簡要分析園區智能光儲充能量管理係統設計及應用

hth下载地址 陳聰

摘要：本文在對光儲(chu) 充係統相關(guan) 研究的基礎上，設計了一種園區光儲(chu) 充能量管理係統（EMS）。介紹了EMS的係統架構及設備管理、係統管理、數據展示、能源分析等功能設計，根據光伏發電量和用電負荷，結合峰穀用電時段分布，製定了能量管理策略，實現了經濟利益*大化。

關(guan) 鍵詞：光儲(chu) 充係統；儲(chu) 能；能量管理

0.引言

隨著我國“碳達峰”“碳中和”計劃的提出，我國能源結構將持續調整，風力發電、光伏發電等新能源發電將會(hui) 迎來跨越式發展。由於(yu) 新能源發電具有很強的波動性和隨機性，大規模接入電網會(hui) 對電網造成巨大的衝(chong) 擊。運用儲(chu) 能技術可以有效平抑新能源發電的波動性和隨機性，從(cong) 而在提升新能源接入電網比例的同時保持電網穩定。同時，在*家對新能源汽車產(chan) 業(ye) 發展大力支持和動力電池技術日漸成熟的背景下，新能源汽車市場發展迅速，產(chan) 銷量快速提升。特別是在新增乘用汽車市場，消費者購買(mai) 新能源汽車的比例不斷提升。因此，隨著新能源汽車社會(hui) 保有量不斷提升，充電樁的需求量隨之持續上漲，成為(wei) 未來重要的用電負荷。將分布式新能源發電係統、儲(chu) 能係統及充電樁相結合可以組成光儲(chu) 充係統。通過能量管理係統（EMS）控製光儲(chu) 充係統內(nei) 相關(guan) 設備間的配合，可以提升係統整體(ti) 的安全性、可靠性。同時根據電價(jia) 信息、功率限製政策、應急供電需求等製定合適的運行調度策略，可以有效增加係統的經濟收益。基於(yu) 上述目的，本文設計了一種園區光儲(chu) 充能量管理係統，其主要功能為(wei) 實時運行狀態監控、運行數據的采集、展示、儲(chu) 存與(yu) 分析，在確保係統安全運行的同時提升係統的運行經濟性。

1.光伏儲(chu) 能係統的基礎

光伏發電技術是一種將太陽輻射能轉化為(wei) 電能的過程。它基於(yu) 光伏效應，這是一種物理現象，根據這一現象，某些材料在受到光照射時會(hui) 產(chan) 生電流。光伏電池通常由半導體(ti) 材料製成，比較常見的是矽。當光子（太陽光）碰撞到光伏電池的半導體(ti) 表麵時，它們(men) 激發了電子，使其從(cong) 材料中釋放出來，從(cong) 而形成電流。這產(chan) 生的直流電流可以被用來為(wei) 電網供電或儲(chu) 存在電池中以備將來使用，以便在晚上或雲(yun) 天等不可控的時段供電。

儲(chu) 能技術是光伏儲(chu) 能係統的關(guan) 鍵組成部分，它允許將通過光伏發電產(chan) 生的電能儲(chu) 存在電池或其他儲(chu) 能設備中，常見的儲(chu) 能技術包括：

鋰離子電池：這是目前*常用的儲(chu) 能技術之一，用於(yu) 存儲(chu) 電能，供應家庭、工業(ye) 和商業(ye) 用途。

鉛酸電池：被廣泛應用於(yu) 低成本和短期應用中。

電容器：具有高速充放電能力，通常用於(yu) 瞬態儲(chu) 能需求。

氫能源儲(chu) 能：通過將電能用於(yu) 製氫，將氫儲(chu) 存在燃料電池中，以供電時重新產(chan) 生電能。

熱能儲(chu) 能：利用熱能儲(chu) 存原理，例如蓄熱式太陽能電站。

2.光伏儲(chu) 能係統的工作原理

光伏發電：光伏電池在陽光照射下產(chan) 生直流電。這一過程是係統的電力輸入。

電能轉換：直流電經過逆變器轉換為(wei) 交流電，以便在電網中使用或供給交流設備。

電能儲(chu) 存：剩餘(yu) 的電能可以儲(chu) 存在電池或其他儲(chu) 能設備中，以備將來使用。這是係統的能量存儲(chu) 部分。

能量管理：係統的能量管理控製器監控能源需求、電池狀態和其他參數，並根據需要分配電能。它確保在不可預測的太陽能供應條件下，係統能夠提供連續可靠的電力供應。

電網互連：如果係統與(yu) 電網互連，多餘(yu) 的電能可以賣給電網，從(cong) 而實現雙向電流。這有助於(yu) 提高係統的經濟性和可持續性。

3.光儲(chu) 充能量管理係統（EMS）結構

光儲(chu) 充係統分為(wei) 三個(ge) 部分：光伏發電係統、儲(chu) 能係統和充電樁係統。三個(ge) 係統通過AC400V母線49耦合，通過以太網與(yu) EMS進行通訊，由EMS協調控製各係統的運行策略。EMS可以通過網絡將監控數據傳(chuan) 送給遠方監控係統和監視大屏顯示係統。光儲(chu) 充係統的係統架構如下圖所示。

圖1光儲(chu) 充係統的係統架構

EMS是光儲(chu) 充係統的核心組成部分，負責整個(ge) 係統的底層數據采集、係統網絡監控、能量管理調度和運行數據分析。為(wei) 保證光儲(chu) 充係統的穩定運行，EMS采用兩(liang) 級分級控製體(ti) 分為(wei) 本地EMS和集控EMS，其結構圖如下圖所示。

圖2能量管理係統（EMS）結構圖

本地EMS可實現對儲(chu) 能變流器（PCS）、電池管理係統（BMS）、光伏逆變器、充電樁和電網的數據采集，並根據峰穀電價(jia) 、限電政策、應急需求等不同的使用場景，製定和運行不同的能量管理策略。本地EMS通過向PCS發送有功、無功等控製指令控製PCS執行相應的動作，同時可以將監測的光儲(chu) 充係統實時運行狀態、係統內(nei) 各種設備狀態等信息上傳(chuan) 至集控EMS。

集控EMS由EMS工作站和EMS服務器構成。EMS工作站的主要功能是實時監控光儲(chu) 充係統的運行狀態，同時負責製定光儲(chu) 充係統的運行模式；而EMS服務器的主要功能是儲(chu) 存光儲(chu) 充係統的運行數據，可以提供曆史數據查詢、數據分析等服務，是後期根據大數據分析製定運行策略的前提保障。

4.Acrel-2000ES儲(chu) 能櫃能量管理係統

4.1係統概述

hth下载地址儲(chu) 能能量管理係統Acrel-2000ES，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*級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。

4.2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。係統結構如下：

4.3係統功能

4.3.1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。

4.3.2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。

4.3.3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。

4.3.4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。

4.3.5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。

4.3.6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。

4.3.7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。

4.3.8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。

5.相關(guan) 平台部署硬件選型清單

6.結束語

本文設計了一種園區光儲(chu) 充能量管理係統，具有實時監控、設備管理、係統調度、能源分析等功能，根據光伏係統發電功率和用電負荷總負荷功率，結合當地峰穀用電時間段分布政策，製定了儲(chu) 能係統控製策略，實現了平移園區用電負荷、峰穀套利、園區經濟利益*大化。該光儲(chu) 充能量管理係統已經在成都某企業(ye) 園區安全穩定運行，為(wei) 區域電網錯峰避開負荷高峰發揮了巨大的作用，取得了很好的經濟效益和社會(hui) 效益。

參考文獻

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