安(ān)科瑞(ruì) 陳聰

摘(zhāi)要：本(běn)文(wén)在對(duì)光(guāng)儲充係統(tǒng)相關研究的基礎(chǔ)上
，設計(jì)了一種(zhǒng)園(yuán)區(qū)光(guāng)儲充能量管(guǎn)理(lǐ)係統（EMS）。介紹了EMS的(dí)係統(tǒng)架(jià)構及設備(bèi)管(guǎn)理(lǐ)，係統(tǒng)管理，數據展示，能源分析等(děng)功能設(shè)計(jì)
，根據(jù)光伏發(fā)電量(liáng)和用電(diàn)負荷
，結(jié)合(hé)峰(fēng)穀(gǔ)用電時(shí)段(duàn)分(fēn)布
，製定了(liǎo)能(néng)量(liáng)管(guǎn)理策(cè)略
，實現了(liǎo)經(jīng)濟利(lì)益*大化。

關(guān)鍵詞：光儲充(chōng)係(xì)統(tǒng)；儲能；能量管理

0.引言

隨著我國“碳(tàn)達峰”“碳中(zhōng)和”計劃的(dí)提(tí)出
，我(wǒ)國能(néng)源結構將持續(xù)調(tiáo)整(zhěng)
，風(fēng)力發電，光(guāng)伏發電(diàn)等(děng)新能源發電將會迎(yíng)來跨越(yuè)式發展(zhǎn)。由於新(xīn)能源發電(diàn)具有(yǒu)很強(qiáng)的波動性和隨(suí)機性
，大規(guī)模(mó)接(jiē)入(rù)電(diàn)網會(huì)對(duì)電網造(zào)成巨(jù)大(dà)的衝擊(jī)。運用(yòng)儲(chǔ)能技術(shù)可(kě)以(yǐ)有(yǒu)效平(píng)抑新(xīn)能源發電的波(bō)動(dòng)性和(hé)隨機性
，從(cóng)而在提升新(xīn)能(néng)源接入(rù)電網比(bǐ)例的同時保持電網穩定。同(tóng)時
，在*家對新(xīn)能源(yuán)汽車(chē)產業(yè)發展大(dà)力支持(chí)和(hé)動力(lì)電(diàn)池技術日(rì)漸成熟(shú)的(dí)背景(jǐng)下(xià)
，新(xīn)能源(yuán)汽(qì)車市(shì)場發展迅速
，產銷量(liáng)快速提升(shēng)。特(tè)別是在(zài)新增(zēng)乘(chéng)用(yòng)汽(qì)車(chē)市場(cháng)
，消費者購(gòu)買新能源(yuán)汽車的(dí)比例(lì)不斷提升(shēng)。因(yīn)此(cǐ)
，隨(suí)著新能源汽(qì)車社會保有(yǒu)量不斷(duàn)提(tí)升
，充(chōng)電(diàn)樁的需求量隨(suí)之持(chí)續上漲
，成為(wéi)未來(lái)重要(yào)的(dí)用(yòng)電負荷。將分布式(shì)新(xīn)能(néng)源(yuán)發(fā)電(diàn)係(xì)統，儲(chǔ)能係(xì)統及充電樁(zhuāng)相結合(hé)可(kě)以(yǐ)組(zǔ)成光儲充係(xì)統。通過(guò)能(néng)量管理係(xì)統（EMS）控(kòng)製(zhì)光儲充係(xì)統內相關設備間的配(pèi)合
，可以(yǐ)提(tí)升(shēng)係(xì)統整(zhěng)體的安(ān)全(quán)性，可靠性。同(tóng)時(shí)根(gēn)據(jù)電價信息(xī)，功(gōng)率限製政策，應急供電需(xū)求等製(zhì)定合適的運(yùn)行調度(dù)策略
，可(kě)以有效(xiào)增(zēng)加係(xì)統的經濟收益(yì)。基(jī)於(yú)上(shàng)述(shù)目的
，本文設(shè)計了(liǎo)一(yī)種園(yuán)區(qū)光(guāng)儲充能量(liáng)管(guǎn)理係統
，其主要(yào)功能為實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態監(jiān)控，運(yùn)行數據的采(cǎi)集，展示(shì)，儲(chǔ)存與(yǔ)分析(xī)
，在確保(bǎo)係統安(ān)全運行的同時提(tí)升係統的運(yùn)行經濟性(xìng)。

1.光(guāng)伏儲(chǔ)能係統的基礎(chǔ)

光伏發(fā)電技術是一種將太(tài)陽輻射能轉化(huà)為(wéi)電能的(dí)過程。它(tā)基於光(guāng)伏效應
，這是一(yī)種(zhǒng)物理現(xiàn)象(xiàng)
，根據這(zhè)一現象
，某(mǒu)些(xiē)材(cái)料(liào)在受(shòu)到光照(zhào)射(shè)時會產生電流(liú)。光伏電池通常由半(bàn)導(dǎo)體材(cái)料製成
，比較常(cháng)見的是矽。當(dāng)光子（太(tài)陽(yáng)光）碰(pèng)撞(zhuàng)到(dào)光伏(fú)電(diàn)池(chí)的半導體表(biǎo)麵(miàn)時(shí)
，它(tā)們激發(fā)了電子
，使(shǐ)其從材料(liào)中釋放出來(lái)
，從而形成電流(liú)。這(zhè)產生(shēng)的直流電流可以(yǐ)被用來(lái)為電網供(gōng)電(diàn)或儲(chǔ)存(cún)在(zài)電池中以(yǐ)備將來(lái)使用(yòng)
，以便(biàn)在(zài)晚上(shàng)或(huò)雲(yún)天等不(bù)可控的時段供電(diàn)。

儲能技術(shù)是光伏儲能(néng)係(xì)統的(dí)關鍵組成(chéng)部(bù)分
，它允(yǔn)許(xǔ)將通過光(guāng)伏(fú)發(fā)電產(chǎn)生的(dí)電能儲存在電(diàn)池或(huò)其他(tā)儲能(néng)設(shè)備(bèi)中(zhōng)
，常(cháng)見(jiàn)的儲能技(jì)術包括(kuò)：

鋰(lǐ)離子(zǐ)電(diàn)池：這是(shì)目前*常(cháng)用的儲(chǔ)能技術(shù)之(zhī)一(yī)
，用於存儲(chǔ)電(diàn)能(néng)
，供應(yīng)家庭(tíng)，工業和商(shāng)業用(yòng)途。

鉛酸電池：被(bèi)廣泛應用於(yú)低成本和短期(qī)應(yīng)用中。

電(diàn)容器(qì)：具有(yǒu)高(gāo)速充(chōng)放電(diàn)能力
，通常(cháng)用(yòng)於(yú)瞬態儲(chǔ)能(néng)需求。

氫能(néng)源(yuán)儲能(néng)：通(tōng)過(guò)將(jiāng)電能(néng)用於製氫(qīng)
，將氫儲存(cún)在(zài)燃料電池(chí)中(zhōng)
，以供(gōng)電時重新產生電(diàn)能(néng)。

熱能儲(chǔ)能：利用(yòng)熱(rè)能儲存原(yuán)理
，例(lì)如(rú)蓄(xù)熱式太陽(yáng)能電站(zhàn)。

2.光伏儲(chǔ)能(néng)係(xì)統(tǒng)的工(gōng)作(zuò)原(yuán)理(lǐ)

光(guāng)伏(fú)發電：光伏(fú)電池在陽(yáng)光照射下(xià)產(chǎn)生(shēng)直流(liú)電。這一過程(chéng)是(shì)係統(tǒng)的電力(lì)輸入。

電能轉(zhuǎn)換(huàn)：直流電經過逆變器(qì)轉(zhuǎn)換為交流電(diàn)
，以(yǐ)便(biàn)在電網中(zhōng)使(shǐ)用(yòng)或供給交(jiāo)流設備。

電(diàn)能(néng)儲(chǔ)存：剩餘的電能(néng)可以儲(chǔ)存(cún)在(zài)電池或(huò)其他儲能(néng)設(shè)備(bèi)中
，以(yǐ)備將來(lái)使用。這(zhè)是係統(tǒng)的(dí)能量(liáng)存(cún)儲部分(fēn)。

能(néng)量(liáng)管(guǎn)理：係統的能量管(guǎn)理(lǐ)控(kòng)製器監控(kòng)能(néng)源需求，電池狀(zhuàng)態和(hé)其(qí)他(tā)參(cān)數
，並根據(jù)需(xū)要(yào)分配電能。它確(què)保(bǎo)在不(bù)可預測(cè)的(dí)太(tài)陽(yáng)能供應條(tiáo)件下(xià)
，係統(tǒng)能(néng)夠提供(gōng)連(lián)續可靠(kào)的(dí)電(diàn)力供(gōng)應。

電網互連(lián)：如(rú)果係統與電網(wǎng)互連
，多(duō)餘(yú)的電能(néng)可以(yǐ)賣(mài)給電(diàn)網
，從(cóng)而實(shí)現(xiàn)雙(shuāng)向(xiàng)電流。這有助於提(tí)高(gāo)係(xì)統(tǒng)的經濟性和(hé)可持續性。

3.光儲(chǔ)充能(néng)量(liáng)管理(lǐ)係(xì)統（EMS）結構(gòu)

光儲充(chōng)係統分為(wéi)三(sān)個部分：光(guāng)伏(fú)發電係統，儲能(néng)係統(tǒng)和(hé)充電(diàn)樁(zhuāng)係(xì)統。三(sān)個(gè)係(xì)統通(tōng)過AC400V母綫(xiàn)49耦合
，通過以太(tài)網(wǎng)與(yǔ)EMS進行(háng)通(tōng)訊
，由(yóu)EMS協調控(kòng)製各係統的運(yùn)行策(cè)略。EMS可以通過(guò)網絡將監控(kòng)數據(jù)傳(chuán)送(sòng)給遠(yuǎn)方(fāng)監控係統和監視(shì)大屏(píng)顯(xiǎn)示係統。光(guāng)儲充係(xì)統(tǒng)的係統架構(gòu)如(rú)下(xià)圖(tú)所示(shì)。

圖(tú)1光儲充係統(tǒng)的係(xì)統架(jià)構(gòu)

EMS是(shì)光儲(chǔ)充(chōng)係(xì)統的核(hé)心組成部(bù)分
，負責整(zhěng)個係(xì)統的(dí)底(dǐ)層數據采(cǎi)集(jí)，係(xì)統網絡監控(kòng)，能量(liáng)管理(lǐ)調度和運(yùn)行(háng)數據(jù)分(fēn)析。為保(bǎo)證(zhèng)光儲(chǔ)充係統的穩(wěn)定(dìng)運(yùn)行
，EMS采用(yòng)兩級分(fēn)級控製(zhì)體分(fēn)為(wéi)本地(dì)EMS和(hé)集(jí)控(kòng)EMS
，其結構圖(tú)如下圖(tú)所(suǒ)示。

圖(tú)2能(néng)量管(guǎn)理係統（EMS）結(jié)構圖(tú)

本地EMS可實(shí)現對(duì)儲(chǔ)能變(biàn)流(liú)器(qì)（PCS），電(diàn)池(chí)管理係(xì)統(tǒng)（BMS），光伏(fú)逆變(biàn)器，充電(diàn)樁(zhuāng)和電(diàn)網的數據采集
，並(bìng)根據峰穀(gǔ)電(diàn)價(jià)，限(xiàn)電(diàn)政策，應急(jí)需求(qiú)等(děng)不(bù)同的使(shǐ)用場(cháng)景
，製(zhì)定和運行不同的能量管(guǎn)理策(cè)略。本地EMS通過(guò)向(xiàng)PCS發(fā)送(sòng)有(yǒu)功(gōng)，無功等控(kòng)製指(zhǐ)令(líng)控(kòng)製PCS執行(háng)相應的動(dòng)作
，同時(shí)可以將監測的(dí)光儲(chǔ)充係統實時運行(háng)狀(zhuàng)態，係統(tǒng)內各(gè)種設備狀態(tài)等(děng)信(xìn)息(xī)上(shàng)傳至集(jí)控EMS。

集(jí)控(kòng)EMS由EMS工作(zuò)站和(hé)EMS服務(wù)器構成(chéng)。EMS工作站(zhàn)的主要(yào)功(gōng)能是實(shí)時監控光儲(chǔ)充係(xì)統(tǒng)的運(yùn)行狀態
，同(tóng)時負責(zé)製定光(guāng)儲充係統的運行(háng)模式(shì)；而EMS服(fú)務器(qì)的主要功能是(shì)儲存光儲(chǔ)充(chōng)係統(tǒng)的運(yùn)行(háng)數據(jù)
，可(kě)以提供歷史(shǐ)數據查詢，數據(jù)分(fēn)析(xī)等服(fú)務
，是後期(qī)根(gēn)據大數據分析製(zhì)定(dìng)運(yùn)行策(cè)略(lüè)的(dí)前提保障(zhàng)。

4.Acrel-2000ES儲能(néng)櫃能量管理係統

4.1係統概(gài)述(shù)

安科瑞(ruì)儲(chǔ)能能(néng)量(liáng)管理(lǐ)係統Acrel-2000ES
，專(zhuān)門(mén)針對(duì)工商業(yè)儲(chǔ)能櫃(guì)，儲能集(jí)裝箱(xiāng)研發的一(yī)款(kuǎn)儲(chǔ)能(néng)EMS
，具(jù)有*的(dí)儲能監控(kòng)與(yǔ)管理(lǐ)功能(néng),涵(hán)蓋了儲能係(xì)統(tǒng)設(shè)備(bèi)(PCS，BMS，電(diàn)表(biǎo)，消(xiāo)防，空(kōng)調(tiáo)等)的(dí)詳細(xì)信(xìn)息,實現了(liǎo)數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)處(chǔ)理(lǐ)，數據(jù)存儲，數據查(chá)詢(xún)與分(fēn)析(xī)，可(kě)視(shì)化監控，報警(jǐng)管理，統(tǒng)計(jì)報(bào)表等功(gōng)能(néng)。在*級應(yīng)用上支持(chí)能(néng)量(liáng)調(tiáo)度(dù),具備計(jì)劃曲綫(xiàn)，削(xiāo)峰(fēng)填穀，需(xū)量(liáng)控(kòng)製，防逆(nì)流(liú)等控(kòng)製功能。

4.2係(xì)統結構(gòu)

Acrel-2000ES
，可(kě)通過(guò)直采或(huò)者(zhě)通過(guò)通(tōng)訊(xùn)管(guǎn)理或(huò)串(chuàn)口(kǒu)服務器(qì)將(jiāng)儲能櫃(guì)或者儲能(néng)集(jí)裝箱內(nèi)部的(dí)設(shè)備(bèi)接(jiē)入(rù)係統。係(xì)統結(jié)構(gòu)如下(xià)：

4.3係(xì)統功能(néng)

4.3.1實(shí)時(shí)監測(cè)

係統(tǒng)人(rén)機(jī)界(jiè)麵友(yǒu)好
，能夠(gòu)顯示(shì)儲(chǔ)能櫃的運(yùn)行(háng)狀(zhuàng)態
，實時(shí)監(jiān)測(cè)PCS，BMS以(yǐ)及(jí)環(huán)境參(cān)數信息(xī)
，如電參量(liáng)，溫(wēn)度，濕(shī)度(dù)等。實(shí)時顯(xiǎn)示(shì)有(yǒu)關(guān)故(gù)障(zhàng)，告警，收(shōu)益等信息。

4.3.2設備監控

係(xì)統能夠實(shí)時(shí)監(jiān)測PCS，BMS，電表，空調，消防(fáng)，除濕(shī)機(jī)等(děng)設備的(dí)運(yùn)行狀態(tài)及(jí)運(yùn)行模(mó)式(shì)。

PCS監控：滿(mǎn)足儲能(néng)變(biàn)流(liú)器的參數(shù)與(yǔ)限值設(shè)置；運(yùn)行模式設置(zhì)；實(shí)現儲(chǔ)能變(biàn)流(liú)器交直流側(cè)電壓(yā)，電(diàn)流(liú)，功率(shuài)及(jí)充(chōng)放(fàng)電量參數的(dí)采集(jí)與展示；實(shí)現PCS通訊(xùn)狀態(tài)，啟(qǐ)停狀態(tài)，開關(guān)狀態，異(yì)常(cháng)告(gào)警(jǐng)等狀態監測(cè)。

BMS監控：滿足電池管(guǎn)理係統的(dí)參(cān)數(shù)與(yǔ)限(xiàn)值設置(zhì)；實(shí)現儲能(néng)電池(chí)的電芯，電(diàn)池(chí)簇的溫度(dù)，電(diàn)壓(yā)，電(diàn)流(liú)的(dí)監測；實現電(diàn)池充放(fàng)電狀態，電壓，電流(liú)及溫(wēn)度(dù)異常狀態的告(gào)警(jǐng)。

空(kōng)調監控：滿足環(huán)境溫(wēn)度的監測(cè)
，可(kě)根(gēn)據(jù)設置的(dí)閾值進(jìn)行空調(tiáo)溫(wēn)度(dù)的聯動(dòng)調節(jié)
，並實時監測空調的運(yùn)行狀態及溫濕度數(shù)據
，以(yǐ)曲綫形(xíng)式進(jìn)行(háng)展示。

UPS監控(kòng)：滿足UPS的(dí)運行狀態及(jí)相關電參(cān)量(liáng)監測(cè)。

4.3.3曲綫(xiàn)報表

係(xì)統(tǒng)能(néng)夠對PCS充放(fàng)電功率曲綫，SOC變換曲(qū)綫(xiàn)，及電壓，電(diàn)流，溫(wēn)度(dù)等(děng)歷史曲(qū)綫的查(chá)詢與(yǔ)展示。

4.3.4策(cè)略(lüè)配置(zhì)

滿(mǎn)足儲能係統設(shè)備參(cān)數(shù)的(dí)配(pèi)置(zhì)，電(diàn)價(jià)參(cān)數與時(shí)段的(dí)設置，控(kòng)製策略的選擇。目前(qián)支(zhī)持(chí)的(dí)控製(zhì)策(cè)略包含(hán)計劃曲(qū)綫，削峰(fēng)填穀(gǔ)，需量(liáng)控製(zhì)等。

4.3.5實(shí)時報(bào)警

儲(chǔ)能(néng)能量(liáng)管理(lǐ)係統具(jù)有實(shí)時告警功能(néng)
，係統(tǒng)能(néng)夠(gòu)對儲(chǔ)能(néng)充放(fàng)電(diàn)越限，溫度越(yuè)限(xiàn)，設備故障(zhàng)或通信故(gù)障(zhàng)等(děng)事件(jiàn)發(fā)出告(gào)警。

4.3.6事(shì)件查詢統計(jì)

儲(chǔ)能能量管(guǎn)理係統能夠(gòu)對遙(yáo)信變位(wèi)
，溫(wēn)濕度(dù)，電壓(yā)越限等(děng)事件記錄進行存儲和(hé)管(guǎn)理
，方(fāng)便用戶對(duì)係統事(shì)件和報(bào)警(jǐng)進(jìn)行(háng)歷(lì)史(shǐ)追溯
，查(chá)詢統(tǒng)計，事故(gù)分析。

4.3.7遙控(kòng)操(cāo)作

可以通過(guò)每(měi)個設(shè)備下麵的紅色(sè)按(àn)鈕(niǔ)對PCS，風(fēng)機，除濕機(jī)，空調控製器，照明(míng)等(děng)設(shè)備(bèi)進行(háng)相應的(dí)控(kòng)製
，但(dàn)是當(dāng)設備未通信(xìn)上(shàng)時
，控製按鈕(niǔ)會(huì)顯示無效狀(zhuàng)態。

4.3.8用戶(hù)權(quán)限管(guǎn)理(lǐ)

儲能能(néng)量(liáng)管(guǎn)理係(xì)統為保(bǎo)障係統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行(háng)
，設(shè)置了用(yòng)戶權限管(guǎn)理功(gōng)能(néng)。通(tōng)過(guò)用(yòng)戶權限(xiàn)管理(lǐ)能(néng)夠防止未(wèi)經授權的操作(zuò)（如遙控(kòng)的操(cāo)作
，數據(jù)庫(kù)修(xiū)改等）。可以定義不(bù)同級(jí)別(bié)用(yòng)戶的(dí)登錄名(míng)，密碼(mǎ)及操作(zuò)權(quán)限
，為(wéi)係統運行(háng)，維護，管理提供可靠的安全保障。

5.相(xiāng)關(guān)平台部署硬件選(xuǎn)型(xíng)清單

6.結束語

本(běn)文(wén)設(shè)計了(liǎo)一(yī)種園區(qū)光(guāng)儲充(chōng)能量(liáng)管(guǎn)理係(xì)統
，具(jù)有實(shí)時(shí)監(jiān)控，設備管理，係統調度，能源(yuán)分析等功(gōng)能(néng)
，根(gēn)據(jù)光伏係(xì)統發電功率(shuài)和用(yòng)電(diàn)負荷(hé)總(zǒng)負(fù)荷功率
，結合當地峰(fēng)穀(gǔ)用電(diàn)時(shí)間段分布政(zhèng)策
，製定了(liǎo)儲能係統控製(zhì)策略(lüè)
，實(shí)現了平移(yí)園(yuán)區用(yòng)電(diàn)負(fù)荷，峰(fēng)穀套(tào)利(lì)，園區(qū)經濟利益*大(dà)化(huà)。該光(guāng)儲(chǔ)充(chōng)能(néng)量管理係(xì)統已經(jīng)在(zài)成都某(mǒu)企(qǐ)業(yè)園區安(ān)全穩(wěn)定(dìng)運行(háng)
，為(wéi)區(qū)域電(diàn)網錯峰(fēng)避(bì)開負(fù)荷高(gāo)峰(fēng)發揮了巨大(dà)的作用
，取(qǔ)得了很好的經(jīng)濟效(xiào)益(yì)和(hé)社(shè)會效(xiào)益。

參考文(wén)獻(xiàn)

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