周文浩
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801
0、引言
隨著全球能源結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)型和可再生能源的快速發(fā)展，儲能技術(shù)成為調(diào)節(jié)能源供需、提高能源利用效率的關(guān)鍵。儲能柜作為儲能技術(shù)的核心組成部分，其構(gòu)造和功能顯得尤為重要。本文將為您詳細(xì)解析儲能柜的構(gòu)造，并展示其如何成為高效能源管理的智慧核心。
一、儲能柜構(gòu)造概述
1. 電池模塊：是儲能柜的核心，負(fù)責(zé)儲存和釋放能量。常見的電池類型包括鋰離子電池、鉛酸電池和鈉離子電池等。
2. 電池管理系統(tǒng)（BMS）：監(jiān)控電池的充放電狀態(tài)，確保電池在安全、高效的范圍內(nèi)工作。
3. 能量管理系統(tǒng)（EMS）：負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)電池模塊與外部電網(wǎng)之間的能量交換，實現(xiàn)能源的優(yōu)化配置。
4. 控制系統(tǒng)：包括硬件和軟件兩部分，負(fù)責(zé)對儲能柜的整體運(yùn)行進(jìn)行監(jiān)控和控制。
通訊接口：用于實現(xiàn)儲能柜與外部系統(tǒng)（如電網(wǎng)、監(jiān)控系統(tǒng)等）的互聯(lián)互通。
二、儲能柜構(gòu)造詳細(xì)解析
1. 電池模塊
電池模塊是儲能柜的心臟，其性能直接影響著儲能柜的整體效能。電池模塊通常采用模塊化設(shè)計，可根據(jù)需求靈活配置。以下是電池模塊的幾個關(guān)鍵要素：
- 電池單元：是電池模塊的基本組成單元，通常由多個電池單體串聯(lián)或并聯(lián)而成。
- 電池組：由多個電池單元組合而成，具有一定的電壓和容量。
- 電池包：將電池組封裝在金屬外殼內(nèi)，起到保護(hù)電池的作用。
2.電池管理系統(tǒng)（BMS）
BMS是儲能柜的智能大腦，負(fù)責(zé)實時監(jiān)控電池的充放電狀態(tài)、電壓、電流、溫度等參數(shù)，確保電池在安全、高效的范圍內(nèi)工作。以下是BMS的幾個關(guān)鍵功能：
- 電池狀態(tài)監(jiān)測：通過實時監(jiān)測電池的電壓、電流等參數(shù)，判斷電池的充放電狀態(tài)。
- 電池保護(hù)：當(dāng)電池的電壓、電流、溫度等參數(shù)超出安全范圍時及時發(fā)出警報并采取措施保護(hù)電池。
- 數(shù)據(jù)采集與傳輸：將電池的運(yùn)行數(shù)據(jù)傳輸至能量管理系統(tǒng)（EMS），為后續(xù)的能源優(yōu)化配置提供依據(jù)。
3. 能量管理系統(tǒng)（EMS）
EMS是儲能柜與外部電網(wǎng)之間的橋梁，負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)電池模塊與外部電網(wǎng)之間的能量交換。以下是EMS的幾個關(guān)鍵功能：
- 能源調(diào)度：根據(jù)電網(wǎng)的供需情況，合理分配儲能柜的充放電能量。
- 峰谷套利：在電網(wǎng)負(fù)荷低谷期充電，負(fù)荷高峰期放電，實現(xiàn)能源的優(yōu)化利用。
- 需求響應(yīng)：根據(jù)電網(wǎng)的調(diào)度指令，及時調(diào)整儲能柜的充放電策略，參與電網(wǎng)的調(diào)峰、調(diào)頻等需求響應(yīng)服務(wù)。
4. 控制系統(tǒng)
控制系統(tǒng)是儲能柜的指揮中心，負(fù)責(zé)對儲能柜的整體運(yùn)行進(jìn)行監(jiān)控和控制。以下是控制系統(tǒng)的幾個關(guān)鍵組成部分：
- 硬件部分：包括微處理器、傳感器、繼電器等，負(fù)責(zé)實時采集數(shù)據(jù)并執(zhí)行控制指令。
- 軟件部分：包括監(jiān)控軟件、控制算法等，負(fù)責(zé)分析數(shù)據(jù)、生成控制策略并執(zhí)行。
5. 通訊接口
通訊接口是儲能柜與外部系統(tǒng)之間的信息通道，負(fù)責(zé)實現(xiàn)儲能柜與外部系統(tǒng)（如電網(wǎng)、監(jiān)控系統(tǒng)等）的互聯(lián)互通。以下是通訊接口的幾個關(guān)鍵功能：
- 數(shù)據(jù)傳輸：將儲能柜的運(yùn)行數(shù)據(jù)傳輸至外部系統(tǒng)，便于遠(yuǎn)程監(jiān)控和管理。
- 控制指令接收：接收外部系統(tǒng)的控制指令，如充放電策略、故障處理等。
三、集裝箱儲能柜系統(tǒng)在新能源行業(yè)的優(yōu)勢
儲能柜在能源管理中的應(yīng)用非常廣泛，以下是幾個典型的應(yīng)用場景：
1. 峰谷套利：在電網(wǎng)負(fù)荷低谷期充電，負(fù)荷高峰期放電，降低企業(yè)的用電成本。
2. 應(yīng)急備電：在電網(wǎng)故障或停電時，儲能柜可以為企業(yè)提供緊急備電，保障企業(yè)正常生產(chǎn)。
3. 調(diào)峰調(diào)頻：儲能柜可以根據(jù)電網(wǎng)的調(diào)度指令，參與電網(wǎng)的調(diào)峰、調(diào)頻等需求響應(yīng)服務(wù)，提高電網(wǎng)的穩(wěn)定可靠性。
4. 可再生能源消納：儲能柜可以儲存可再生能源發(fā)出的電能，提高可再生能源的利用效率。
儲能柜作為高效能源管理的智慧核心，其構(gòu)造和功能為我國能源結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)型提供了有力支持。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和市場的不斷擴(kuò)大，儲能柜將在未來能源管理領(lǐng)域發(fā)揮更加重要的作用。
四、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(xì)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(yīng)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(wù)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：
4.3.1實時監(jiān)測
系統(tǒng)人機(jī)界面友好，能夠顯示儲能柜的運(yùn)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)能夠實時監(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：滿足儲能變流器的參數(shù)與限值設(shè)置；運(yùn)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(jìn)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(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。
儲能能量管理系統(tǒng)具有實時告警功能，系統(tǒng)能夠?qū)?/span>儲能充放電越限、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
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(jìn)行存儲和管理，方便用戶對系統(tǒng)事件和報警進(jìn)行歷史追溯，查詢統(tǒng)計、事故分析。
可以通過每個設(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，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(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）?？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(yùn)行、維護(hù)、管理提供可靠的安全保障。
4.3.9安科瑞配套產(chǎn)品
序號 | 設(shè)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(shè)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(zhuǎn)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(yùn)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(guān)量輸入和開關(guān)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(guān)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(yīng)2段報警，繼電器輸出可以任意設(shè)置報警方向及報警值。 |
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、邊緣計算等多項功能；實時多任務(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)的開關(guān)，調(diào)溫，及斷電(二次開關(guān)實現(xiàn))；2)上傳配電柜各個空開信號；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，并轉(zhuǎn)發(fā)給到上層(關(guān)機(jī)、事件上報等)；3)采集水浸傳感器信息，并轉(zhuǎn)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(zhuǎn)發(fā)給到上層(門禁事件上報)。 |
5結(jié)束語
儲能柜作為高效能源管理的智慧核心，其構(gòu)造和功能為我國能源結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)型提供了有力支持。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和市場的不斷擴(kuò)大，儲能柜將在未來能源管理領(lǐng)域發(fā)揮更加重要的作用。
參考文獻(xiàn)
[1]企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與應(yīng)用手冊2022.05版.
作者簡介
周文浩，男，現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司，主要從事儲能柜能量管理系統(tǒng)的研究與應(yīng)用
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