胡冠楠 Acrelhgn

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

引言

在全球能源結(jié)構(gòu)加速轉(zhuǎn)型、對(duì)清潔能源利用需求日益增長(zhǎng)的當(dāng)下，儲(chǔ)能技術(shù)已成為平衡能源供需、提升能源利用效率的要素。儲(chǔ)能集裝箱作為一種高度集成化的儲(chǔ)能解決方案，融合了先進(jìn)的電池技術(shù)、的變流設(shè)備以及智能的能量管理系統(tǒng)，正逐漸嶄露頭角，在分布式能源系統(tǒng)、電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻以及應(yīng)急電源等眾多場(chǎng)景中擔(dān)當(dāng)起關(guān)鍵角色。深入探究?jī)?chǔ)能集裝箱內(nèi)部構(gòu)造及能量管理系統(tǒng)集成，不僅有助于我們洞悉這一前沿技術(shù)的精妙之處，更能為其進(jìn)一步優(yōu)化升級(jí)、拓展應(yīng)用邊界提供堅(jiān)實(shí)的理論支撐與實(shí)踐指引。

一、儲(chǔ)能集裝箱內(nèi)部構(gòu)造

1.電池系統(tǒng)：這是儲(chǔ)能集裝箱的部分，通常由多個(gè)電池模組組成，常見的電池類型有鋰離子電池、鉛酸電池等。電池模組通過串并聯(lián)的方式連接，以滿足不同的電壓和容量需求。為了確保電池的安全和性能，電池系統(tǒng)還配備有電池管理系統(tǒng)（BMS），用于監(jiān)測(cè)電池的電壓、電流、溫度等參數(shù)，進(jìn)行充放電控制和均衡管理等。

2.變流器系統(tǒng)：主要包括雙向變流器（PCS），其作用是實(shí)現(xiàn)直流電能與交流電能的相互轉(zhuǎn)換。在充電時(shí)，將電網(wǎng)或其他電源的交流電轉(zhuǎn)換為直流電為電池充電；在放電時(shí)，將電池的直流電轉(zhuǎn)換為交流電供給負(fù)載或并入電網(wǎng)。變流器還具有功率調(diào)節(jié)、電能質(zhì)量?jī)?yōu)化等功能，以確保輸出電能的穩(wěn)定性和可靠性。

3.電氣設(shè)備：包括配電柜、變壓器、熔斷器、接觸器等。配電柜用于對(duì)電能進(jìn)行分配和控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)設(shè)備的供電和保護(hù)。變壓器用于調(diào)整電壓等級(jí)，以適應(yīng)不同設(shè)備的電壓需求。熔斷器和接觸器等則用于電路的過載、短路保護(hù)和通斷控制。

4.熱管理系統(tǒng)：由于電池在充放電過程中會(huì)產(chǎn)生熱量，為了保證電池的性能和壽命，熱管理系統(tǒng)至關(guān)重要。它通常包括空調(diào)、散熱風(fēng)扇、冷卻管道等設(shè)備，通過制冷或散熱的方式將電池和其他設(shè)備產(chǎn)生的熱量散發(fā)出去，維持集裝箱內(nèi)部的溫度在合適的范圍內(nèi)。

5.監(jiān)控系統(tǒng)：用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)儲(chǔ)能集裝箱內(nèi)各個(gè)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，包括電池的狀態(tài)、變流器的運(yùn)行參數(shù)、電氣設(shè)備的工作情況等。監(jiān)控系統(tǒng)可以通過傳感器采集數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔粰C(jī)進(jìn)行分析和處理，以便操作人員及時(shí)了解儲(chǔ)能集裝箱的運(yùn)行狀況，發(fā)現(xiàn)問題并及時(shí)采取措施。

二、能量管理系統(tǒng)集成

1.能量控制策略：能量管理系統(tǒng)（EMS）根據(jù)電池的荷電狀態(tài)（SOC）、電網(wǎng)的需求、負(fù)載的情況等因素，制定合理的能量控制策略。例如，當(dāng)電網(wǎng)負(fù)荷較低時(shí)，EMS 控制儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行充電，將多余的電能儲(chǔ)存起來；當(dāng)電網(wǎng)負(fù)荷較高或出現(xiàn)停電等情況時(shí)，EMS 控制儲(chǔ)能系統(tǒng)放電，為電網(wǎng)或負(fù)載提供電能，實(shí)現(xiàn)削峰填谷、應(yīng)急供電等功能。

2.多設(shè)備協(xié)同控制：EMS 需要實(shí)現(xiàn)對(duì)電池系統(tǒng)、變流器系統(tǒng)、熱管理系統(tǒng)等多個(gè)設(shè)備的協(xié)同控制。例如，在電池充電過程中，EMS 根據(jù)電池的溫度情況，控制熱管理系統(tǒng)啟動(dòng)冷卻設(shè)備，確保電池在適宜的溫度下充電，同時(shí)根據(jù)電網(wǎng)的電壓和頻率等參數(shù)，調(diào)整變流器的輸出，保證充電過程的安全和。

3.通信與數(shù)據(jù)交互：EMS 通過通信網(wǎng)絡(luò)與儲(chǔ)能集裝箱內(nèi)的各個(gè)設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，同時(shí)也與外部的電網(wǎng)調(diào)度、用戶等進(jìn)行通信。它將采集到的設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)上傳到電網(wǎng)調(diào)度，以便電網(wǎng)進(jìn)行統(tǒng)一的調(diào)度和管理，同時(shí)接收電網(wǎng)調(diào)度的指令，根據(jù)指令調(diào)整儲(chǔ)能系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。此外，EMS 還可以與用戶的能量管理系統(tǒng)進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)用戶側(cè)的能量?jī)?yōu)化管理。

4.系統(tǒng)優(yōu)化與故障診斷：EMS 通過對(duì)大量運(yùn)行數(shù)據(jù)的分析，對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)的性能進(jìn)行評(píng)估和優(yōu)化，例如優(yōu)化電池的充放電策略，提高儲(chǔ)能系統(tǒng)的效率和壽命。同時(shí)，EMS 還具備故障診斷功能，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)儲(chǔ)能系統(tǒng)中的故障，并進(jìn)行報(bào)警和定位，幫助維護(hù)人員快速排除故障，提高系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。

三、應(yīng)用場(chǎng)景

1.光伏發(fā)電系統(tǒng)：集裝箱可用于光伏發(fā)電系統(tǒng)的儲(chǔ)能環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)光伏發(fā)電與負(fù)載需求之間的平衡，提高光伏發(fā)電系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益。

2.風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)：儲(chǔ)能集裝箱可用于風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的儲(chǔ)能環(huán)節(jié)，降低風(fēng)速波動(dòng)對(duì)電網(wǎng)的影響，提高風(fēng)電系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

3.電網(wǎng)輔助服務(wù)：儲(chǔ)能集裝箱可作為電網(wǎng)的輔助服務(wù)設(shè)備，參與調(diào)頻、調(diào)峰等任務(wù)，提高電網(wǎng)運(yùn)行效率。

四、Acrel-2000ES儲(chǔ)能柜能量管理系統(tǒng)

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。

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：

3系統(tǒng)功能

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。

3.2設(shè)備監(jiān)控

系統(tǒng)能夠?qū)崟r(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)。

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。

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。

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)?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。

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。

3.7遙控操作

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)。

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）?？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。

3.9安科瑞配套產(chǎn)品

五、結(jié)束語

儲(chǔ)能集裝箱內(nèi)部構(gòu)造復(fù)雜且各部分相互關(guān)聯(lián)，能量管理系統(tǒng)通過有效的集成和控制，實(shí)現(xiàn)了儲(chǔ)能系統(tǒng)的、安全運(yùn)行，在智能電網(wǎng)、分布式能源等領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。

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.