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(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）：負責協(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，負責對儲能柜的整體運行進行監(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(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，負責實時監(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：當電池的電壓、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電池。
- 數(shù)據(jù)采集與傳輸：將電池的運行數(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，負責協(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)負荷低谷期充電，負荷高峰期放電，實現(xiàn)能源的優(yōu)化利用。
- 需求響應：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)頻等需求響應服務。
4. 控制系統(tǒng)
控制系統(tǒng)是儲能柜的指揮中心，負責對儲能柜的整體運行進行監(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，負責實時采集數(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，負責分析數(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，負責實現(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：將儲能柜的運行數(shù)據(jù)傳輸至外部系統(tǒng)，便于遠程監(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(wǎng)負荷低谷期充電，負荷高峰期放電，降低企業(yè)的用電成本。
2. 應急備電：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)頻等需求響應服務，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)的不斷進步和市場的不斷擴大，儲能柜將在未來能源管理領域發(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。在高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、除濕機等設備的運行狀態(tài)及運行模式。
PCS監(jiān)控：滿足儲能變流器的參數(shù)與限值設置；運行模式設置；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。
滿足儲能系統(tǒng)設備參數(shù)的配置、電價參數(shù)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(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。
可以通過每個設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(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。
4.3.9安科瑞配套產(chǎn)品
序號 | 設備 | 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(jù)不同的采集規(guī)約進行水表、氣表、電表、微機保護等設備終端的數(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等設備 |
8 | 遙信模塊 | ARTU-KJ8 |
| 1)反饋各個設備狀態(tài)，將相關(guān)數(shù)據(jù)到串口服務器；2)讀消防1/0信號，并轉(zhuǎn)發(fā)給到上層(關(guān)機、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)的不斷進步和市場的不斷擴大，儲能柜將在未來能源管理領域發(fā)揮更加重要的作用。
參考文獻
[1]企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊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)的研究與應用
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