安科瑞 劉邁(mài)

　　摘要(yào)：本(běn)文在對光(guāng)儲(chǔ)充係(xì)統(tǒng)相關(guān)研(yán)究(jiū)的基礎(chǔ)上，設計了一種(zhǒng)園區光儲充能量(liáng)管理係(xì)統（EMS）。介(jiè)紹(shào)了EMS的係統架(jià)構及(jí)設(shè)備(bèi)管理，係(xì)統(tǒng)管(guǎn)理，數據展示(shì)，能(néng)源分析等功(gōng)能設計(jì)，根據(jù)光(guāng)伏(fú)發電量和(hé)用(yòng)電負荷，結(jié)合(hé)峰穀用(yòng)電(diàn)時(shí)段(duàn)分布，製定(dìng)了能量管理策(cè)略(lüè)，實現了經濟利益*大化。

　　關鍵詞(cí)：光儲(chǔ)充(chōng)係(xì)統；儲能；能(néng)量(liáng)管理

　　0.引言

　　隨著我國(guó)“碳達峰"“碳中和"計劃的提出(chū)，我國能源(yuán)結構將持續調整，風(fēng)力發電(diàn)，光伏發電(diàn)等新能(néng)源發(fā)電將(jiāng)會(huì)迎來(lái)跨越式發展(zhǎn)。由(yóu)於新能源(yuán)發電(diàn)具有(yǒu)很強(qiáng)的波動性(xìng)和隨機性，大(dà)規模接(jiē)入電(diàn)網會(huì)對電網造成(chéng)巨(jù)大(dà)的衝(chōng)擊。運(yùn)用(yòng)儲(chǔ)能(néng)技術可(kě)以有效(xiào)平(píng)抑(yì)新能(néng)源發電(diàn)的波動(dòng)性和隨機(jī)性，從而在提(tí)升(shēng)新能源接入電網比例(lì)的(dí)同(tóng)時(shí)保持(chí)電網(wǎng)穩定。同時(shí)，在*家(jiā)對(duì)新能(néng)源(yuán)汽車(chē)產業(yè)發(fā)展大力支持和動力電池技術(shù)日漸(jiàn)成熟(shú)的背(bèi)景(jǐng)下(xià)，新能(néng)源汽(qì)車市場發展(zhǎn)迅速，產銷(xiāo)量快(kuài)速提升(shēng)。特別(bié)是(shì)在新增乘(chéng)用汽車(chē)市(shì)場(cháng)，消費(fèi)者(zhě)購(gòu)買(mǎi)新能(néng)源(yuán)汽車(chē)的(dí)比例(lì)不(bù)斷提(tí)升(shēng)。因此(cǐ)，隨著(zhuó)新能源(yuán)汽車(chē)社會保(bǎo)有量(liáng)不斷(duàn)提升(shēng)，充電(diàn)樁(zhuāng)的需(xū)求量隨之持(chí)續上漲，成為(wéi)未(wèi)來重要(yào)的(dí)用電負(fù)荷。將分(fēn)布式(shì)新能源(yuán)發電(diàn)係統，儲(chǔ)能(néng)係(xì)統(tǒng)及充電(diàn)樁相結合(hé)可(kě)以(yǐ)組(zǔ)成(chéng)光(guāng)儲充係統。通(tōng)過能量管(guǎn)理係統（EMS）控(kòng)製光儲(chǔ)充(chōng)係(xì)統內相(xiāng)關(guān)設備(bèi)間的(dí)配合，可以(yǐ)提(tí)升(shēng)係統整體的安全性(xìng)，可靠(kào)性。同時根(gēn)據電(diàn)價信息，功(gōng)率限製政(zhèng)策(cè)，應(yīng)急(jí)供電需求等製定合適(shì)的運行調度策略，可(kě)以有效增加係統的經(jīng)濟(jì)收(shōu)益。基(jī)於(yú)上述(shù)目的(dí)，本(běn)文設計(jì)了一(yī)種(zhǒng)園(yuán)區光(guāng)儲(chǔ)充(chōng)能量管理(lǐ)係統，其(qí)主(zhǔ)要功能(néng)為實(shí)時運行(háng)狀(zhuàng)態監(jiān)控，運行數(shù)據的(dí)采集，展(zhǎn)示，儲(chǔ)存(cún)與(yǔ)分析，在確(què)保(bǎo)係(xì)統安全(quán)運(yùn)行(háng)的(dí)同(tóng)時(shí)提(tí)升係統的(dí)運(yùn)行(háng)經濟性。

　　1.光(guāng)伏儲能(néng)係統的基礎(chǔ)

　　光伏發電(diàn)技(jì)術是(shì)一種將太陽輻(fú)射(shè)能轉化(huà)為(wéi)電(diàn)能的過(guò)程。它基於光(guāng)伏效應(yīng)，這(zhè)是一(yī)種物(wù)理現(xiàn)象，根據這一(yī)現(xiàn)象(xiàng)，某些(xiē)材料在(zài)受到(dào)光照射(shè)時(shí)會產生(shēng)電流。光伏電池(chí)通常由(yóu)半導(dǎo)體(tǐ)材料(liào)製(zhì)成，比較(jiào)常(cháng)見的是(shì)矽(guī)。當光子（太陽光(guāng)）碰撞(zhuàng)到光伏電(diàn)池(chí)的半導體(tǐ)表麵(miàn)時，它(tā)們激(jī)發(fā)了電(diàn)子(zǐ)，使其從材料中(zhōng)釋放出來，從而(ér)形(xíng)成電流。這產生的(dí)直(zhí)流電流(liú)可以(yǐ)被用(yòng)來為(wéi)電網供(gōng)電或(huò)儲(chǔ)存在電池(chí)中(zhōng)以備(bèi)將來使用，以(yǐ)便(biàn)在晚上或(huò)雲天等不(bù)可控的時段供(gōng)電(diàn)。

　　儲(chǔ)能(néng)技(jì)術(shù)是光伏(fú)儲能(néng)係(xì)統的(dí)關鍵(jiàn)組成(chéng)部分(fēn)，它允許將(jiāng)通(tōng)過(guò)光伏發電(diàn)產生的(dí)電能儲(chǔ)存在電(diàn)池(chí)或(huò)其(qí)他(tā)儲(chǔ)能(néng)設備中，常(cháng)見的儲能技(jì)術(shù)包括：

　　鋰離子電池(chí)：這是目前(qián)*常(cháng)用的儲能技(jì)術(shù)之(zhī)一(yī)，用於存(cún)儲(chǔ)電能(néng)，供(gōng)應家庭(tíng)，工業(yè)和商(shāng)業(yè)用(yòng)途(tú)。

　　鉛(qiān)酸(suān)電池(chí)：被廣泛(fàn)應(yīng)用於低(dī)成本和短期應用中(zhōng)。

　　電容(róng)器：具有高速(sù)充放(fàng)電能力，通(tōng)常用於瞬態儲(chǔ)能(néng)需(xū)求。

　　氫能源儲能(néng)：通(tōng)過將(jiāng)電能用(yòng)於製氫，將氫(qīng)儲(chǔ)存(cún)在燃料(liào)電池(chí)中，以供電時(shí)重新(xīn)產生電能。

　　熱(rè)能儲能：利用熱能儲(chǔ)存原(yuán)理，例如蓄熱(rè)式太(tài)陽能(néng)電站。

　　2.光(guāng)伏儲能(néng)係統的工作原理

　　光(guāng)伏發(fā)電：光(guāng)伏電池(chí)在(zài)陽光(guāng)照射下(xià)產生(shēng)直流(liú)電。這一過程是係統的電(diàn)力輸入。

　　電能轉(zhuǎn)換(huàn)：直流電(diàn)經(jīng)過逆變(biàn)器(qì)轉換為交流電，以便在(zài)電(diàn)網中使用或供給交流設備。

　　電(diàn)能儲(chǔ)存：剩餘(yú)的(dí)電能(néng)可以儲存在(zài)電(diàn)池(chí)或其他儲能(néng)設(shè)備(bèi)中(zhōng)，以備(bèi)將來使用。這(zhè)是係統的能量存(cún)儲部分(fēn)。

　　能量管理：係(xì)統的(dí)能量管理(lǐ)控製器監控(kòng)能(néng)源需求，電(diàn)池(chí)狀(zhuàng)態和其(qí)他參數，並(bìng)根據需要分(fēn)配電(diàn)能。它(tā)確保(bǎo)在不可預(yù)測的太陽能供(gōng)應(yīng)條件(jiàn)下，係統能夠(gòu)提(tí)供(gōng)連續可靠(kào)的電(diàn)力(lì)供應。

　　電網互(hù)連：如(rú)果(guǒ)係統與(yǔ)電(diàn)網(wǎng)互(hù)連，多餘的電能(néng)可以(yǐ)賣(mài)給(gěi)電網，從而(ér)實(shí)現(xiàn)雙向(xiàng)電流(liú)。這有(yǒu)助於提高係統(tǒng)的(dí)經濟性(xìng)和可持續(xù)性。

　　3.光儲充(chōng)能量管理係(xì)統(tǒng)（EMS）結構

　　光儲(chǔ)充(chōng)係(xì)統分為三個部(bù)分：光(guāng)伏發電係統，儲(chǔ)能係統和(hé)充電(diàn)樁係統。三(sān)個(gè)係統通(tōng)過(guò)AC400V母綫(xiàn)49耦(ǒu)合(hé)，通過(guò)以太(tài)網(wǎng)與(yǔ)EMS進(jìn)行通訊(xùn)，由(yóu)EMS協調控製(zhì)各(gè)係(xì)統的(dí)運(yùn)行(háng)策略(lüè)。EMS可以(yǐ)通過(guò)網絡將(jiāng)監控(kòng)數(shù)據(jù)傳送給遠(yuǎn)方監控(kòng)係統(tǒng)和(hé)監視大(dà)屏顯(xiǎn)示係統。光(guāng)儲(chǔ)充係統的係(xì)統架構如下圖所(suǒ)示。

圖1光(guāng)儲充係統的係統(tǒng)架構(gòu)

　　EMS是(shì)光儲(chǔ)充係(xì)統的核(hé)心組(zǔ)成部分，負責整個係統的底(dǐ)層(céng)數據采集，係(xì)統網(wǎng)絡監(jiān)控(kòng)，能量管理調度(dù)和運(yùn)行數據(jù)分析。為(wéi)保證光(guāng)儲充(chōng)係統(tǒng)的穩(wěn)定(dìng)運(yùn)行，EMS采(cǎi)用(yòng)兩(liǎng)級(jí)分(fēn)級控製(zhì)體分為本(běn)地(dì)EMS和集(jí)控EMS，其結構圖如下圖(tú)所(suǒ)示。

圖2能量管理係統(tǒng)（EMS）結(jié)構圖(tú)

　　本地(dì)EMS可(kě)實現(xiàn)對(duì)儲(chǔ)能變流器（PCS），電(diàn)池管理係(xì)統(tǒng)（BMS），光(guāng)伏逆變(biàn)器(qì)，充(chōng)電樁和(hé)電(diàn)網(wǎng)的(dí)數據采集，並(bìng)根據(jù)峰穀(gǔ)電價，限電政(zhèng)策，應急需(xū)求(qiú)等不(bù)同的使用場(cháng)景，製定(dìng)和運行不同的能量(liáng)管(guǎn)理(lǐ)策略(lüè)。本(běn)地EMS通過(guò)向PCS發送有(yǒu)功，無功等控(kòng)製(zhì)指(zhǐ)令(líng)控(kòng)製(zhì)PCS執行(háng)相應的(dí)動作，同(tóng)時可以將監(jiān)測(cè)的光(guāng)儲充係(xì)統(tǒng)實時運行狀態，係統內(nèi)各種設(shè)備狀(zhuàng)態(tài)等信息(xī)上傳至(zhì)集(jí)控EMS。

　　集控(kòng)EMS由(yóu)EMS工作站和(hé)EMS服務(wù)器(qì)構成。EMS工(gōng)作站(zhàn)的主要功能(néng)是(shì)實時(shí)監(jiān)控光儲充係統(tǒng)的運行狀(zhuàng)態，同時負(fù)責(zé)製定(dìng)光儲充(chōng)係統(tǒng)的運(yùn)行模(mó)式(shì)；而EMS服務器(qì)的(dí)主(zhǔ)要功能是儲(chǔ)存光儲(chǔ)充係統的(dí)運行數據，可(kě)以提供歷史數據查(chá)詢(xún)，數據分(fēn)析等(děng)服務，是(shì)後(hòu)期根(gēn)據大(dà)數據(jù)分析(xī)製(zhì)定(dìng)運(yùn)行策略的前提保障(zhàng)。

　　4.Acrel-2000ES儲能(néng)櫃(guì)能(néng)量管(guǎn)理(lǐ)係統

　　4.1係(xì)統(tǒng)概述

　　安科瑞(ruì)儲能(néng)能量管理(lǐ)係統Acrel-2000ES，專門針(zhēn)對工商業儲能櫃，儲能(néng)集裝(zhuāng)箱研發的(dí)一(yī)款(kuǎn)儲能EMS，具有(yǒu)*的(dí)儲能監(jiān)控與管理功能,涵(hán)蓋(gài)了儲(chǔ)能(néng)係(xì)統(tǒng)設(shè)備(PCS，BMS，電表，消防(fáng)，空(kōng)調(tiáo)等)的詳(xiáng)細(xì)信(xìn)息,實現了(liǎo)數(shù)據采(cǎi)集，數(shù)據處(chǔ)理(lǐ)，數(shù)據(jù)存儲，數據查(chá)詢與分(fēn)析，可視(shì)化監(jiān)控(kòng)，報(bào)警管理，統(tǒng)計報表等功(gōng)能。在*級應用(yòng)上支持能量(liáng)調(tiáo)度,具(jù)備(bèi)計劃(huá)曲(qū)綫(xiàn)，削峰填(tián)穀(gǔ)，需量控(kòng)製，防逆(nì)流等(děng)控(kòng)製(zhì)功能(néng)。

　　4.2係統結構

　　Acrel-2000ES，可(kě)通過直采(cǎi)或者通(tōng)過(guò)通訊管(guǎn)理或串(chuàn)口服務(wù)器(qì)將儲能櫃(guì)或(huò)者儲能集裝箱內部(bù)的設備接入係統(tǒng)。係統結(jié)構如下(xià)：

4.3係統(tǒng)功(gōng)能(néng)

　　4.3.1實(shí)時監(jiān)測

　　係統(tǒng)人(rén)機(jī)界(jiè)麵(miàn)友(yǒu)好(hǎo)，能夠顯(xiǎn)示儲能(néng)櫃的運(yùn)行狀態(tài)，實時監測(cè)PCS，BMS以及環境參數(shù)信(xìn)息(xī)，如電參量(liáng)，溫度(dù)，濕度等。實時(shí)顯(xiǎn)示(shì)有(yǒu)關(guān)故(gù)障，告警(jǐng)，收益等(děng)信息(xī)。

4.3.2設備(bèi)監控

　　係(xì)統能(néng)夠實時監測(cè)PCS，BMS，電表，空調，消(xiāo)防(fáng)，除(chú)濕(shī)機(jī)等設(shè)備(bèi)的(dí)運行狀(zhuàng)態及運行模(mó)式。

　　PCS監(jiān)控：滿足儲能(néng)變(biàn)流(liú)器(qì)的參數與限值設置；運行(háng)模式設置；實現(xiàn)儲能變流器交(jiāo)直(zhí)流(liú)側(cè)電(diàn)壓(yā)，電(diàn)流，功(gōng)率及(jí)充(chōng)放電(diàn)量參(cān)數(shù)的采集與(yǔ)展示；實現(xiàn)PCS通(tōng)訊狀態(tài)，啟停(tíng)狀態，開(kāi)關狀態(tài)，異(yì)常(cháng)告(gào)警(jǐng)等狀態(tài)監(jiān)測。

　　BMS監控：滿足電(diàn)池管理係統的(dí)參數與(yǔ)限值(zhí)設(shè)置；實現(xiàn)儲能電(diàn)池(chí)的電(diàn)芯(xīn)，電(diàn)池(chí)簇的(dí)溫(wēn)度(dù)，電壓，電(diàn)流(liú)的監(jiān)測；實現(xiàn)電池充(chōng)放(fàng)電(diàn)狀態，電(diàn)壓(yā)，電流及溫度異常狀(zhuàng)態的告警(jǐng)。

　　空(kōng)調監控：滿(mǎn)足環境溫度的(dí)監測，可(kě)根(gēn)據設(shè)置的閾值進(jìn)行(háng)空(kōng)調(tiáo)溫(wēn)度的聯動(dòng)調(tiáo)節，並實(shí)時(shí)監測(cè)空調(tiáo)的運(yùn)行狀態及溫濕(shī)度數(shù)據，以曲(qū)綫形式進(jìn)行展(zhǎn)示(shì)。

　　UPS監(jiān)控(kòng)：滿(mǎn)足(zú)UPS的運行(háng)狀態及(jí)相(xiāng)關(guān)電參量(liáng)監(jiān)測(cè)。

　　4.3.3曲綫(xiàn)報表

　　係統能夠對PCS充(chōng)放電(diàn)功率(shuài)曲綫，SOC變換(huàn)曲(qū)綫，及(jí)電壓，電(diàn)流(liú)，溫度等(děng)歷史曲綫的查詢與展示(shì)。

4.3.4策略配置

　　滿足儲(chǔ)能(néng)係(xì)統(tǒng)設(shè)備參數的配置，電價參(cān)數(shù)與(yǔ)時段(duàn)的(dí)設置，控製策略的(dí)選擇。目(mù)前(qián)支持(chí)的(dí)控製(zhì)策略(lüè)包(bāo)含(hán)計(jì)劃曲綫，削峰填穀，需量控製等(děng)。

4.3.5實時報警

　　儲(chǔ)能能(néng)量(liáng)管理係統具有實時告(gào)警(jǐng)功能，係(xì)統能夠對儲能(néng)充(chōng)放電越(yuè)限，溫(wēn)度越限，設備(bèi)故障或通(tōng)信故(gù)障等(děng)事(shì)件發出告警(jǐng)。

4.3.6事件查詢統(tǒng)計

　　儲能(néng)能量(liáng)管理係(xì)統能(néng)夠對遙(yáo)信變(biàn)位，溫(wēn)濕(shī)度(dù)，電壓(yā)越限(xiàn)等事件記錄進(jìn)行存(cún)儲和管理(lǐ)，方便(biàn)用戶對係(xì)統(tǒng)事件和報(bào)警(jǐng)進行(háng)歷史追溯，查(chá)詢統計(jì)，事故分析。

4.3.7遙控操作(zuò)

　　可(kě)以(yǐ)通過(guò)每(měi)個設備下(xià)麵的(dí)紅(hóng)色按(àn)鈕對(duì)PCS，風(fēng)機，除濕機(jī)，空(kōng)調(tiáo)控製器(qì)，照(zhào)明等設(shè)備進行相應的(dí)控(kòng)製，但(dàn)是當設備(bèi)未(wèi)通信(xìn)上時，控(kòng)製(zhì)按鈕會顯(xiǎn)示(shì)無(wú)效(xiào)狀(zhuàng)態(tài)。

4.3.8用(yòng)戶權限(xiàn)管理

　　儲能(néng)能量管(guǎn)理係統(tǒng)為保障係統安(ān)全(quán)穩定運行(háng)，設(shè)置了用戶(hù)權限管理功(gōng)能(néng)。通過(guò)用戶權限管(guǎn)理(lǐ)能夠防(fáng)止未(wèi)經授(shòu)權(quán)的(dí)操作（如(rú)遙控的(dí)操作(zuò)，數據庫(kù)修(xiū)改等(děng)）。可以定義不同級(jí)別(bié)用戶的登(dēng)錄名，密(mì)碼(mǎ)及(jí)操(cāo)作權(quán)限(xiàn)，為係統(tǒng)運(yùn)行(háng)，維(wéi)護，管(guǎn)理提供(gōng)可靠的安(ān)全保(bǎo)障。

5.相(xiāng)關(guān)平台部署(shǔ)硬(yìng)件選型清(qīng)單

　　6.結(jié)束語(yǔ)

　　本文(wén)設計了(liǎo)一種(zhǒng)園區光儲(chǔ)充(chōng)能量管理係統，具有實(shí)時監控，設備(bèi)管(guǎn)理(lǐ)，係(xì)統調度，能(néng)源分析等功能(néng)，根(gēn)據(jù)光伏係(xì)統(tǒng)發(fā)電功率(shuài)和用電負荷(hé)總(zǒng)負荷(hé)功率(shuài)，結合當地(dì)峰(fēng)穀(gǔ)用電時間段(duàn)分布政(zhèng)策(cè)，製定了儲能係(xì)統(tǒng)控製策略(lüè)，實現了平移園區(qū)用電負荷，峰穀套利，園(yuán)區(qū)經濟(jì)利益(yì)*大化。該光儲充能量管理(lǐ)係統已經在成(chéng)都(dū)某(mǒu)企業園(yuán)區安(ān)全穩定運行，為(wéi)區(qū)域電(diàn)網(wǎng)錯峰避開(kāi)負荷高峰(fēng)發揮了巨大的作(zuò)用(yòng)，取得了很好(hǎo)的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益(yì)。

　　參考文獻

　　[1]王(wáng)曉華(huá),孫德亮,李(lǐ)維華.光(guāng)儲(chǔ)微(wēi)網係統(tǒng)設(shè)計(jì)與(yǔ)應(yīng)用[J].合肥(féi)工業(yè)大(dà)學學報(bào)(自(zì)然科學版),2016,39(1):79-83

　　[2]傅(fù)金洲.光(伏)儲(能(néng))一體發電係(xì)統的(dí)儲(chǔ)能(néng)配置和(hé)能量管理策略研(yán)究(jiū)[D].合(hé)肥工(gōng)業大學(xué),2018

　　[3]王誌(zhì)民，林(lín)雲鬆， 鄢(yān)治國，張川，張豪亨.園區光(guāng)儲充能量管(guǎn)理係統設計及(jí)應用園園[4]安(ān)科(kē)瑞(ruì)企業微(wēi)電網設計(jì)與應(yīng)用手(shǒu)冊.2022.05版(bǎn).