淺析儲能柜能量管理系統(tǒng)的核心技術與綜合性能優(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)網和可再生能源的快速發(fā)展，儲能技術在我國能源結構調整中發(fā)揮著日益重要的作用。儲能柜作為儲能系統(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。本文將淺析儲能柜能量管理系統(tǒng)的，并對綜合性能優(yōu)化進行總結，以期為我國儲能柜行業(yè)的發(fā)展提供參考。
一、儲能柜能量管理系統(tǒng)概述
儲能柜能量管理系統(tǒng)（Energy Management System, EMS）是實現(xiàn)對儲能柜中電能的存儲、轉換、分配和調度等功能的關鍵技術。其主要功能包括：實時監(jiān)測儲能柜運行狀態(tài)，優(yōu)化充放電策略，提高電能轉換效率，確保系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行等。
二、儲能柜能量管理系統(tǒng)的核心技術
監(jiān)測技術是儲能柜能量管理系統(tǒng)的核心技術之一，主要包括對儲能柜內電池狀態(tài)、電壓、電流、溫度等參數(shù)的實時監(jiān)測。通過監(jiān)測技術，可以實現(xiàn)對儲能柜運行狀態(tài)的實時掌握，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)化是提高儲能柜能量利用率和延長電池壽命的關鍵。合理的充放電策略應根據(jù)電池特性和負載需求，動態(tài)調整充放電參數(shù)。目前，常見的充放電策略有：恒壓恒流充電、變壓變流充電、分階段充電等。
2. 電能轉換技術
電能轉換技術是儲能柜能量管理系統(tǒng)的核心環(huán)節(jié)，主要包括電池充放電過程中的電能轉換和電能質量控制。通過優(yōu)化電能轉換技術，可以提高電能轉換效率，降低系統(tǒng)損耗。
3. 安全防護技術
安全防護技術是確保儲能柜能量管理系統(tǒng)穩(wěn)定運行的重要保障。主要包括電池過充、過放、短路、過熱等保護措施，以及電池管理系統(tǒng)（BMS）與EMS之間的通信保護。
三、儲能柜能量管理系統(tǒng)的綜合性能優(yōu)化
1. 提高電池利用率
通過合理設計充放電策略，提高電池的利用率，延長電池壽命。例如，采用分階段充電策略，可以根據(jù)電池的實時狀態(tài)調整充電參數(shù)，實現(xiàn)電池的最佳充電效果。
2. 優(yōu)化電能轉換效率
通過優(yōu)化電能轉換技術，提高電能轉換效率，降低系統(tǒng)損耗。例如，采用高頻開關電源、電力電子器件等先進技術，降低電能轉換過程中的能量損失。
3. 加強安全防護措施
加強儲能柜能量管理系統(tǒng)的安全防護措施，確保系統(tǒng)穩(wěn)定運行。例如，設置多級保護措施，提高電池管理系統(tǒng)與EMS之間的通信保護，確保系統(tǒng)在異常情況下能夠及時響應。
4. 智能化監(jiān)控與調度
利用大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網等先進技術，實現(xiàn)對儲能柜能量管理系統(tǒng)的智能化監(jiān)控與調度。通過實時分析運行數(shù)據(jù)，優(yōu)化系統(tǒng)參數(shù)，提高運行效率。
四、Acrel-2000ES儲能柜能量管理系統(tǒng)
1系統(tǒng)概述
安科瑞儲能能量管理系統(tǒng)Acrel-2000ES，專門針對工商業(yè)儲能柜、儲能集裝箱研發(fā)的一款儲能EMS，具有完善的儲能監(jiān)控與管理功能,涵蓋了儲能系統(tǒng)設備(PCS、BMS、電表、消防、空調等)的詳細信息,實現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)查詢與分析、可視化監(jiān)控、報警管理、統(tǒng)計報表等功能。在高級應用上支持能量調度,具備計劃曲線、削峰填谷、需量控制、防逆流等控制功能。
2系統(tǒng)結構
Acrel-2000ES，可通過直采或者通過通訊管理或串口服務器將儲能柜或者儲能集裝箱內部的設備接入系統(tǒng)。系統(tǒng)結構如下：
3.1實時監(jiān)測
系統(tǒng)人機界面友好，能夠顯示儲能柜的運行狀態(tài)，實時監(jiān)測PCS、BMS以及環(huán)境參數(shù)信息，如電參量、溫度、濕度等。實時顯示有關故障、告警、收益等信息。
3.2設備監(jiān)控
系統(tǒng)能夠實時監(jiān)測PCS、BMS、電表、空調、消防、除濕機等設備的運行狀態(tài)及運行模式。
PCS監(jiān)控：滿足儲能變流器的參數(shù)與限值設置；運行模式設置；實現(xiàn)儲能變流器交直流側電壓、電流、功率及充放電量參數(shù)的采集與展示；實現(xiàn)PCS通訊狀態(tài)、啟停狀態(tài)、開關狀態(tài)、異常告警等狀態(tài)監(jiān)測。
BMS監(jiān)控：滿足電池管理系統(tǒng)的參數(shù)與限值設置；實現(xiàn)儲能電池的電芯、電池簇的溫度、電壓、電流的監(jiān)測；實現(xiàn)電池充放電狀態(tài)、電壓、電流及溫度異常狀態(tài)的告警。
空調監(jiān)控：滿足環(huán)境溫度的監(jiān)測，可根據(jù)設置的閾值進行空調溫度的聯(lián)動調節(jié)，并實時監(jiān)測空調的運行狀態(tài)及溫濕度數(shù)據(jù)，以曲線形式進行展示。
UPS監(jiān)控：滿足UPS的運行狀態(tài)及相關電參量監(jiān)測。
3.3曲線報表
系統(tǒng)能夠對PCS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。
滿足儲能系統(tǒng)設備參數(shù)的配置、電價參數(shù)與時段的設置、控制策略的選擇。目前支持的控制策略包含計劃曲線、削峰填谷、需量控制等。
儲能能量管理系統(tǒng)具有實時告警功能，系統(tǒng)能夠對儲能充放電越限、溫度越限、設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
儲能能量管理系統(tǒng)能夠對遙信變位，溫濕度、電壓越限等事件記錄進行存儲和管理，方便用戶對系統(tǒng)事件和報警進行歷史追溯，查詢統(tǒng)計、事故分析。
可以通過每個設備下面的紅色按鈕對PCS、風機、除濕機、空調控制器、照明等設備進行相應的控制，但是當設備未通信上時，控制按鈕會顯示無效狀態(tài)。
3.8用戶權限管理
儲能能量管理系統(tǒng)為保障系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行，設置了用戶權限管理功能。通過用戶權限管理能夠防止未經授權的操作（如遙控的操作，數(shù)據(jù)庫修改等）。可以定義不同級別用戶的登錄名、密碼及操作權限，為系統(tǒng)運行、維護、管理提供可靠的安全保障。
3.9安科瑞配套產品
序號 | 設備 | 型號 | 圖片 | 說明 |
1 | 儲能能量管理系統(tǒng) | Acrel-2000ES |
| 實現(xiàn)儲能設備的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控，統(tǒng)計分析、異常告警、優(yōu)化控制、數(shù)據(jù)轉發(fā)等； 策略控制:計劃曲線、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)運行信息 |
3 | 交流計量表計 | DTSD1352 |
| 集成電力參量及電能計量及考核管理，提供各類電能數(shù)據(jù)統(tǒng)計。具有諧波與總諧波含量檢測，帶有開關量輸入和開關量輸出可實現(xiàn)“遙信"和“遙控"功能，并具備報警輸出。帶有RS485 通信接口，可選用MODBUS-RTU或 DL/T645協(xié)議。 |
4 | 直流計量表計 | DJSF1352 |
| 表可測量直流系統(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，同時支持Modbus-RTU協(xié)議和DLT645協(xié)議;可帶繼電器報警輸出和開關量輸入功能。 |
5 | 溫度在線監(jiān)測裝置 | ARTM-8 |
| 適用于多路溫度的測量和控制，支持測量8通道溫度;每一通道溫度測量對應2段報警，繼電器輸出可以任意設置報警方向及報警值。 |
6 | 通訊管理機 | ANet-2E8S1 |
| 能夠根據(jù)不同的采集規(guī)約進行水表、氣表、電表、微機保護等設備終端的數(shù)據(jù)采集匯總；提供規(guī)約轉換、透明轉發(fā)、數(shù)據(jù)加密壓縮、數(shù)據(jù)轉換、邊緣計算等多項功能；實時多任務并行處理數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)轉發(fā)，可多鏈路上送平臺據(jù)。 |
7 | 串口服務器 | Aport |
| 功能:轉換“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)空調的開關，調溫，及斷電(二次開關實現(xiàn))；2)上傳配電柜各個空開信號；3)上傳UPS內部電量信息等；4)接入電表、BSMU等設備 |
8 | 遙信模塊 | ARTU-KJ8 |
| 1)反饋各個設備狀態(tài)，將相關數(shù)據(jù)到串口服務器；2)讀消防1/0信號，并轉發(fā)給到上層(關機、事件上報等)；3)采集水浸傳感器信息，并轉發(fā)給到上層(水浸信號事件上報)；4)讀取門禁程傳感器信息，并轉發(fā)給到上層(門禁事件上報)。 |
五、結束語
儲能柜能量管理系統(tǒng)技術在新能源領域具有廣泛的應用前景。通過對儲能柜能量管理系統(tǒng)的組成、功能及實踐應用進行淺析和總結，有助于提高我國儲能柜能量管理系統(tǒng)的技術水平，為我國能源事業(yè)的發(fā)展貢獻力量。
參考文獻
[1] 企業(yè)微電網設計與應用手冊2022.05版.
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