什么是EMS（Energy Management System）？

說到儲(chǔ)能，大眾首先想到的就是電池，其好壞關(guān)系到能量轉(zhuǎn)換效率、系統(tǒng)壽命和安全等重要方面，但儲(chǔ)能要想作為一個(gè)系統(tǒng)發(fā)揮價(jià)值，其中作為“大腦"的核心構(gòu)件---EMS（能量管理系統(tǒng)）作用同等重要。

EMS一方面直接負(fù)責(zé)儲(chǔ)能系統(tǒng)的控制策略，而控制策略則影響系統(tǒng)內(nèi)電池的衰減速率和循環(huán)壽命，從而決定儲(chǔ)能的經(jīng)濟(jì)性；另一方面還監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行中的故障異常，起到及時(shí)快速保護(hù)設(shè)備、保障安全性的重要作用。如果說將儲(chǔ)能系統(tǒng)比做人體，那么EMS則是人的大腦心智。大腦心智決定一個(gè)人從事什么工作，也決定人體合理的勞作休息，和發(fā)生意外時(shí)的自我保護(hù)。

源網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能與工商業(yè)儲(chǔ)能對(duì)EMS的不同訴求

由于儲(chǔ)能行業(yè)最初興起是從大儲(chǔ)開始，即電源側(cè)與電網(wǎng)側(cè)，因此儲(chǔ)能EMS一開始就是在源網(wǎng)側(cè)場(chǎng)景下設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的?？紤]到源網(wǎng)側(cè)的數(shù)據(jù)封閉性，以及電力系統(tǒng)SCADA的產(chǎn)品設(shè)計(jì)慣性，儲(chǔ)能EMS被設(shè)計(jì)為：?jiǎn)螜C(jī)版、本地化。由于數(shù)據(jù)默認(rèn)無法外傳，所以需要電站本地配置運(yùn)維班底，有人值守。加上源網(wǎng)側(cè)相關(guān)的監(jiān)控規(guī)范，EMS還需要配置相關(guān)硬件，包括不限于：工作站、打印機(jī)、故障錄波器、遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)等。我們可以把這類儲(chǔ)能EMS稱為傳統(tǒng)儲(chǔ)能EMS。

那么傳統(tǒng)EMS可以直接用在工商業(yè)儲(chǔ)能嗎？答案是：不能。因?yàn)閳?chǎng)景不同，成本要求也不同。

工商業(yè)儲(chǔ)能站點(diǎn)容量小、數(shù)量多、分散廣、運(yùn)維成本要求高，無法支持本地有人值守，勢(shì)必要求遠(yuǎn)程運(yùn)維監(jiān)控。即安排區(qū)域級(jí)別的運(yùn)維班組，借助數(shù)字化運(yùn)維平臺(tái)，對(duì)多個(gè)儲(chǔ)能站進(jìn)行系統(tǒng)性整體運(yùn)維。數(shù)字化運(yùn)維平臺(tái)要求工商業(yè)儲(chǔ)能電站的數(shù)據(jù)必須實(shí)時(shí)上云，且通過云邊互動(dòng)提升運(yùn)維效率。傳統(tǒng)EMS的本地化/單機(jī)版設(shè)計(jì)在這個(gè)場(chǎng)景下天然不匹配，因此工商業(yè)儲(chǔ)能EMS需要新的產(chǎn)品設(shè)計(jì)。

圖1：源網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能運(yùn)維 VS 工商業(yè)儲(chǔ)能運(yùn)維

工商業(yè)儲(chǔ)能EMS的設(shè)計(jì)原則

根據(jù)上述的場(chǎng)景差異，工商業(yè)儲(chǔ)能EMS需要如下設(shè)計(jì)原則：

01 全量接入

工商業(yè)儲(chǔ)能雖然容量較小，但麻雀雖小，五臟俱全，EMS需要對(duì)接的設(shè)備依然眾多：PCS、BMS、空調(diào)、電表、智能斷路器、消防主機(jī)、各類傳感器，指示燈等等，因此EMS首先需要兼容支持各種協(xié)議，將設(shè)備及其數(shù)據(jù)全量接入進(jìn)來。尤其是設(shè)備告警信息的接入，需要做到實(shí)時(shí)全面。此處考驗(yàn)的是EMS的采集性能，為了實(shí)現(xiàn)相關(guān)保護(hù)，EMS需做到1秒一次的采集。

02 云邊一體

為了實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能站端和云平臺(tái)的數(shù)據(jù)雙向流動(dòng)，EMS必須在系統(tǒng)層實(shí)現(xiàn)云邊一體的效果，即保障站端數(shù)據(jù)無損實(shí)時(shí)的上報(bào)到云平臺(tái)，云平臺(tái)的指令能安全實(shí)時(shí)地傳遞給站端。

云邊一體的技術(shù)路線有很多種選擇，但最終以實(shí)際運(yùn)行效果為依歸?？紤]到很多工商業(yè)儲(chǔ)能通過4G方式上網(wǎng)（不具備有線網(wǎng)絡(luò)架設(shè)的條件），在通信中斷時(shí)有發(fā)生的工況下，如何保障云邊兩側(cè)的數(shù)據(jù)一致性，斷點(diǎn)數(shù)據(jù)如何續(xù)傳，中斷信道如何快速自愈，云到邊遙控如何保障安全性等課題，都是需要著重考慮的。

常見的技術(shù)路線是以當(dāng)前主流的物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議（MQTT）鏈接云和邊，但區(qū)別于光伏，樓宇能源等場(chǎng)景，儲(chǔ)能由于電池巨量的數(shù)據(jù)采集傳輸，云到邊的實(shí)時(shí)安全的遙控需求，若使用此類技術(shù)路線，極易捉襟見肘，無論和成本還是風(fēng)險(xiǎn)都非常高，需要謹(jǐn)慎選擇。

因此新的技術(shù)路線開始出現(xiàn)，例如輕舟能科研發(fā)的Nova物聯(lián)平臺(tái)，包括分布式時(shí)序數(shù)據(jù)庫(kù)，加密網(wǎng)絡(luò)隧道等核心技術(shù)，用以解決數(shù)據(jù)全量秒級(jí)同步和數(shù)據(jù)壓縮問題；云邊通信金融級(jí)安全問題。最終旨在降低網(wǎng)絡(luò)通信成本，服務(wù)器存儲(chǔ)成本和電站安全運(yùn)維風(fēng)險(xiǎn)。

03 拓展靈活

工商業(yè)儲(chǔ)能容量從100kWh到幾十MWh依據(jù)實(shí)際項(xiàng)目而定，并且在當(dāng)前儲(chǔ)能標(biāo)準(zhǔn)柜產(chǎn)品逐漸成為主流的趨勢(shì)下，柜子如積木般拼接，實(shí)現(xiàn)不同能量訴求，則要求EMS需要有靈活的拓展能力，可以快速兼容不同數(shù)量的儲(chǔ)能柜，實(shí)現(xiàn)不同數(shù)量級(jí)的設(shè)備對(duì)接，尤其是對(duì)PCS的對(duì)接和群控，從而能讓項(xiàng)目快速建設(shè)交付，盡快投運(yùn)。

04 策略智能

工商業(yè)儲(chǔ)能以削峰填谷為主要應(yīng)用場(chǎng)景，配合需量控制策略，防逆流保護(hù)等實(shí)現(xiàn)諸如動(dòng)態(tài)擴(kuò)容，離網(wǎng)備電等目的。其中由于實(shí)地變壓器數(shù)量，容量的差異，EMS在需量控制，防逆流保護(hù)上出現(xiàn)多樣的需求，例如多個(gè)并網(wǎng)點(diǎn)下，對(duì)某些變壓器做需量保護(hù)，對(duì)總變壓器做防逆流，需要再EMS里可以靈活配置，實(shí)現(xiàn)保護(hù)目的。

同時(shí)伴隨近年來工商業(yè)光伏的火熱，儲(chǔ)能和光伏的配合在工商業(yè)端也逐漸增多，對(duì)儲(chǔ)能的策略也提出了新的要求，例如儲(chǔ)能需要根據(jù)光伏發(fā)電的情況，合理安排電池充放，以達(dá)成清潔能源使用，同時(shí)又要做到相關(guān)保護(hù)策略。由于光伏發(fā)電的不確定性，負(fù)載的波動(dòng)性，靜態(tài)的儲(chǔ)能策略很難滿足此類場(chǎng)景，需要更動(dòng)態(tài)的智能策略。

智能策略結(jié)合分時(shí)電價(jià)，光伏預(yù)測(cè)，負(fù)載波動(dòng)，保護(hù)目標(biāo)等，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)地制定充放策略，才能有效地達(dá)成全局的經(jīng)濟(jì)性，通過合理地使用電池，減少電池的過度衰減，保障儲(chǔ)能自身的經(jīng)濟(jì)性。

最后EMS在儲(chǔ)能系統(tǒng)安全上也需要相應(yīng)的策略保護(hù)，不僅針對(duì)設(shè)備告警及時(shí)的協(xié)調(diào)不同設(shè)備，有效地完成本地保護(hù)，還需要基于相關(guān)算法預(yù)知風(fēng)險(xiǎn)，提前發(fā)出安全預(yù)警。

安科瑞Acrel-2000ES儲(chǔ)能能量管理系統(tǒng)具有完善的儲(chǔ)能監(jiān)控與管理功能，涵蓋了儲(chǔ)能系統(tǒng)設(shè)備(PCS、BMS、電表、消防、空調(diào)等)的詳細(xì)信息,實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)查詢與分析、可視化監(jiān)控、報(bào)警管理、統(tǒng)計(jì)報(bào)表等功能。在高級(jí)應(yīng)用上支持能量調(diào)度，具備計(jì)劃曲線、削峰填谷、需量控制、備用電源等控制功能。系統(tǒng)對(duì)電池組性能進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及歷史數(shù)據(jù)分析、根據(jù)分析結(jié)果采用智能化的分配策略對(duì)電池組進(jìn)行充放電控制，優(yōu)化了電池性能，提高電池壽命。

系統(tǒng)支持 Linux 或 Windows 操作系統(tǒng)，數(shù)據(jù)庫(kù)采用 SQL Server。本系統(tǒng)既可以用于儲(chǔ)能一體柜，也可以用于儲(chǔ)能集裝箱，是專門用于儲(chǔ)能設(shè)備管理的一套軟件系統(tǒng)平臺(tái)。

3、參考標(biāo)準(zhǔn)

《電網(wǎng)配置儲(chǔ)能系統(tǒng)監(jiān)控及通訊技術(shù)規(guī)范（Q/GDW1887-2012）》

《 儲(chǔ) 能 系 統(tǒng) 接 入 配 電 網(wǎng) 能 量 管 理 系 統(tǒng) 功 能 規(guī) 范

（Q/GDW697-2011）》

《分布式電源接入配電網(wǎng)技術(shù)規(guī)范（NB/T32015-2013）》《分布式電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)接入配電網(wǎng)設(shè)計(jì)規(guī)范（DL/T 5816-2020）》

《分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)接入配電網(wǎng)設(shè)計(jì)規(guī)范（T/CEC 173-2018）》

《分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)遠(yuǎn)程集中監(jiān)控技術(shù)規(guī)范（T/CEC 174-2018）》

《用戶側(cè)電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)導(dǎo)則（DB42/T 2001-2023）》

4、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

5、硬件配置

6、應(yīng)用范圍

適用于工商業(yè)儲(chǔ)能儲(chǔ)能一體柜、儲(chǔ)能集裝箱，容量 500kWh 以內(nèi)。

7、性能參數(shù)

1)硬件性能

表 1 硬件性能

2)系統(tǒng)性能

表 2 系統(tǒng)性能

3）性能特征

 終端采用加強(qiáng)型單元外殼，按抗強(qiáng)震動(dòng)、強(qiáng)干擾設(shè)計(jì)，適應(yīng)惡劣環(huán)境，適用于儲(chǔ)能電站-20℃~60℃的寬溫工作環(huán)境；

 終端集成電路全部采用工業(yè)級(jí)，使得裝置的具有很高的穩(wěn)定性和可靠性，滿足儲(chǔ)能單元封閉運(yùn)行的技術(shù)要求；

終端硬件設(shè)計(jì)采用多種隔離，屏蔽措施，軟件設(shè)計(jì)采用數(shù)字濾波技術(shù)和先進(jìn)的保護(hù)算法及其他抗干擾措施，大大提高了裝置的抗干擾性能；? 采集終端通訊方式多樣，具備多路（可選）RS485 通訊接2 路以太網(wǎng)接口和 1 路調(diào)試接口，支持 IEC101、IEC103、IEC104、MODBUSRTU/TCP 及私有協(xié)議等通訊協(xié)議，支持各類 PCS、BMS、溫控儀、電表、空調(diào)、消防等智能設(shè)備的通訊數(shù)據(jù)采集；可靈活實(shí)現(xiàn)與其他系統(tǒng)的接入；系統(tǒng)支持 Windows、Linux 等多種操作系統(tǒng)。

8、產(chǎn)品功能

（1）數(shù)據(jù)采集

 采集電池管理系統(tǒng)的各組電池的總電壓、電流、平均溫度、SOC、SOH、充放電電流和功率限值、單節(jié)電池電壓、單節(jié)電池溫度、各節(jié)電池的均衡狀態(tài)、故障及報(bào)警信息、歷史充放電電量、歷史充放電電能、容量、可充電量、可放電量、充放電次數(shù)等常用信息并進(jìn)行顯示；采集并顯示 PCS 系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)，包括：直流側(cè)的電壓/電流/功率等、PCS 的三相有功功率、無功功率、三相電壓、三相電流、功率因素、頻率、運(yùn)行狀態(tài)、報(bào)警及故障信息等常用信息，及日輸入電量、日輸出電量、累計(jì)輸入電量、累計(jì)輸出電量等；采集儲(chǔ)能系統(tǒng)的各個(gè)狀態(tài)量，包括主回路狀態(tài)（開關(guān)、事

故跳閘信號(hào)、保護(hù)動(dòng)作信號(hào)、異常信號(hào)）。

（2）數(shù)據(jù)處理

實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示處理功能；采集智能電表、PCS 系統(tǒng)、測(cè)控裝置的電能質(zhì)量數(shù)據(jù)，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析和顯示；能量管理系統(tǒng)能夠?qū)Σ杉瘮?shù)據(jù)進(jìn)行合理性檢查、限值告警。

（3）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

將采集到的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于配套數(shù)據(jù)庫(kù)中，數(shù)據(jù)顆粒度做到分等級(jí)存儲(chǔ)，儲(chǔ)能系統(tǒng)整體信息分鐘級(jí)存儲(chǔ)。

（4）系統(tǒng)控制

接收并實(shí)施上級(jí)系統(tǒng)對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)的啟動(dòng)/停止指令及功率下發(fā)指令。

能量管理系統(tǒng)能夠控制系統(tǒng)的運(yùn)行，包括開/關(guān)機(jī)，及根據(jù)變流器通信協(xié)議定義的功率，電壓，電流指令的下發(fā)，并清楚逐步下指令的步驟與當(dāng)前狀態(tài)，防止誤操作。

（5）曲線報(bào)表

統(tǒng)計(jì)儲(chǔ)能系統(tǒng)的工作情況和用電量情況，統(tǒng)計(jì)用戶的月使用電量，顯示歷史數(shù)據(jù)并具備數(shù)據(jù)及報(bào)表下載功能。

統(tǒng)計(jì)儲(chǔ)能系統(tǒng)的工作情況和用電量情況，統(tǒng)計(jì)用戶的月使用電量，顯示歷史數(shù)據(jù)并具備數(shù)據(jù)及報(bào)表下載功能。

（6）告警功能

收集整個(gè)系統(tǒng)的事件記錄信息及報(bào)警信息(包括歷史信息)并進(jìn)行顯示。當(dāng)系統(tǒng)所采集的模擬量發(fā)生越限、數(shù)字量變位及網(wǎng)絡(luò)通信狀態(tài)自診斷故障時(shí)，能量管理系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)彈出告警窗口，通知操作員有情況發(fā)生。該窗口保持在畫面的最上層，直到操作員進(jìn)行了處理。

（7）權(quán)限管理

能量管理系統(tǒng)提供權(quán)限管理，不同權(quán)限可以瀏覽或下載不同范圍內(nèi)的頁(yè)面（數(shù)據(jù)、表格、圖形、資料）；在多層架構(gòu)的儲(chǔ)能系統(tǒng)中，上層能量管理系統(tǒng)顯示整體儲(chǔ)能系統(tǒng)的界面，內(nèi)部就地能量管理系統(tǒng)只顯示本內(nèi)部?jī)?chǔ)能系統(tǒng)界面，在單層架構(gòu)的儲(chǔ)能系統(tǒng)中，只存在就地能量管理系統(tǒng)。

（8）系統(tǒng)管理：

能量管理系統(tǒng)能夠監(jiān)控儲(chǔ)能系統(tǒng)的電氣一次接線，并形成一次接線圖界面，關(guān)鍵位置開關(guān)達(dá)到可視可控。

能量管理系統(tǒng)能夠監(jiān)控整個(gè)儲(chǔ)能系統(tǒng)（各控制單元和服務(wù)器）的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行狀態(tài)，顯示整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)架構(gòu)拓?fù)鋱D及基本信息，在系統(tǒng)出現(xiàn)異常時(shí)能夠在系統(tǒng)拓?fù)鋱D中做出相應(yīng)顯示。

能量管理系統(tǒng)能夠監(jiān)控整個(gè)儲(chǔ)能系統(tǒng)的各控制單元的運(yùn)行狀態(tài)，在出現(xiàn)異常時(shí)能夠在系統(tǒng)拓?fù)鋱D中顯示出來。

（9）其他功能：

? 具有檢測(cè)控制 UPS 的功能。? 具有復(fù)位清零的功能。

9、系統(tǒng)界面

安科瑞Acrel-2000ES儲(chǔ)能能量管理系統(tǒng)具有完善的儲(chǔ)能監(jiān)控與管理功能，涵蓋了儲(chǔ)能系統(tǒng)設(shè)備(PCS、BMS、電表、消防、空調(diào)等)的詳細(xì)信息，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)查詢與分析、可視化監(jiān)控、報(bào)警管理、統(tǒng)計(jì)報(bào)表等功能。在高級(jí)應(yīng)用上支持能量調(diào)度,具備計(jì)劃曲線、削峰填谷、需量控制、備用電源等控制功能。既可以用于儲(chǔ)能一體柜，也可以用于儲(chǔ)能集裝箱，是專門用于設(shè)備管理的一套軟件系統(tǒng)平臺(tái)。