗。
3. 安全防護(hù)技術(shù)
安全防護(hù)技術(shù)是確保儲(chǔ)能柜能量管理系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的重要保障。主要包括電池過(guò)充、過(guò)放、短路、過(guò)熱等保護(hù)措施，以及電池管理系統(tǒng)（BMS）與EMS之間的通信保護(hù)。
三、儲(chǔ)能柜能量管理系統(tǒng)的綜合性能優(yōu)化
1. 提高電池利用率
通過(guò)合理設(shè)計(jì)充放電策略，提高電池的利用率，延長(zhǎng)電池壽命。例如，采用分階段充電策略，可以根據(jù)電池的實(shí)時(shí)狀態(tài)調(diào)整充電參數(shù)，實(shí)現(xiàn)電池的最佳充電效果。
2. 優(yōu)化電能轉(zhuǎn)換效率
通過(guò)優(yōu)化電能轉(zhuǎn)換技術(shù)，提高電能轉(zhuǎn)換效率，降低系統(tǒng)損耗。例如，采用高頻開(kāi)關(guān)電源、電力電子器件等先進(jìn)技術(shù)，降低電能轉(zhuǎn)換過(guò)程中的能量損失。
3. 加強(qiáng)安全防護(hù)措施
加強(qiáng)儲(chǔ)能柜能量管理系統(tǒng)的安全防護(hù)措施，確保系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。例如，設(shè)置多級(jí)保護(hù)措施，提高電池管理系統(tǒng)與EMS之間的通信保護(hù)，確保系統(tǒng)在異常情況下能夠及時(shí)響應(yīng)。
4. 智能化監(jiān)控與調(diào)度
利用大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)等先進(jìn)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)儲(chǔ)能柜能量管理系統(tǒng)的智能化監(jiān)控與調(diào)度。通過(guò)實(shí)時(shí)分析運(yùn)行數(shù)據(jù)，優(yōu)化系統(tǒng)參數(shù)，提高運(yùn)行效率。
四、Acrel-2000ES儲(chǔ)能柜能量管理系統(tǒng)
1系統(tǒng)概述
安科瑞儲(chǔ)能能量管理系統(tǒng)Acrel-2000ES，專門針對(duì)工商業(yè)儲(chǔ)能柜、儲(chǔ)能集裝箱研發(fā)的一款儲(chǔ)能EMS，具有完善的儲(chǔ)能監(jiān)控與管理功能,涵蓋了儲(chǔ)能系統(tǒng)設(shè)備(PCS、BMS、電表、消防、空調(diào)等)的詳細(xì)信息,實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)查詢與分析、可視化監(jiān)控、報(bào)警管理、統(tǒng)計(jì)報(bào)表等功能。在高級(jí)應(yīng)用上支持能量調(diào)度,具備計(jì)劃曲線、削峰填谷、需量控制、防逆流等控制功能。
2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
Acrel-2000ES，可通過(guò)直采或者通過(guò)通訊管理或串口服務(wù)器將儲(chǔ)能柜或者儲(chǔ)能集裝箱內(nèi)部的設(shè)備接入系統(tǒng)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下：
3.1實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)
系統(tǒng)人機(jī)界面友好，能夠顯示儲(chǔ)能柜的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)PCS、BMS以及環(huán)境參數(shù)信息，如電參量、溫度、濕度等。實(shí)時(shí)顯示有關(guān)故障、告警、收益等信息。
3.2設(shè)備監(jiān)控
系統(tǒng)能夠實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)PCS、BMS、電表、空調(diào)、消防、除濕機(jī)等設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)及運(yùn)行模式。
PCS監(jiān)控：滿足儲(chǔ)能變流器的參數(shù)與限值設(shè)置；運(yùn)行模式設(shè)置；實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能變流器交直流側(cè)電壓、電流、功率及充放電量參數(shù)的采集與展示；實(shí)現(xiàn)PCS通訊狀態(tài)、啟停狀態(tài)、開(kāi)關(guān)狀態(tài)、異常告警等狀態(tài)監(jiān)測(cè)。
BMS監(jiān)控：滿足電池管理系統(tǒng)的參數(shù)與限值設(shè)置；實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能電池的電芯、電池簇的溫度、電壓、電流的監(jiān)測(cè)；實(shí)現(xiàn)電池充放電狀態(tài)、電壓、電流及溫度異常狀態(tài)的告警。
空調(diào)監(jiān)控：滿足環(huán)境溫度的監(jiān)測(cè)，可根據(jù)設(shè)置的閾值進(jìn)行空調(diào)溫度的聯(lián)動(dòng)調(diào)節(jié)，并實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)空調(diào)的運(yùn)行狀態(tài)及溫濕度數(shù)據(jù)，以曲線形式進(jìn)行展示。
UPS監(jiān)控：滿足UPS的運(yùn)行狀態(tài)及相關(guān)電參量監(jiān)測(cè)。
3.3曲線報(bào)表
系統(tǒng)能夠?qū)CS充放電功率曲線、SOC變換曲線、及電壓、電流、溫度等歷史曲線的查詢與展示。
滿足儲(chǔ)能系統(tǒng)設(shè)備參數(shù)的配置、電價(jià)參數(shù)與時(shí)段的設(shè)置、控制策略的選擇。目前支持的控制策略包含計(jì)劃曲線、削峰填谷、需量控制等。
儲(chǔ)能能量管理系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)告警功能，系統(tǒng)能夠?qū)?/span>儲(chǔ)能充放電越限、溫度越限、設(shè)備故障或通信故障等事件發(fā)出告警。
3.6事件查詢統(tǒng)計(jì)
儲(chǔ)能能量管理系統(tǒng)能夠?qū)b信變位，溫濕度、電壓越限等事件記錄進(jìn)行存儲(chǔ)和管理，方便用戶對(duì)系統(tǒng)事件和報(bào)警進(jìn)行歷史追溯，查詢統(tǒng)計(jì)、事故分析。
可以通過(guò)每個(gè)設(shè)備下面的紅色按鈕對(duì)PCS、風(fēng)機(jī)、除濕機(jī)、空調(diào)控制器、照明等設(shè)備進(jìn)行相應(yīng)的控制，但是當(dāng)設(shè)備未通信上時(shí)，控制按鈕會(huì)顯示無(wú)效狀態(tài)。
3.8用戶權(quán)限管理
儲(chǔ)能能量管理系統(tǒng)為保障系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，設(shè)置了用戶權(quán)限管理功能。通過(guò)用戶權(quán)限管理能夠防止未經(jīng)授權(quán)的操作（如遙控的操作，數(shù)據(jù)庫(kù)修改等）。可以定義不同級(jí)別用戶的登錄名、密碼及操作權(quán)限，為系統(tǒng)運(yùn)行、維護(hù)、管理提供可靠的安全保障。
3.9安科瑞配套產(chǎn)品
序號(hào) | 設(shè)備 | 型號(hào) | 圖片 | 說(shuō)明 |
1 | 儲(chǔ)能能量管理系統(tǒng) | Acrel-2000ES |
| 實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能設(shè)備的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控，統(tǒng)計(jì)分析、異常告警、優(yōu)化控制、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)等； 策略控制:計(jì)劃曲線、需量控制、削峰填谷、備用電源等。 |
2 | 觸摸屏電腦 | PPX-133L |
| 1)承接系統(tǒng)軟件 2)可視化展示:顯示系統(tǒng)運(yùn)行信息 |
3 | 交流計(jì)量表計(jì) | DTSD1352 |
| 集成電力參量及電能計(jì)量及考核管理，提供各類電能數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)。具有諧波與總諧波含量檢測(cè)，帶有開(kāi)關(guān)量輸入和開(kāi)關(guān)量輸出可實(shí)現(xiàn)“遙信"和“遙控"功能，并具備報(bào)警輸出。帶有RS485 通信接口，可選用MODBUS-RTU或 DL/T645協(xié)議。 |
4 | 直流計(jì)量表計(jì) | DJSF1352 |
| 表可測(cè)量直流系統(tǒng)中的電壓、電流、功率以及正反向電能等;具有紅外通訊接口和RS-485通訊接口，同時(shí)支持Modbus-RTU協(xié)議和DLT645協(xié)議;可帶繼電器報(bào)警輸出和開(kāi)關(guān)量輸入功能。 |
5 | 溫度在線監(jiān)測(cè)裝置 | ARTM-8 |
| 適用于多路溫度的測(cè)量和控制，支持測(cè)量8通道溫度;每一通道溫度測(cè)量對(duì)應(yīng)2段報(bào)警，繼電器輸出可以任意設(shè)置報(bào)警方向及報(bào)警值。 |
6 | 通訊管理機(jī) | ANet-2E8S1 |
| 能夠根據(jù)不同的采集規(guī)約進(jìn)行水表、氣表、電表、微機(jī)保護(hù)等設(shè)備終端的數(shù)據(jù)采集匯總；提供規(guī)約轉(zhuǎn)換、透明轉(zhuǎn)發(fā)、數(shù)據(jù)加密壓縮、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、邊緣計(jì)算等多項(xiàng)功能；實(shí)時(shí)多任務(wù)并行處理數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，可多鏈路上送平臺(tái)據(jù)。 |
7 | 串口服務(wù)器 | Aport |
| 功能:轉(zhuǎn)換“輔助系統(tǒng)"的狀態(tài)數(shù)據(jù)，反饋到能量管理系統(tǒng)中。1)空調(diào)的開(kāi)關(guān)，調(diào)溫，及斷電(二次開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn))；2)上傳配電柜各個(gè)空開(kāi)信號(hào)；3)上傳UPS內(nèi)部電量信息等；4)接入電表、BSMU等設(shè)備 |
8 | 遙信模塊 | ARTU-KJ8 |
| 1)反饋各個(gè)設(shè)備狀態(tài)，將相關(guān)數(shù)據(jù)到串口服務(wù)器；2)讀消防1/0信號(hào)，并轉(zhuǎn)發(fā)給到上層(關(guān)機(jī)、事件上報(bào)等)；3)采集水浸傳感器信息，并轉(zhuǎn)發(fā)給到上層(水浸信號(hào)事件上報(bào))；4)讀取門禁程傳感器信息，并轉(zhuǎn)發(fā)給到上層(門禁事件上報(bào))。 |
五、結(jié)束語(yǔ)
儲(chǔ)能柜能量管理系統(tǒng)技術(shù)在新能源領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。通過(guò)對(duì)儲(chǔ)能柜能量管理系統(tǒng)的組成、功能及實(shí)踐應(yīng)用進(jìn)行淺析和總結(jié)，有助于提高我國(guó)儲(chǔ)能柜能量管理系統(tǒng)的技術(shù)水平，為我國(guó)能源事業(yè)的發(fā)展貢獻(xiàn)力量。
參考文獻(xiàn)
[1] 企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè)2022.05版.
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