安科瑞劉鴻鵬

摘要

在企業(yè)光儲(chǔ)充電站建設(shè)過程中，光伏發(fā)電隨機(jī)性強(qiáng)、充電負(fù)荷波動(dòng)大、并網(wǎng)運(yùn)行邊界復(fù)雜，給系統(tǒng)的安全性、經(jīng)濟(jì)性和可控性帶來了新的挑戰(zhàn)。儲(chǔ)能系統(tǒng)作為光儲(chǔ)充電站的核心調(diào)節(jié)單元，其運(yùn)行效果在很大程度上取決于能量管理系統(tǒng)（EMS）的協(xié)調(diào)與控制能力。本文結(jié)合企業(yè)光儲(chǔ)充電站的典型應(yīng)用場(chǎng)景，對(duì)儲(chǔ)能柜能量管理系統(tǒng)在多設(shè)備接入、能量調(diào)度及運(yùn)行安全保障等方面的應(yīng)用進(jìn)行分析，探討其在企業(yè)級(jí)光儲(chǔ)充系統(tǒng)中的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

引言

隨著企業(yè)自建光伏、電動(dòng)汽車充電樁及用戶側(cè)儲(chǔ)能規(guī)模的持續(xù)擴(kuò)大，光儲(chǔ)充一體化逐漸成為園區(qū)型企業(yè)的重要能源配置模式。然而在實(shí)際運(yùn)行中，僅依靠設(shè)備本身的獨(dú)立控制，往往難以實(shí)現(xiàn)多能源系統(tǒng)的協(xié)同運(yùn)行，容易出現(xiàn)光伏消納不足、儲(chǔ)能策略失效或充電高峰沖擊配電容量等問題。

在此背景下，引入面向儲(chǔ)能柜的能量管理系統(tǒng)，對(duì)光伏、儲(chǔ)能與充電負(fù)荷進(jìn)行統(tǒng)一監(jiān)測(cè)與調(diào)度，已成為企業(yè)光儲(chǔ)充電站穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵技術(shù)路徑。

行業(yè)背景

2022年已并網(wǎng)的儲(chǔ)能項(xiàng)目中,用戶側(cè)并網(wǎng)占比為8.36%,其中工商業(yè)儲(chǔ)能規(guī)模為占比為98.6%。隨著各省市的峰谷價(jià)差拉大,部分省市可實(shí)現(xiàn)兩充兩放,工商業(yè)儲(chǔ)能會(huì)更加具有經(jīng)濟(jì)性,加上限電政策的影響,工商業(yè)儲(chǔ)能將在2023-2025年逐漸發(fā)展成主要的增長點(diǎn)。

工商業(yè)儲(chǔ)能是用戶側(cè)儲(chǔ)能最主要的應(yīng)用場(chǎng)景之一,當(dāng)前主要應(yīng)用場(chǎng)景包括峰谷套利、需(容)量管理、應(yīng)急備電、動(dòng)態(tài)增容及需求側(cè)響應(yīng)。

如何通過工商業(yè)儲(chǔ)能設(shè)備實(shí)現(xiàn)上述功能及安全、可、靠經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，顯然已成為大多儲(chǔ)能集成廠家關(guān)注的重點(diǎn)，而作為儲(chǔ)能設(shè)備的“大腦”EMS也成為其中關(guān)鍵的一環(huán)，市場(chǎng)需求逐年增加。

企業(yè)光儲(chǔ)充電站運(yùn)行管理的典型挑戰(zhàn)

從工程應(yīng)用角度看，企業(yè)光儲(chǔ)充電站普遍面臨以下運(yùn)行難點(diǎn)：
一是光伏出力與充電負(fù)荷時(shí)序不匹配，白天棄光、夜間高負(fù)荷現(xiàn)象并存；
二是充電樁集中運(yùn)行易引發(fā)需量突增，對(duì)企業(yè)變壓器容量形成沖擊；
三是儲(chǔ)能系統(tǒng)涉及PCS、BMS、計(jì)量、溫控、消防等多類設(shè)備，缺乏統(tǒng)一管理易造成運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)積累。
這些問題的本質(zhì)，并不在于設(shè)備能力不足，而在于系統(tǒng)層面缺乏有效的協(xié)調(diào)與控制。

儲(chǔ)能能量管理系統(tǒng)在光儲(chǔ)充電站中的系統(tǒng)架構(gòu)作用

在企業(yè)光儲(chǔ)充電站中，儲(chǔ)能能量管理系統(tǒng)承擔(dān)著“系統(tǒng)大腦”的角色。
通過對(duì)儲(chǔ)能柜內(nèi)PCS、BMS、電表、溫控及消防等設(shè)備的統(tǒng)一接入，系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)運(yùn)行數(shù)據(jù)的集中采集與狀態(tài)整合，為后續(xù)策略控制提供可靠數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。
相比單一設(shè)備本地控制，這種集中式管理模式更適合企業(yè)級(jí)、多回路、多工況的復(fù)雜應(yīng)用環(huán)境。在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上，能量管理系統(tǒng)通過多通信接口與多協(xié)議兼容能力，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能系統(tǒng)與光伏并網(wǎng)點(diǎn)、充電負(fù)荷側(cè)計(jì)量的協(xié)同聯(lián)動(dòng)，為光儲(chǔ)充一體化運(yùn)行奠定基礎(chǔ)。

Acrel-2000ES，專門針對(duì)設(shè)備供應(yīng)商、儲(chǔ)能集成商、電池商所生產(chǎn)的工商業(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。

系統(tǒng)架構(gòu)

可通過直采或者通過通訊管理機(jī)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：

功能測(cè)量

設(shè)備特點(diǎn)

系統(tǒng)功能

主控進(jìn)程

接收通信管理進(jìn)程送來的數(shù)據(jù)并處理；按要求生成告警信息，提交給人機(jī)界面，并保存到數(shù)據(jù)庫；完成計(jì)算量的定時(shí)計(jì)算，2-3秒/次，支持嵌套；將采集的信息量保存到歷史數(shù)據(jù)庫；處理人機(jī)界面、圖形組態(tài)的數(shù)據(jù)請(qǐng)求；統(tǒng)計(jì)處理。

人機(jī)界面

首頁；設(shè)備監(jiān)控；BMS；電表；除濕機(jī)；消防主機(jī)；液冷主機(jī)；曲線報(bào)表；PCS功率曲線；SOC曲線；統(tǒng)計(jì)報(bào)表；歷史曲線；控制策略；削峰填谷、需量控制、防逆；流控制等；歷史事件

PCS監(jiān)控

PCS運(yùn)行模式、啟停、限值等參數(shù)設(shè)置；PCS交直流側(cè)電壓、電流、功率等數(shù)據(jù)；PCS運(yùn)行狀態(tài)、模式、工作方式、接觸器等狀態(tài)；PCS運(yùn)行中過壓、過頻、溫度過高等故障展示。

BMS監(jiān)控

BMS運(yùn)行狀態(tài)、通訊狀態(tài)及電壓、電流、溫度、電能信息；BMS電池參數(shù)，展示每個(gè)電芯的電壓、溫度及所在位置；故障報(bào)警，按照不同等級(jí)進(jìn)行異常告警及故障保護(hù)。

儲(chǔ)能側(cè)計(jì)量

對(duì)儲(chǔ)能的充放電壓、電流、功率、電量進(jìn)行監(jiān)測(cè)

除濕機(jī)監(jiān)控

對(duì)除濕機(jī)運(yùn)行模式、溫濕度動(dòng)作參數(shù)進(jìn)行設(shè)置與展示

消防主機(jī)監(jiān)控

對(duì)消防主機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，并異常告警。

溫控主機(jī)監(jiān)測(cè)

對(duì)溫控主機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)、運(yùn)行參數(shù)及模式進(jìn)行設(shè)置

面向企業(yè)光儲(chǔ)充場(chǎng)景的核心控制策略分析

削峰填谷與光伏消納協(xié)同
在分時(shí)電價(jià)及峰谷價(jià)差逐步拉大的背景下，儲(chǔ)能系統(tǒng)通過能量管理系統(tǒng)執(zhí)行計(jì)劃曲線控制策略，可在光伏出力高、負(fù)荷低的時(shí)段優(yōu)先充電，在充電高峰或電價(jià)高峰時(shí)段放電，提升光伏就地消納水平并降低企業(yè)用能成本。

需量控制與動(dòng)態(tài)增容
針對(duì)企業(yè)充電站集中啟停帶來的瞬時(shí)需量沖擊，能量管理系統(tǒng)通過實(shí)時(shí)采集總進(jìn)線需量數(shù)據(jù)，在達(dá)到設(shè)定閾值前主動(dòng)調(diào)度儲(chǔ)能參與放電，從而在不擴(kuò)容變壓器的前提下，實(shí)現(xiàn)“虛擬增容”，緩解配電容量約束。

防逆流與并網(wǎng)安全控制
在企業(yè)光儲(chǔ)充系統(tǒng)并網(wǎng)運(yùn)行中，防逆流是必須關(guān)注的關(guān)鍵問題。通過對(duì)并網(wǎng)點(diǎn)功率的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，能量管理系統(tǒng)可在檢測(cè)到反向功率趨勢(shì)時(shí)，及時(shí)調(diào)整儲(chǔ)能運(yùn)行狀態(tài)，避免對(duì)公共電網(wǎng)產(chǎn)生不利影響，提升系統(tǒng)并網(wǎng)運(yùn)行的合規(guī)性與安全性。

運(yùn)行安全與輔助系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)管理

在企業(yè)級(jí)應(yīng)用場(chǎng)景下，儲(chǔ)能系統(tǒng)的安全運(yùn)行同樣依賴于完善的環(huán)境與狀態(tài)監(jiān)控。
能量管理系統(tǒng)通過對(duì)儲(chǔ)能柜內(nèi)溫濕度、消防、煙感、水浸等輔助系統(tǒng)的統(tǒng)一接入，實(shí)現(xiàn)異常狀態(tài)的集中告警與聯(lián)動(dòng)控制。當(dāng)環(huán)境或設(shè)備運(yùn)行參數(shù)超限時(shí)，系統(tǒng)可觸發(fā)相應(yīng)保護(hù)邏輯，降低因局部故障引發(fā)系統(tǒng)級(jí)風(fēng)險(xiǎn)的概率。

結(jié)論

綜上所述，在企業(yè)光儲(chǔ)充電站中，引入儲(chǔ)能柜能量管理系統(tǒng)，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)多設(shè)備、多系統(tǒng)的集中監(jiān)測(cè)與統(tǒng)一調(diào)度，還為削峰填谷、需量管理及防逆流等關(guān)鍵應(yīng)用提供了可靠的技術(shù)支撐。從工程實(shí)踐角度看，該系統(tǒng)有效提升了企業(yè)光儲(chǔ)充電站的運(yùn)行安全性、經(jīng)濟(jì)性與可控性，為企業(yè)推進(jìn)能源系統(tǒng)智能化管理提供了現(xiàn)實(shí)可行的解決方案。

審核編輯 黃宇