淺析新能源態(tài)勢下儲(chǔ)能柜構(gòu)造的應(yīng)用與創(chuàng)新
周文浩
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801
引言
隨著新能源技術(shù)的飛速發(fā)展，儲(chǔ)能柜作為新能源系統(tǒng)的重要組成部分，正日益受到廣泛關(guān)注。本文將從新能源態(tài)勢下儲(chǔ)能柜構(gòu)造的應(yīng)用出發(fā)，探討其在新能源領(lǐng)域的創(chuàng)新與發(fā)展。
一、新能源態(tài)勢下儲(chǔ)能柜的構(gòu)造及原理
儲(chǔ)能柜主要由電池組、能量管理系統(tǒng)（EMS）、電池管理系統(tǒng)（BMS）、充電設(shè)備、逆變器等部分組成。其中，電池組是儲(chǔ)能柜的核心部分，負(fù)責(zé)儲(chǔ)存和釋放能量；EMS負(fù)責(zé)能量調(diào)度和優(yōu)化；BMS負(fù)責(zé)電池的監(jiān)控和保護(hù)；充電設(shè)備負(fù)責(zé)將外部電源的電能轉(zhuǎn)換為電池儲(chǔ)存的化學(xué)能；逆變器負(fù)責(zé)將電池儲(chǔ)存的直流電轉(zhuǎn)換為交流電。
儲(chǔ)能柜的工作原理是：在充電過程中，外部電源提供的電能通過充電設(shè)備轉(zhuǎn)換為電池儲(chǔ)存的化學(xué)能；在放電過程中，電池釋放的化學(xué)能通過逆變器轉(zhuǎn)換為交流電，供給負(fù)載使用。
二、新能源態(tài)勢下儲(chǔ)能柜的應(yīng)用
1. 風(fēng)能和太陽能發(fā)電配套儲(chǔ)能
隨著新能源發(fā)電技術(shù)的不斷成熟，風(fēng)力發(fā)電和太陽能發(fā)電已成為我國新能源的重要組成部分。然而，風(fēng)能和太陽能具有不穩(wěn)定性和間歇性，無法滿足電力系統(tǒng)的穩(wěn)定供電需求。儲(chǔ)能柜的應(yīng)用可以有效解決這一問題，將不穩(wěn)定的新能源發(fā)電輸出調(diào)整為穩(wěn)定的電能輸出，提高新能源發(fā)電的利用效率。
2. 電網(wǎng)調(diào)峰和需求響應(yīng)
儲(chǔ)能柜在電網(wǎng)調(diào)峰和需求響應(yīng)方面具有重要作用。在電網(wǎng)負(fù)荷高峰時(shí)段，儲(chǔ)能柜可以釋放儲(chǔ)存的電能，減輕電網(wǎng)負(fù)荷壓力；在電網(wǎng)負(fù)荷低谷時(shí)段，儲(chǔ)能柜可以吸收多余的電能，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)負(fù)荷的削峰填谷。此外，儲(chǔ)能柜還可以參與需求響應(yīng)，根據(jù)電力市場價(jià)格調(diào)整儲(chǔ)能柜的充放電策略，降低電力成本。
3. 微電網(wǎng)和分布式能源系統(tǒng)
儲(chǔ)能柜在微電網(wǎng)和分布式能源系統(tǒng)中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。通過儲(chǔ)能柜的削峰填谷、負(fù)荷平衡等功能，可以提高微電網(wǎng)和分布式能源系統(tǒng)的穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性。同時(shí)，儲(chǔ)能柜還可以實(shí)現(xiàn)新能源發(fā)電與負(fù)荷的實(shí)時(shí)匹配，提高新能源的利用效率。
4. 電動(dòng)汽車充電設(shè)施
隨著電動(dòng)汽車的普及，電動(dòng)汽車充電設(shè)施的建設(shè)成為迫切需求。儲(chǔ)能柜在電動(dòng)汽車充電設(shè)施中的應(yīng)用，可以有效緩解充電樁對(duì)電網(wǎng)的沖擊，提高充電樁的利用效率。此外，儲(chǔ)能柜還可以為電動(dòng)汽車提供備用電源，保障電動(dòng)汽車的出行需求。
三、新能源態(tài)勢下儲(chǔ)能柜的創(chuàng)新與發(fā)展
1. 電池技術(shù)的創(chuàng)新
電池是儲(chǔ)能柜的核心部分，電池技術(shù)的創(chuàng)新是提高儲(chǔ)能柜性能的關(guān)鍵。目前，鋰電池、鈉電池等新型電池技術(shù)正逐漸替代傳統(tǒng)的鉛酸電池，具有更高的能量密度、更長的使用壽命和更低的成本。未來，電池技術(shù)的創(chuàng)新將繼續(xù)推動(dòng)儲(chǔ)能柜的發(fā)展。
2. 能量管理系統(tǒng)的創(chuàng)新
能量管理系統(tǒng)（EMS）是儲(chǔ)能柜的重要組成部分，負(fù)責(zé)能量調(diào)度和優(yōu)化。隨著大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)的發(fā)展，EMS將實(shí)現(xiàn)更高效的能量管理，提高儲(chǔ)能柜的利用效率。
3. 儲(chǔ)能柜與新能源發(fā)電的深度融合
儲(chǔ)能柜與新能源發(fā)電的深度融合是新能源發(fā)展的趨勢。通過技術(shù)創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能柜與新能源發(fā)電的實(shí)時(shí)匹配，提高新能源的利用效率，推動(dòng)新能源產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。
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，可通過直采或者通過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：
4.3.1實(shí)時(shí)監(jiān)測
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(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；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，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。
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。
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。
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。
可以通過每個(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）。可以定義不同級(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
序號(hào) | 設(shè)備 | 型號(hào) | 圖片 | 說明 |
1 | 儲(chǔ)能能量管理系統(tǒng) | Acrel-2000ES |
| 實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能設(shè)備的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控，統(tǒng)計(jì)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(jì)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(yùn)行信息 |
3 | 交流計(jì)量表計(jì) | DTSD1352 |
| 集成電力參量及電能計(jì)量及考核管理，提供各類電能數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)。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(shí)現(xiàn)“遙信"和“遙控"功能，并具備報(bào)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(jì)量表計(jì) | 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(shí)支持Modbus-RTU協(xié)議和DLT645協(xié)議;可帶繼電器報(bào)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(duì)應(yīng)2段報(bào)警，繼電器輸出可以任意設(shè)置報(bào)警方向及報(bào)警值。 |
6 | 通訊管理機(jī) | ANet-2E8S1 |
| 能夠根據(jù)不同的采集規(guī)約進(jìn)行水表、氣表、電表、微機(jī)保護(hù)等設(shè)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(jì)算等多項(xiàng)功能；實(shí)時(shí)多任務(wù)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(tái)據(jù)。 |
7 | 串口服務(wù)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(shí)現(xiàn))；2)上傳配電柜各個(gè)空開信號(hào)；3)上傳UPS內(nèi)部電量信息等；4)接入電表、BSMU等設(shè)備 |
8 | 遙信模塊 | ARTU-KJ8 |
| 1)反饋各個(gè)設(shè)備狀態(tài)，將相關(guān)數(shù)據(jù)到串口服務(wù)器；2)讀消防1/0信號(hào)，并轉(zhuǎn)發(fā)給到上層(關(guān)機(jī)、事件上報(bào)等)；3)采集水浸傳感器信息，并轉(zhuǎn)發(fā)給到上層(水浸信號(hào)事件上報(bào))；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(bào))。 |
五、結(jié)束語
新能源態(tài)勢下儲(chǔ)能柜的應(yīng)用與創(chuàng)新具有重要意義。隨著新能源技術(shù)的不斷發(fā)展，儲(chǔ)能柜將在新能源領(lǐng)域發(fā)揮更大的作用，為我國新能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展貢獻(xiàn)力量。
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
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