周文浩
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801
0、引言
隨著全球能源結構的轉型和可再生能源的快速發展，儲能技術成為調節能源供需、提高能源利用效率的關鍵。儲能柜作為儲能技術的核心組成部分，其構造和功能顯得尤為重要。本文將為您詳細解析儲能柜的構造，并展示其如何成為高效能源管理的智慧核心。
一、儲能柜構造概述
1. 電池模塊：是儲能柜的核心，負責儲存和釋放能量。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（BMS）：監控電池的充放電狀態，確保電池在安全、高效的范圍內工作。
3. 能量管理系統（EMS）：負責協調電池模塊與外部電網之間的能量交換，實現能源的優化配置。
4. 控制系統：包括硬件和軟件兩部分，負責對儲能柜的整體運行進行監控和控制。
通訊接口：用于實現儲能柜與外部系統（如電網、監控系統等）的互聯互通。
二、儲能柜構造詳細解析
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計，可根據需求靈活配置。以下是電池模塊的幾個關鍵要素：
- 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或并聯而成。
- 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，起到保護電池的作用。
2.電池管理系統（BMS）
BMS是儲能柜的智能大腦，負責實時監控電池的充放電狀態、電壓、電流、溫度等參數，確保電池在安全、高效的范圍內工作。以下是BMS的幾個關鍵功能：
- 電池狀態監測：通過實時監測電池的電壓、電流等參數，判斷電池的充放電狀態。
- 電池保護：當電池的電壓、電流、溫度等參數超出安全范圍時及時發出警報并采取措施保護電池。
- 數據采集與傳輸：將電池的運行數據傳輸至能量管理系統（EMS），為后續的能源優化配置提供依據。
3. 能量管理系統（EMS）
EMS是儲能柜與外部電網之間的橋梁，負責協調電池模塊與外部電網之間的能量交換。以下是EMS的幾個關鍵功能：
- 能源調度：根據電網的供需情況，合理分配儲能柜的充放電能量。
- 峰谷套利：在電網負荷低谷期充電，負荷高峰期放電，實現能源的優化利用。
- 需求響應：根據電網的調度指令，及時調整儲能柜的充放電策略，參與電網的調峰、調頻等需求響應服務。
4. 控制系統
控制系統是儲能柜的指揮中心，負責對儲能柜的整體運行進行監控和控制。以下是控制系統的幾個關鍵組成部分：
- 硬件部分：包括微處理器、傳感器、繼電器等，負責實時采集數據并執行控制指令。
- 軟件部分：包括監控軟件、控制算法等，負責分析數據、生成控制策略并執行。
5. 通訊接口
通訊接口是儲能柜與外部系統之間的信息通道，負責實現儲能柜與外部系統（如電網、監控系統等）的互聯互通。以下是通訊接口的幾個關鍵功能：
- 數據傳輸：將儲能柜的運行數據傳輸至外部系統，便于遠程監控和管理。
- 控制指令接收：接收外部系統的控制指令，如充放電策略、故障處理等。
三、集裝箱儲能柜系統在新能源行業的優勢
儲能柜在能源管理中的應用非常廣泛，以下是幾個典型的應用場景：
1. 峰谷套利：在電網負荷低谷期充電，負荷高峰期放電，降低企業的用電成本。
2. 應急備電：在電網故障或停電時，儲能柜可以為企業提供緊急備電，保障企業正常生產。
3. 調峰調頻：儲能柜可以根據電網的調度指令，參與電網的調峰、調頻等需求響應服務，提高電網的穩定可靠性。
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，其構造和功能為我國能源結構的轉型提供了有力支持。隨著技術的不斷進步和市場的不斷擴大，儲能柜將在未來能源管理領域發揮更加重要的作用。
四、Acrel-2000ES儲能柜能量管理系統
4.1系統概述
安科瑞儲能能量管理系統Acrel-2000ES，專門針對工商業儲能柜、儲能集裝箱研發的一款儲能EMS，具有完善的儲能監控與管理功能,涵蓋了儲能系統設備(PCS、BMS、電表、消防、空調等)的詳細信息,實現了數據采集、數據處理、數據存儲、數據查詢與分析、可視化監控、報警管理、統計報表等功能。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。
4.2系統結構
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。系統結構如下：
4.3.1實時監測
系統人機界面友好，能夠顯示儲能柜的運行狀態，實時監測PCS、BMS以及環境參數信息，如電參量、溫度、濕度等。實時顯示有關故障、告警、收益等信息。
4.3.2設備監控
系統能夠實時監測PCS、BMS、電表、空調、消防、除濕機等設備的運行狀態及運行模式。
PCS監控：滿足儲能變流器的參數與限值設置；運行模式設置；實現儲能變流器交直流側電壓、電流、功率及充放電量參數的采集與展示；實現PCS通訊狀態、啟停狀態、開關狀態、異常告警等狀態監測。
BMS監控：滿足電池管理系統的參數與限值設置；實現儲能電池的電芯、電池簇的溫度、電壓、電流的監測；實現電池充放電狀態、電壓、電流及溫度異常狀態的告警。
空調監控：滿足環境溫度的監測，可根據設置的閾值進行空調溫度的聯動調節，并實時監測空調的運行狀態及溫濕度數據，以曲線形式進行展示。
4.3.3曲線報表
系統能夠對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。
滿足儲能系統設備參數的配置、電價參數與時段的設置、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。
儲能能量管理系統具有實時告警功能，系統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出告警。
儲能能量管理系統能夠對遙信變位，溫濕度、電壓越限等事件記錄進行存儲和管理，方便用戶對系統事件和報警進行歷史追溯，查詢統計、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。
4.3.8用戶權限管理
儲能能量管理系統為保障系統安全穩定運行，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，數據庫修改等）。可以定義不同級別用戶的登錄名、密碼及操作權限，為系統運行、維護、管理提供可靠的安全保障。
4.3.9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 | Acrel-2000ES |
| 實現儲能設備的數據采集與監控，統計分析、異常告警、優化控制、數據轉發等； 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)承接系統軟件 2)可視化展示:顯示系統運行信息 |
3 | 交流計量表計 | DTSD1352 |
| 集成電力參量及電能計量及考核管理，提供各類電能數據統計。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“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協議。 |
4 | 直流計量表計 | DJSF1352 |
| 表可測量直流系統中的電壓、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協議和DLT645協議;可帶繼電器報警輸出和開關量輸入功能。 |
5 | 溫度在線監測裝置 | 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 |
| 能夠根據不同的采集規約進行水表、氣表、電表、微機保護等設備終端的數據采集匯總；提供規約轉換、透明轉發、數據加密壓縮、數據轉換、邊緣計算等多項功能；實時多任務并行處理數據采集和數據轉發，可多鏈路上送平臺據。 |
7 | 串口服務器 | Aport |
| 功能:轉換“輔助系統"的狀態數據，反饋到能量管理系統中。1)空調的開關，調溫，及斷電(二次開關實現)；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，將相關數據到串口服務器；2)讀消防1/0信號，并轉發給到上層(關機、事件上報等)；3)采集水浸傳感器信息，并轉發給到上層(水浸信號事件上報)；4)讀取門禁程傳感器信息，并轉發給到上層(門禁事件上報)。 |
5結束語
儲能柜作為高效能源管理的智慧核心，其構造和功能為我國能源結構的轉型提供了有力支持。隨著技術的不斷進步和市場的不斷擴大，儲能柜將在未來能源管理領域發揮更加重要的作用。
參考文獻
[1]企業微電網設計與應用手冊2022.05版.
作者簡介
周文浩，男，現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的研究與應用
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