淺析智慧儲(chǔ)能柜構(gòu)造揭秘及應(yīng)用

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(chǔ)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(chǔ)能柜作為儲(chǔ)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(chǔ)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(chǔ)能柜構(gòu)造概述

1. 電池模塊：是儲(chǔ)能柜的核心，負(fù)責(zé)儲(chǔ)存和釋放能量。常見(jiàn)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(shí)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(duì)儲(chǔ)能柜的整體運(yùn)行進(jìn)行監(jiān)控和控制。

通訊接口：用于實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)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(chǔ)能柜構(gòu)造詳細(xì)解析

1. 電池模塊

電池模塊是儲(chǔ)能柜的心臟，其性能直接影響著儲(chǔ)能柜的整體效能。電池模塊通常采用模塊化設(shè)計(jì)，可根據(jù)需求靈活配置。以下是電池模塊的幾個(gè)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(gè)電池單體串聯(lián)或并聯(lián)而成。

- 電池組：由多個(gè)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(chǔ)能柜的智能大腦，負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)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(gè)關(guān)鍵功能：

- 電池狀態(tài)監(jiān)測(cè)：通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)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(shí)及時(shí)發(fā)出警報(bào)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(chǔ)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(gè)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(chǔ)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(shí)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(shí)調(diào)整儲(chǔ)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(chǔ)能柜的指揮中心，負(fù)責(zé)對(duì)儲(chǔ)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(gè)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(shí)時(shí)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(chǔ)能柜與外部系統(tǒng)之間的信息通道，負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)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(gè)關(guān)鍵功能：

- 數(shù)據(jù)傳輸：將儲(chǔ)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(chǔ)能柜系統(tǒng)在新能源行業(yè)的優(yōu)勢(shì)

儲(chǔ)能柜在能源管理中的應(yīng)用非常廣泛，以下是幾個(gè)典型的應(yīng)用場(chǎng)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(shí)，儲(chǔ)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(chǔ)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(chǔ)能柜可以儲(chǔ)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(chǔ)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(guó)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(chǎng)的不斷擴(kuò)大，儲(chǔ)能柜將在未來(lái)能源管理領(lǐng)域發(fā)揮更加重要的作用。

四、Acrel-2000ES儲(chǔ)能柜能量管理系統(tǒng)

4.1系統(tǒng)概述

安科瑞儲(chǔ)能能量管理系統(tǒng)Acrel-2000ES，專門針對(duì)工商業(yè)儲(chǔ)能柜、儲(chǔ)能集裝箱研發(fā)的一款儲(chǔ)能EMS，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、防逆流等控制功能。

4.2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

Acrel-2000ES，可通過(guò)直采或者通過(guò)通訊管理或串口服務(wù)器將儲(chǔ)能柜或者儲(chǔ)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系統(tǒng)功能

4.3.1實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)

系統(tǒng)人機(jī)界面友好，能夠顯示儲(chǔ)能柜的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)PCS、BMS以及環(huán)境參數(shù)信息，如電參量、溫度、濕度等。實(shí)時(shí)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(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)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(chǔ)能變流器的參數(shù)與限值設(shè)置；運(yùn)行模式設(shè)置；實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)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(shí)現(xiàn)PCS通訊狀態(tài)、啟停狀態(tài)、開(kāi)關(guān)狀態(tài)、異常告警等狀態(tài)監(jiān)測(cè)。

BMS監(jiān)控：滿足電池管理系統(tǒng)的參數(shù)與限值設(shè)置；實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能電池的電芯、電池簇的溫度、電壓、電流的監(jiān)測(cè)；實(shí)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(cè)，可根據(jù)設(shè)置的閾值進(jìn)行空調(diào)溫度的聯(lián)動(dòng)調(diào)節(jié)，并實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)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(cè)。

4.3.3曲線報(bào)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。

4.3.4策略配置

滿足儲(chǔ)能系統(tǒng)設(shè)備參數(shù)的配置、電價(jià)參數(shù)與時(shí)段的設(shè)置、控制策略的選擇。目前支持的控制策略包含計(jì)劃曲線、削峰填谷、需量控制等。

4.3.5實(shí)時(shí)報(bào)警

儲(chǔ)能能量管理系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)告警功能，系統(tǒng)能夠?qū)?/span>儲(chǔ)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(jì)

儲(chǔ)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(chǔ)和管理，方便用戶對(duì)系統(tǒng)事件和報(bào)警進(jìn)行歷史追溯，查詢統(tǒng)計(jì)、事故分析。

4.3.7遙控操作

可以通過(guò)每個(gè)設(shè)備下面的紅色按鈕對(duì)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(shí)，控制按鈕會(huì)顯示無(wú)效狀態(tài)。

4.3.8用戶權(quán)限管理

儲(chǔ)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(guò)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(kù)修改等）?？梢远x不同級(jí)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

5結(jié)束語(yǔ)

儲(chǔ)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(guó)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(chǎng)的不斷擴(kuò)大，儲(chǔ)能柜將在未來(lái)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(jì)與應(yīng)用手冊(cè)2022.05版.

作者簡(jiǎn)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(chǔ)能柜能量管理系統(tǒng)的研究與應(yīng)用