淺談分布式光儲能量管理係統及其控製策略

hth下载地址 陳聰

0.引言

分布式光儲(chu) 電站目前已成為(wei) 工業(ye) 園區、智能樓宇場景下的重要組成部分。光伏和風電的間歇性和波動性製約著新能源的大規模應用，而儲(chu) 能係統具有調峰、調頻、平滑輸出的功能，光儲(chu) 結合使分布式電站裝機量逐年增加。

分布式光儲(chu) 電站的能量管理係統（EMS）是其電站運行*備的核心係統，EMS是基於(yu) SCADA係統的數字化信息，實現自動發電控製、網絡分析等功能，促進了光儲(chu) 電站數字化、自動化。

本文EMS指對區域內(nei) 電源、配電、負荷的綜合管理與(yu) 調度，實現內(nei) 部優(you) 化運行、對外部電力係統友好接入並提供支持服務。EMS可向上接入更大規模、更*層級的EMS，也可向下調度多個(ge) 發電設備控製器及負荷管理器。

大部分現存研究隻對EMS進行了簡單功能介紹。林青瑜提出的光儲(chu) 一體(ti) 化電站關(guan) 鍵技術設計，對能量管理係統及策略進行了簡單說明。*建東(dong) 提出的麵向智能台區的風光儲(chu) 充能量管理策略，但沒有對管理係統功能進行詳細介紹。李軍(jun) 微等提出的10kW／20kW·h鋰電池能量管理係統的設計，將BMS融入到EMS軟件中，模塊劃分不太合理。

本文進一步闡述分布式光儲(chu) 能量管理係統的定義(yi) 、組成、各部件的功能、EMS作用邊界及在光儲(chu) 電站中的位置，*後分析分布式能量管理策略。

1.分布式光儲(chu) 電站

1.1光儲(chu) 電站通信係統

光儲(chu) 電站通信係統架構圖如圖1所示。

光儲(chu) 電站包括光伏組件、光伏逆變器、電池及BMS、儲(chu) 能PCS、SCADA、EMS等。光儲(chu) 係統的實時控製設備分為(wei) 兩(liang) 層，底層是本地控製器，主要完成電池儲(chu) 能係統（BESS）內(nei) 部儲(chu) 能變流器、能量存儲(chu) 單元等底層部件的協同與(yu) 控製；頂層為(wei) EMS，獨立於(yu) BESS之外依據儲(chu) 能場景的經濟模型、曆史及預測數據、電力電價(jia) 政策等外部信息，對BESS的運行模式、功率-時間曲線進行優(you) 化調度。

1.2光儲(chu) 電站係統結構

光儲(chu) 電站係統結構如圖2所示。

U1、U2為(wei) 光儲(chu) 係統兩(liang) 個(ge) 連接點電壓。其中（PS、QS）向電網送入功率，負載（PL、QL）從(cong) 電網吸收功率，儲(chu) 能係統（PB、QB）既可以向電風輸送功率，也可以從(cong) 電網吸收功率。PCC連接點U2的表達式：

U2=−U1

[R(−PS+PL±PB)+]（1）

光伏輸出功率發生波動或負載切入切出時都會(hui) 影響係統PCC點母線電壓的穩定，當其波動範圍超過±10%，就會(hui) 損壞負載。此時本地控製器或EMS控製器對儲(chu) 能係統進行PQ控製，來維持微網注入有功功率的恒定，從(cong) 而維持U2的恒定。當儲(chu) 能係統超出其調節範圍，可再生電源造成PCC點電壓波動大於(yu) ±10%，或配電網發生短路故障時，斷開並網開關(guan) ，微網運行於(yu) 離網模式。此時係統中至少有一個(ge) 儲(chu) 能係統采取U/f控製，為(wei) 係統提供頻率和電壓支撐。孤島模式下，當光伏出力大於(yu) 負載時，光伏給儲(chu) 能係統充電；當光伏出力小於(yu) 負載時，光伏和儲(chu) 能聯合為(wei) 負載供電。

2.能量管理係統設計

2.1總體(ti) 架構

EMS的總體(ti) 架構由兩(liang) 大部分組成，分別是支撐平台與(yu) 應用軟件，如圖3所示。

圖1光儲(chu) 電站通信係統

圖2光儲(chu) 係統結構

2.2支撐平台

支撐平台是EMS的載體(ti) 與(yu) 軟件功能實現的基礎，主要包括量測終端、傳(chuan) 輸信道、控製器、數據庫等。

2.3量測組件

量測組件實現對現場數據的采集。現場電能表、攝像頭、測量設備等產(chan) 生的大量數據通過本地控製器或轉為(wei) 以太網數據向上傳(chuan) 輸，為(wei) EMS決(jue) 策提供數據支撐。該過程包括信息量測、數據處理/轉換、指令發送等。

2.4傳(chuan) 輸信道

EMS控製係統通過RS485通訊，接入不同類型的設備，如光伏逆變器、匯流箱、電表、環境監測儀(yi) 等。不同類型的設備接入本地控製器不同端口。

對於(yu) 有遠程監控的分布式場景，通過4G/5G網絡接入監控雲(yun) 平台。

2.5控製器

EMS控製器采用Cotex-A8核心板，運行Linux係統，通信接口豐(feng) 富，內(nei) 置多種能量管理功能模塊，可應用於(yu) 不同場景。硬件框圖如圖4所示。

EMS控製器可接入設備包括本地控製器、光伏逆變器、儲(chu) 能/風電變流器、電表等。ETH2可通過交換機、路由器等設備連接至後台主站；ETH1用於(yu) 下層設備；幹接點輸入接口，內(nei) 部電壓DC24V，漏電保護信號、電網逆流反饋信號、並網斷路器反饋信號的輸入；DO采用繼電器輸出接口；模擬量輸入精度4mA~20mA/0V~10V1%。

2.6數據庫

數據庫將物理模型轉化為(wei) 數學模型，為(wei) EMS各功能的實現提供所需數據源。包括實時數據庫、預測與(yu) 計劃數據庫、基本數據庫、臨(lin) 時數據庫、曆史數據庫等。

3.應用軟件

EMS主要的三大功能：數據采集與(yu) 監控、能量管理和網絡分析。EMS*應用由算法服務器和實時控製器兩(liang) 組硬件平台聯合實現。EMS算法服務器主要完成能量管理軟件研究模式算法及網絡分析軟件算法的運行；實時控製器主要完成能量管理軟件實時模式算法運行，綜合實時係統狀態及安全約束條件，產(chan) 生*終的光儲(chu) 控製指令。

3.1數據采集與(yu) 監控

SCADA是EMS的基本功能。SCADA具有光儲(chu) 電站數據采集功能，EMS通過它向電力係統發送控製指令，網絡分析軟件向它返回量測質量信息。能量管理軟件利用所采集信息，包括來自SCADA的係統功率、頻率以及網損修正係統和安全限製值，形成發電計劃與(yu) 預測結果，進行調度決(jue) 策，提*係統運行質量和改善運行經濟性。網絡分析軟件利用電力係統的*麵信息，包括實測量與(yu) 開關(guan) 狀態以及來自能量管理軟件的預測結果與(yu) 發電計劃，進行量測質量信息分析。

集中顯示係統的重要的運行參數和運行狀態，分組顯示不同設備的信息。基於(yu) 地理圖的總體(ti) 信息監視，提供電站監視分析功能。

係統監控功能，包括多台PCS的遙測、遙控、遙調；多台分布式發電設備的遙測、遙控、遙調；環境監測儀(yi) 設備信息讀取；電表設備的信息讀取；外部設備控製、幹接點預留等；本地數據顯示、控製；電池信息顯示；遠程監控；實時監測電網數據。

光伏信息監視：逆變器采集的數據包括遙測量和遙信量，其中，遙測量采集：額定輸出功率、日發電量、總發電量、交流三相電壓電流、電網頻率、逆變器效率等值；遙信量采集：逆變器相關(guan) 狀態量、相關(guan) 故障代碼等。

BMS信息監視：包括電池數目/標稱容量、總電壓、電流、單體(ti) ***低電壓、SOC、SOH、電池溫度、每組電池電壓平均值、電壓/電流/溫度報警信息、工作狀態。

PCS信息監視：包括充放電信息、溫度、頻率、交流/直流斷路器狀態、工作狀態、直流電壓/電流/功率、逆變三相交流電壓/電流/功率、直流報警故障信息。

SCADA還監控變壓器溫控、環境檢測儀(yi) 、UPS、電表、溫濕度等信息。

3.2能量管理

以SCADA為(wei) 數據來源的能量管理功能集中了EMS的主要核心算法，是更*層的應用功能。

能量管理功能包括微電網電壓與(yu) 頻率調節，功率因數調節；電網調度；儲(chu) 能調節；負荷控製；預留負荷預測接口和資源。具有分時段模式設備功能；裝置具備對時功能，采用光或電B碼對時，誤差不大於(yu) 1ms；裝置具備人機交互功以能，可就地查看運行報告、故障報告等；係統協調優(you) 化功能，包括安全監控、調度管理與(yu) 計劃等；分時電價(jia) 功能；數據實

時監控；自動運行控製；電池組均衡管理；電力數據、缺陷統計報表。

EMS控製器用於(yu) 儲(chu) 能係統不同場合的實時控製策略，可接入雲(yun) 端對分散布局的儲(chu) 能係統遠程集中運維。簡單功能的管理係統可通過EMS的Web頁麵實現監控，為(wei) 客戶提供低成本解決(jue) 方案。

能量管理模塊具有參數設備功能，參數信息如表1所示。

表1參數設置

3.3網絡分析

網絡分析功能具有故障模型、*優(you) 調度模型，具有係統的潮流分析、安全約束、短路計算等模塊，由EMS算法服務器實現。

4.本地控製器

本地控製器是發電設備不可少的控製設備，是EMS工作的必要設備，有些情況下可擴展為(wei) EMS的硬件支撐設備。

4.1軟件架構

本地控製器軟件分括驅動層、服務層、應用層，如圖5所示。

驅動層統一了設備數據的存儲(chu) 、讀取規範、封裝IO、串口及網絡調用等接口，封裝了常用函數。

服務層主要包括線程管理、基礎通信、采集、參數配置、日誌、WebServer等模塊，實現控製器管理，負責相關(guan) 數據采集和計算，並控製相關(guan) 設備。

應用層主要實現具體(ti) 應用需求，包含自檢啟停、模式切換、控製聯動、故障告警、協同保護和用戶管理等。

4.2功能設計

監控信息包括概要信息、儲(chu) 能變流器等設備信息、BSC信息、測控信息、ATS信息、詳細信息、運行參數、係統參數、通訊參數、子設備參數、保護參數、運行事件記錄、故障告警記錄、版本信息、固件升級、備份&恢複、Modbus點表、CAN點表。

本地控製器能通過CAN、RS485或工業(ye) 以太網采集BMS狀態信息。BMS係統信息包括模擬量、狀態量、統計量。電池管理通信采取身份認證、訪問控製、加密或完整性保護等防護措施中至少一種，訪問控製采取IP訪問控製或時間訪問控製等措施中至少一種。電池管理通信加密滿足國標，密鑰加密存儲(chu) ，支持更新。

本地控製器需要對儲(chu) 能變流器的數據進行采集，具體(ti) 采集包括模擬量、狀態量，通過CAN、RS485或工業(ye) 以太網進行采集和控製。

采信信息包括啟動停止狀態、有功功率輸出設定、儲(chu) 能電池串組退出、充放電電壓上下限、充放電電流上下限及充電**SOC等的設定。

采集儲(chu) 能消防係統的故障信息，通過CAN、RS485或工業(ye) 以太網通信，通過Modbus協議上傳(chuan) 詳細工作狀態、遠程聯動等實時通信，支持設置消防係統的工作狀態如報警動作值、動作溫度等，支持數字量輸出接口與(yu) 消防係統聯動控製。

5.EMS與(yu) 其它係統關(guan) 係

5.1EMS與(yu) 本地控製器

本地控製器主要功能：1.實現BESS內(nei) 部環境、底層設備的信息采集及記錄；2.向SCADA係統、EMS控製係統上傳(chuan) BESS內(nei) 部數據、接受調度指令；3.依據係統實時狀態和外部指令，統一協調BESS內(nei) 部設備工作達到控製目標；4.采取自主措施實現緊急狀態下的故障保護、故障記錄及診斷等功能。

本地控製器也隨應用需求而變化。有的BESS中內(nei) 部包含若幹獨立的PCS+電池單元，本地控製器根據SOC參數協調PCS功率分配，以實現長期運行。本地控製器的應用層隨具體(ti) 係統配置與(yu) 應用功能靈活設計，在小型化儲(chu) 能應用中，可以擴大本地控製器範圍，將部分EMS的功能融入其中，如分時電價(jia) 、削峰填穀等，通過距離功能模塊滿足不同客戶不同場景的應用要求。

5.2EMS與(yu) SCADA係統

SCADA係統將電力係統設備相關(guan) 信息和數控實時采集、集中顯示，使得調度運維人員能夠及時掌握係統運行狀況，並對運行過程發出人工幹預指令、修改運行參數。

而EMS是基於(yu) SCADA係統所提供的數字化信息，進一步實現自動發電控製、網絡分析功能，提*電力係統數字化、自動化水平，為(wei) 調度人員提供基於(yu) 大數據、*算法的輔助決(jue) 策工具，增強對電力係統的分析判斷。

5.3EMS與(yu) BMS

PCS與(yu) BMS等設備具有多個(ge) 接口，可直接與(yu) EMS或SCADA通訊。在要求PCS的EMS調度響應能力更快時，由EMS直接調度。BMS電池數據體(ti) 量較大時直接上傳(chuan) 到SCADA。

6.控製策略

控製策略依據能量係統的複雜性和客戶需求的經濟性而不同。EMS管理對象或管理範圍，廣義(yi) 上包括BESS、新能源發電單元、常規發電機組、輸配電設備及用電負荷在內(nei) 的所有與(yu) 能量產(chan) 生、傳(chuan) 輸等相關(guan) 設備或相對獨立區域。

6.1離並網模式

EMS基於(yu) 電池特性和耐久性模型，結合用戶用電行為(wei) ，通過多層神經網絡算法自動優(you) 化係統運行策略，滿足用戶需求前提下，使係統盡可能運行在**效率點和*佳環境溫度，提升係統效率，延長電池壽命。

穩態情況下，光儲(chu) 電站並網運行，儲(chu) 能係統配合光伏電源工作，參與(yu) 新能源消納，為(wei) 負載提供*質量電能。當檢測到配電網或PCC點的頻率和電壓越限*，斷開並網，控製模式切為(wei) 孤島運行模式。離網係統中，儲(chu) 能係統用來組網，為(wei) 負載提供穩定電壓，保證正常運行。

6.2控製策略

6.2.1恒功率充放電

EMS控製器按計劃表設定功率對儲(chu) 能變流器下發指令，儲(chu) 能變流器采用恒定功率對電池進行充電或放電。

6.2.2削峰填穀

根據用戶用電規律，設置峰穀值，降低負荷*峰，填補負荷低穀，使發電、用電趨於(yu) 平衡。該模式下，光伏係統*大化出力，若觸發防逆流功能，則限製光伏出力。當電網功率大於(yu) 峰值時，儲(chu) 能係統放電，小於(yu) 穀值時，儲(chu) 能係統充電。

6.2.3自發自用

自發自用模式即PCC功率控製模式，用戶設置PCC點功率，係統控製其穩定在設置值。當光伏係統輸出功率大於(yu) 負載功率，儲(chu) 能係統充電；輸出小於(yu) 負載時，儲(chu) 能係統放電。

6.2.4需量控製

光伏係統*大化出力時，若負荷仍超過設置的需求量功率，則EMS控製器控製儲(chu) 能係統出力，平抑超出功率。係統響應需求側(ce) 指令控製儲(chu) 能係統充放電，並獲取經濟補貼。

6.2.5防逆流控製

EMS控製光伏發電優(you) 先供給負載，多餘(yu) 電能充入儲(chu) 能，當儲(chu) 能係統和負荷不能消納時，限製光伏發電，避免光伏發電饋入電網。

6.2.6一次調頻、動態調壓

接收調度和電化學儲(chu) 能電站監控係統的調控指令，控製多台儲(chu) 能變流器，實現一次調頻、動態調壓等。

7.hth下载地址Acrel-2000ES儲(chu) 能能量管理係統概述

7.1概述

hth下载地址Acrel-2000ES儲(chu) 能能量管理係統，專(zhuan) 門針對工商業(ye) 儲(chu) 能櫃、儲(chu) 能集裝箱研發的一款儲(chu) 能EMS，具有完善的儲(chu) 能監控與(yu) 管理功能,涵蓋了儲(chu) 能係統設備(PCS、BMS、電表、消防、空調等)的詳細信息,實現了數據采集、數據處理、數據存儲(chu) 、數據查詢與(yu) 分析、可視化監控、報警管理、統計報表等功能。在*應用上支持能量調度,具備計劃曲線、削峰填穀、需量控製、防逆流等控製功能。

7.2係統結構

Acrel-2000ES，可通過直采或者通過通訊管理或串口服務器將儲(chu) 能櫃或者儲(chu) 能集裝箱內(nei) 部的設備接入係統。

7.3接入設備

Acrel-2000ES，具備多種接口，多種協議對接的能力，支持多種設備接入。

7.4係統功能

7.4.1實時監測

係統人機界麵友好，能夠顯示儲(chu) 能櫃的運行狀態，實時監測PCS、BMS以及環境參數信息，如電參量、溫度、濕度等。實時顯示有關(guan) 故障、告警、收益等信息。

7.4.2設備監控

係統能夠實時監測PCS、BMS、電表、空調、消防、除濕機等設備的運行狀態及運行模式。

PCS監控：滿足儲(chu) 能變流器的參數與(yu) 限值設置；運行模式設置；實現儲(chu) 能變流器交直流側(ce) 電壓、電流、功率及充放電量參數的采集與(yu) 展示；實現PCS通訊狀態、啟停狀態、開關(guan) 狀態、異常告警等狀態監測。

BMS監控：滿足電池管理係統的參數與(yu) 限值設置；實現儲(chu) 能電池的電芯、電池簇的溫度、

電壓、電流的監測；實現電池充放電狀態、電壓、電流及溫度異常狀態的告警。

空調監控：滿足環境溫度的監測，可根據設置的閾值進行空調溫度的聯動調節，並實時監測空調的運行狀態及溫濕度數據，以曲線形式進行展示。

UPS監控：滿足UPS的運行狀態及相關(guan) 電參量監測。

7.4.3曲線報表

係統能夠對PCS充放電功率曲線、SOC變換曲線、及電壓、電流、溫度等曆史曲線的查詢與(yu) 展示。

7.4.4策略配置

滿足儲(chu) 能係統設備參數的配置、電價(jia) 參數與(yu) 時段的設置、控製策略的選擇。目前支持的控製策略包含計劃曲線、削峰填穀、需量控製等。

7.4.5實時報警

儲(chu) 能能量管理係統具有實時告警功能，係統能夠對儲(chu) 能充放電越限、溫度越限、設備故障或通信故障等事件發出告警。

7.4.6事件查詢統計

儲(chu) 能能量管理係統能夠對遙信變位，溫濕度、電壓越限等事件記錄進行存儲(chu) 和管理，方便用戶對係統事件和報警進行曆史追溯，查詢統計、事故分析。

7.4.7遙控操作

可以通過每個(ge) 設備下麵的紅色按鈕對PCS、風機、除濕機、空調控製器、照明等設備進行相應的控製，但是當設備未通信上時，控製按鈕會(hui) 顯示無效狀態。

7.4.8用戶權限管理

儲(chu) 能能量管理係統為(wei) 保障係統安全穩定運行，設置了用戶權限管理功能。通過用戶權限管理能夠防止未經授權的操作（如遙控的操作，數據庫修改等）。可以定義(yi) 不同級別用戶的登錄名、密碼及操作權限，為(wei) 係統運行、維護、管理提供可靠的安全保障。

7.4.9hth下载地址配套產(chan) 品

8.結語

分布式光儲(chu) 電站離用戶較近，可以有效減輕電網負擔，減少遠距離電能傳(chuan) 輸損耗，促進節能減排，EMS係統應用廣泛。本文對EMS的總體(ti) 結構、支撐平台設計、應用軟件進行介紹與(yu) 設計，闡述了其與(yu) 其它係統的關(guan) 係。各係統配合實現分布式光儲(chu) 係統能量管理，使光伏電站穩定運行。EMS支持光儲(chu) 電站恒功率充放電、削峰填穀、自發自用、需量控製、防逆流控製、一次調頻、動態調壓等。EMS的體(ti) 係架構正在由封閉式、集中式向開放式、分布式體(ti) 係架構發展，隨著光儲(chu) 業(ye) 務的大規模應用實踐，可移植、可伸縮、模塊化、規範化和標準化逐漸成為(wei) EMS的主要發展方向。

參考文獻：

[1]王兵.分布式光儲(chu) 能量管理係統及其控製策略.

[2]hth下载地址企業(ye) 微電網設計與(yu) 應用手冊(ce) 2022.5版.