安科瑞 劉邁

　　摘要：闡述儲(chǔ)能系統(tǒng)特點(diǎn)，分析儲(chǔ)能EMS技術(shù)路線中的單機(jī)儲(chǔ)能、集中儲(chǔ)能、風(fēng)儲(chǔ)一體化EMS。探討儲(chǔ)能EMS功能設(shè)計(jì)方案，包括有功和無功功率調(diào)節(jié)、一次調(diào)頻、虛擬慣量響應(yīng)、智慧運(yùn)維。

　　關(guān)鍵詞：新能源系統(tǒng)，能量管理系統(tǒng)，風(fēng)電儲(chǔ)能。

　　0.引言

　　隨著以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)建設(shè)加速，儲(chǔ)能在新型能源系統(tǒng)中的作用越來越重要，全球儲(chǔ)能市場快速增長。建設(shè)儲(chǔ)能型新能源電站首要任務(wù)是解決消納問題，在發(fā)電側(cè)通過提升調(diào)峰備用容量和電網(wǎng)友好性，促進(jìn)電力系統(tǒng)對高比例新能源電量的消納。2021年7月，中國發(fā)改委、能源局明確表示，到2025年，除抽水蓄能外的儲(chǔ)能總裝機(jī)規(guī)模達(dá)到3000萬kW以上，對于場站的能量管理技術(shù)提出了更高的要求。

　　1.研究背景

　　儲(chǔ)能系統(tǒng)的特點(diǎn)。隨著風(fēng)電、光伏等波動(dòng)性可再生能源在電力系統(tǒng)中滲透率快速增加，加之今后風(fēng)光要實(shí)現(xiàn)倍增、跨越式發(fā)展，風(fēng)光消納、電力系統(tǒng)運(yùn)行和管理將面臨愈加嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，因而*須在電源側(cè)、電網(wǎng)側(cè)、用戶側(cè)通過合理配置調(diào)峰和儲(chǔ)能設(shè)施等方式，持續(xù)提升電力系統(tǒng)靈活性，增加系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力.

　　儲(chǔ)能技術(shù)一般基于電化學(xué)儲(chǔ)能形式為主，電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)是以電池為核心的綜合能源控制系統(tǒng)。由電芯和能量管理系統(tǒng)（EMS）、電池管理系統(tǒng)（BMS）、儲(chǔ)能變流器（PCS）等部分組成。PCS可以控制儲(chǔ)能電池組的充電和放電過程，進(jìn)行交直流的變換。BMS主要負(fù)責(zé)電池的監(jiān)測、評估、保護(hù)及均衡等。

　　EMS是儲(chǔ)能系統(tǒng)的大腦，主要實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能系統(tǒng)（含儲(chǔ)能變流器、電池管理系統(tǒng)）的數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控和能量的安全優(yōu)化調(diào)度，以滿足監(jiān)控、能量調(diào)度、維護(hù)、產(chǎn)生報(bào)表等相關(guān)需求。

　　儲(chǔ)能EMS技術(shù)路線

　　（1）單機(jī)儲(chǔ)能EMS。單機(jī)儲(chǔ)能以電化學(xué)儲(chǔ)能為主，主要用于單機(jī)性能提升，單機(jī)運(yùn)行品質(zhì)改善等場景。

　　（2）集中儲(chǔ)能EMS。風(fēng)電場集中式儲(chǔ)能針對不同儲(chǔ)能系統(tǒng)的運(yùn)行特征和功率特性，充分發(fā)揮機(jī)械儲(chǔ)能的功率快速響應(yīng)優(yōu)勢、電化學(xué)儲(chǔ)能的高能量密度等優(yōu)勢；通過同步感知技術(shù)，打通中控室場級(jí)控制器至儲(chǔ)能變流器直連通道，實(shí)現(xiàn)毫秒級(jí)高速通信；采用儲(chǔ)能設(shè)備*效協(xié)同控制策略，實(shí)現(xiàn)多元儲(chǔ)能系統(tǒng)的功率平滑穩(wěn)定輸出，滿足電站對虛擬慣量、快速調(diào)頻調(diào)壓的快速響應(yīng)能力，減少儲(chǔ)能設(shè)備的疲勞程度，提高整套儲(chǔ)能系統(tǒng)的并網(wǎng)友好性。

　　（3）風(fēng)儲(chǔ)一體化EMS。基于成熟可靠的風(fēng)電場功率控制技術(shù)和平臺(tái)，采用“風(fēng)電+儲(chǔ)能"能量一體化控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)風(fēng)儲(chǔ)平臺(tái)對儲(chǔ)能變流器的高速通信，實(shí)現(xiàn)風(fēng)儲(chǔ)電站的穩(wěn)定可靠的虛擬慣量響應(yīng)、一次調(diào)頻、二次調(diào)頻、削峰填谷、快速無功調(diào)壓等功能，探索應(yīng)用風(fēng)儲(chǔ)電站的虛擬同步機(jī)技術(shù)，主動(dòng)支撐電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，提高風(fēng)儲(chǔ)聯(lián)合系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性。

　　圖1為儲(chǔ)能EMS控制系統(tǒng)架構(gòu)。

3儲(chǔ)能EMS的功能設(shè)計(jì)

　　（1）有功功率調(diào)節(jié)。對儲(chǔ)能設(shè)備多場景應(yīng)用的算法進(jìn)行深入開發(fā)，結(jié)合儲(chǔ)能BMS系統(tǒng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)，對儲(chǔ)能PCS的調(diào)節(jié)特性進(jìn)行精細(xì)化分類，沿用風(fēng)機(jī)EMS的“雙PI+前饋+抗飽和積分"的控制策略，*大限度地發(fā)揮儲(chǔ)能的優(yōu)異性能和運(yùn)行特性。同時(shí)，EMS根據(jù)儲(chǔ)能所屬區(qū)域不同時(shí)間尺度的上網(wǎng)電價(jià)完成充電放電工作，以經(jīng)濟(jì)*優(yōu)為目標(biāo)進(jìn)行有功功率的控制。

　　（2）無功功率調(diào)節(jié)。自動(dòng)接收調(diào)度主站系統(tǒng)下發(fā)的調(diào)節(jié)指令，在充分考慮各種約束條件后分析、計(jì)算出各儲(chǔ)能PCS無功出力目標(biāo)值，并將調(diào)控命令下發(fā)至儲(chǔ)能系統(tǒng)。

　　（3）一次調(diào)頻。開發(fā)“新能源+儲(chǔ)能"頻率快速響應(yīng)控制程序，實(shí)現(xiàn)新能源場站同常規(guī)電源一樣具備主動(dòng)支撐電網(wǎng)的功能。

　　（4）虛擬慣量響應(yīng)。依托電化學(xué)儲(chǔ)能毫秒級(jí)快速釋放、吸收有功功率的特性，以場站為單位為電網(wǎng)提供主動(dòng)支撐，使新能源場站具備與傳統(tǒng)同步發(fā)電機(jī)類似的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，從而增加電網(wǎng)的韌性，提升電力系統(tǒng)抗干擾能力。

　　（5）儲(chǔ)能系統(tǒng)智慧運(yùn)維。根據(jù)多元混合儲(chǔ)能電站系統(tǒng)配置情況及生產(chǎn)管理系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)等系統(tǒng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)類型、數(shù)據(jù)采集頻率，通過數(shù)據(jù)采集、結(jié)構(gòu)區(qū)分，編寫數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化接入方案和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方案，進(jìn)行數(shù)據(jù)的二次加工，剔除壞數(shù)據(jù)，建立多元混合儲(chǔ)能電站全景數(shù)據(jù)模型。*后在研究多類型信息互聯(lián)技術(shù)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行系統(tǒng)關(guān)鍵功能模塊開發(fā)，集成所有模塊形成多元混合儲(chǔ)能電站智慧化運(yùn)維平臺(tái)，并部署于多元混合儲(chǔ)能電站。同時(shí)開發(fā)與平臺(tái)互聯(lián)的移動(dòng)端App，提供可視化圖紙、維護(hù)視頻，實(shí)現(xiàn)電子工單運(yùn)維，提高檢修效率。

　　4.Acrel-2000ES儲(chǔ)能柜能量管理系統(tǒng)

　　4.1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*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。

　　4.2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　Acrel-2000ES，可通過直采或者通過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：

4.3系統(tǒng)功能

　　4.3.1實(shí)時(shí)監(jiān)測

　　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。

4.3.2設(shè)備監(jiān)控

　　系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測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)、開關(guān)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(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；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，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。

　　4.3.3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。

4.3.4策略配置

　　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。

4.3.5實(shí)時(shí)報(bào)警

　　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)?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。

4.3.6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。

4.3.7遙控操作

　　可以通過每個(gè)設(shè)備下面的紅色按鈕對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)顯示無效狀態(tài)。

4.3.8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。

5.相關(guān)平臺(tái)部署硬件選型清單

　　6.結(jié)束語

　　風(fēng)電制造商秉承“國之大者"的歷史使命，在做好風(fēng)機(jī)主陣地的同時(shí)，**拓展儲(chǔ)能產(chǎn)品開發(fā)，加速推動(dòng)以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)構(gòu)建，全力打造新能源高質(zhì)量發(fā)展新、區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)高質(zhì)量發(fā)展新引擎、國家能源轉(zhuǎn)型發(fā)展。

　　參考文獻(xiàn)

　　[1] 蔣留華.風(fēng)電場儲(chǔ)能EMS系統(tǒng)的控制技術(shù)分析.國能聯(lián)合動(dòng)力技術(shù)（赤峰）有限公司，內(nèi)蒙古024005.

　　[2]汪正軍,趙冰.風(fēng)電場儲(chǔ)能EMS系統(tǒng)的控制技術(shù)分析[J].電子技術(shù),2023,52(07):70-71.

　　[3] 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊.2022.05版.