安科瑞 劉邁

　　摘要：闡述儲能系統(tǒng)特點，分析儲能EMS技術(shù)路線中的單機儲能、集中儲能、風儲一體化EMS。探討儲能EMS功能設(shè)計方案，包括有功和無功功率調(diào)節(jié)、一次調(diào)頻、虛擬慣量響應、智慧運維。

　　關(guān)鍵詞：新能源系統(tǒng)，能量管理系統(tǒng)，風電儲能。

　　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，儲能在新型能源系統(tǒng)中的作用越來越重要，全球儲能市場快速增長。建設(shè)儲能型新能源電站首要任務是解決消納問題，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，除抽水蓄能外的儲能總裝機規(guī)模達到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

　　儲能系統(tǒng)的特點。隨著風電、光伏等波動性可再生能源在電力系統(tǒng)中滲透率快速增加，加之今后風光要實現(xiàn)倍增、跨越式發(fā)展，風光消納、電力系統(tǒng)運行和管理將面臨愈加嚴峻的挑戰(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.

　　儲能技術(shù)一般基于電化學儲能形式為主，電化學儲能系統(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）、儲能變流器（PCS）等部分組成。PCS可以控制儲能電池組的充電和放電過程，進行交直流的變換。BMS主要負責電池的監(jiān)測、評估、保護及均衡等。

　　EMS是儲能系統(tǒng)的大腦，主要實現(xiàn)儲能系統(tǒng)（含儲能變流器、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、產(chǎn)生報表等相關(guān)需求。

　　儲能EMS技術(shù)路線

　?。?）單機儲能EMS。單機儲能以電化學儲能為主，主要用于單機性能提升，單機運行品質(zhì)改善等場景。

　　（2）集中儲能EMS。風電場集中式儲能針對不同儲能系統(tǒng)的運行特征和功率特性，充分發(fā)揮機械儲能的功率快速響應優(yōu)勢、電化學儲能的高能量密度等優(yōu)勢；通過同步感知技術(shù)，打通中控室場級控制器至儲能變流器直連通道，實現(xiàn)毫秒級高速通信；采用儲能設(shè)備*效協(xié)同控制策略，實現(xiàn)多元儲能系統(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)壓的快速響應能力，減少儲能設(shè)備的疲勞程度，提高整套儲能系統(tǒng)的并網(wǎng)友好性。

　?。?）風儲一體化EMS?；诔墒炜煽康娘L電場功率控制技術(shù)和平臺，采用“風電+儲能"能量一體化控制技術(shù)，實現(xiàn)風儲平臺對儲能變流器的高速通信，實現(xiàn)風儲電站的穩(wěn)定可靠的虛擬慣量響應、一次調(diào)頻、二次調(diào)頻、削峰填谷、快速無功調(diào)壓等功能，探索應用風儲電站的虛擬同步機技術(shù)，主動支撐電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)動慣量，提高風儲聯(lián)合系統(tǒng)的經(jīng)濟性。

　　圖1為儲能EMS控制系統(tǒng)架構(gòu)。

3儲能EMS的功能設(shè)計

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

　?。?）無功功率調(diào)節(jié)。自動接收調(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、計算出各儲能PCS無功出力目標值，并將調(diào)控命令下發(fā)至儲能系統(tǒng)。

　?。?）一次調(diào)頻。開發(fā)“新能源+儲能"頻率快速響應控制程序，實現(xiàn)新能源場站同常規(guī)電源一樣具備主動支撐電網(wǎng)的功能。

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

　?。?）儲能系統(tǒng)智慧運維。根據(jù)多元混合儲能電站系統(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)標準化接入方案和數(shù)據(jù)存儲方案，進行數(shù)據(jù)的二次加工，剔除壞數(shù)據(jù)，建立多元混合儲能電站全景數(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能電站智慧化運維平臺，并部署于多元混合儲能電站。同時開發(fā)與平臺互聯(lián)的移動端App，提供可視化圖紙、維護視頻，實現(xiàn)電子工單運維，提高檢修效率。

　　4.Acrel-2000ES儲能柜能量管理系統(tǒng)

　　4.1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(shè)備(PCS、BMS、電表、消防、空調(diào)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*級應用上支持能量調(diào)度,具備計劃曲線、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器將儲能柜或者儲能集裝箱內(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(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監(jiān)測PCS、BMS、電表、空調(diào)、消防、除濕機等設(shè)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(shè)置；運行模式設(shè)置；實現(xiàn)儲能變流器交直流側(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(diào)監(jiān)控：滿足環(huán)境溫度的監(jiān)測，可根據(jù)設(shè)置的閾值進行空調(diào)溫度的聯(lián)動調(diào)節(jié)，并實時監(jiān)測空調(diào)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(guān)電參量監(jiān)測。

　　4.3.3曲線報表

　　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

　　滿足儲能系統(tǒng)設(shè)備參數(shù)的配置、電價參數(shù)與時段的設(shè)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。

4.3.5實時報警

　　儲能能量管理系統(tǒng)具有實時告警功能，系統(tǒng)能夠?qū)δ艹浞烹娫较蕖囟仍较?、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

　　儲能能量管理系統(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。

4.3.7遙控操作

　　可以通過每個設(shè)備下面的紅色按鈕對PCS、風機、除濕機、空調(diào)控制器、照明等設(shè)備進行相應的控制，但是當設(shè)備未通信上時，控制按鈕會顯示無效狀態(tài)。

4.3.8用戶權(quán)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(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）?？梢远x不同級別用戶的登錄名、密碼及操作權(quán)限，為系統(tǒng)運行、維護、管理提供可靠的安全保障。

5.相關(guān)平臺部署硬件選型清單

　　6.結(jié)束語

　　風電制造商秉承“國之大者"的歷史使命，在做好風機主陣地的同時，**拓展儲能產(chǎn)品開發(fā)，加速推動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)濟社會高質(zhì)量發(fā)展新引擎、國家能源轉(zhuǎn)型發(fā)展。

　　參考文獻

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