安科瑞 劉邁

　　摘要：文章從儲(chǔ)能EMS系統(tǒng)架構(gòu)和實(shí)現(xiàn)功能出發(fā)，分析了新型電力系統(tǒng)儲(chǔ)能EMS的設(shè)計(jì)，并探討了新型電力系統(tǒng)儲(chǔ)能EMS在廣西儲(chǔ)能項(xiàng)目中的應(yīng)用，旨在提升儲(chǔ)能在新型電力系統(tǒng)中的管理效率，保障儲(chǔ)能電站的安全管理。

　　關(guān)鍵詞：獨(dú)立儲(chǔ)能；EMS；新型電力系統(tǒng)；電站管理

　　1.背景

　　新型電力系統(tǒng)是以確保能源電力安全為基本前提，以滿足經(jīng)濟(jì)社會(huì)高質(zhì)量發(fā)展的電力需求為首要目標(biāo)，以高比例新能源供給消納體系建設(shè)為主線任務(wù)，以源網(wǎng)荷儲(chǔ)多向協(xié)同、靈活互動(dòng)為有力支撐，以堅(jiān)強(qiáng)、智能、柔性電網(wǎng)為平臺(tái)，以技術(shù)創(chuàng)新和體制機(jī)制創(chuàng)新為基礎(chǔ)能保障的新時(shí)代電力系統(tǒng)，是新型能源體系的重要組成部分和實(shí)現(xiàn)“雙碳"目標(biāo)的關(guān)鍵載體。

　　新型電力系統(tǒng)發(fā)展過程中，以壓縮空氣儲(chǔ)能、電化學(xué)儲(chǔ)能等日內(nèi)調(diào)節(jié)為主的新型儲(chǔ)能技術(shù)，依托“新能源+儲(chǔ)能"電站、電網(wǎng)側(cè)獨(dú)立儲(chǔ)能、用戶側(cè)儲(chǔ)能削峰填谷、共享儲(chǔ)能等模式，滿足了新型電力系統(tǒng)日內(nèi)調(diào)節(jié)需求。據(jù)國家能源局2024年1月25日新聞發(fā)布會(huì)相關(guān)內(nèi)容顯示，截2023年底，全國已建成投運(yùn)新型儲(chǔ)能項(xiàng)目累計(jì)裝機(jī)規(guī)模達(dá)3139萬kW/6687萬kW·h，從投資規(guī)模來看，“十四五"以來，新增新型儲(chǔ)能裝機(jī)直接推動(dòng)投資經(jīng)濟(jì)超1000億元，帶動(dòng)產(chǎn)業(yè)鏈上下游進(jìn)一步拓展，成為我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展“新動(dòng)能"。

　　能量管理系統(tǒng)（EMS）是電化學(xué)儲(chǔ)能電站的決策設(shè)備，與BMS、PCS統(tǒng)稱為“3S"系統(tǒng)，是儲(chǔ)能電站監(jiān)控系統(tǒng)站控層的設(shè)備。EMS通過計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)和通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)電站內(nèi)儲(chǔ)能系統(tǒng)、變配電系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)等設(shè)備的信息采集、監(jiān)視、控制等功能。

　　不同應(yīng)用場景、建設(shè)規(guī)模的儲(chǔ)能電站EMS功能差別較大。用戶側(cè)儲(chǔ)能電站以峰谷電價(jià)差套利為主，不接受電網(wǎng)的調(diào)度管理，EMS通過配置單臺(tái)服務(wù)器即可實(shí)現(xiàn)監(jiān)控和執(zhí)行充放電策略等功能。新能源側(cè)和電網(wǎng)側(cè)大中型儲(chǔ)能電站面臨監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)信息量大、調(diào)度管理系統(tǒng)復(fù)雜程度多樣化需求，EMS一般需具備場站設(shè)備監(jiān)控、調(diào)度控制、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)、電力交易等功能。

　　2.儲(chǔ)能EMS系統(tǒng)架構(gòu)和實(shí)現(xiàn)功能

　　2.1EMS系統(tǒng)架構(gòu)

　　2.1.1用戶側(cè)工商業(yè)儲(chǔ)能

　　EMS常采用微電網(wǎng)管理架構(gòu)，將儲(chǔ)能、光伏、負(fù)荷以以太網(wǎng)、RS485、4G等方式，接入到能源管理系統(tǒng)主站。

　　2.1.2獨(dú)立儲(chǔ)能

　　獨(dú)立儲(chǔ)能EMS系統(tǒng)架構(gòu)更為復(fù)雜，不僅需要具備電網(wǎng)的調(diào)度接口，還需要滿足源網(wǎng)荷儲(chǔ)等多能互補(bǔ)的能量管理和監(jiān)控功能。獨(dú)立儲(chǔ)能EMS系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

　　2.2EMS功能實(shí)現(xiàn)

　　2.2.1用戶側(cè)工商業(yè)儲(chǔ)能

　　用戶側(cè)工商業(yè)儲(chǔ)能主要應(yīng)用場景包括能量時(shí)移、需量管理、削峰填谷及參與電力交易，能夠幫助用戶節(jié)省電費(fèi)，在平復(fù)用戶負(fù)荷波動(dòng)的同時(shí)實(shí)現(xiàn)套利。其功能包括數(shù)據(jù)采集處理與存儲(chǔ)、系統(tǒng)監(jiān)視、能量管理、計(jì)量計(jì)費(fèi)、統(tǒng)計(jì)分析、操作與控制。此外，還可以整合功率基礎(chǔ)分配、需求側(cè)響應(yīng)、防逆流控制、削峰填谷等功能。

　　2.2.2獨(dú)立儲(chǔ)能

　　獨(dú)立儲(chǔ)能的應(yīng)用場景包括現(xiàn)貨市場、調(diào)峰調(diào)頻輔助服務(wù)、能量轉(zhuǎn)移、無功支撐、新能源消納等，對應(yīng)的功能層次也更多，基礎(chǔ)的獨(dú)立儲(chǔ)能功能包括數(shù)據(jù)可視化、運(yùn)行監(jiān)控、報(bào)警、分時(shí)分區(qū)控制，進(jìn)階的功能包括電力交易輔助決策、電站安全管理等。

圖1獨(dú)立儲(chǔ)能EMS系統(tǒng)架構(gòu)

3.新型電力系統(tǒng)儲(chǔ)能EMS設(shè)計(jì)

　　獨(dú)立儲(chǔ)能容量較大，其運(yùn)行會(huì)給新型電力系統(tǒng)帶來較大的沖擊，同時(shí)由于獨(dú)立儲(chǔ)能所包含的電池?cái)?shù)量眾多，控制難度大幅增加，對于電芯的安全運(yùn)行要求也更為嚴(yán)苛。因此，文章以獨(dú)立儲(chǔ)能為研究對象，進(jìn)行新型電力系統(tǒng)儲(chǔ)能EMS設(shè)計(jì)開發(fā)。

　　傳統(tǒng)的EMS存在無法適配電力市場體系改革的缺點(diǎn)，無法適配新型電力系統(tǒng)下復(fù)雜多場景的調(diào)度需求，也無法兼顧儲(chǔ)能電站日益增加的電站安全運(yùn)維要求?？紤]到儲(chǔ)能電站屬于重資產(chǎn)投資，電站資產(chǎn)管理和全生命周期的資產(chǎn)價(jià)值計(jì)算若能納入到儲(chǔ)能EMS中，能使得儲(chǔ)能項(xiàng)目的資產(chǎn)評(píng)估和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估更加清晰。

　　基于此，文章在傳統(tǒng)儲(chǔ)能EMS基礎(chǔ)上，從三個(gè)角度對新型電力系統(tǒng)儲(chǔ)能EMS進(jìn)行設(shè)計(jì)。

　　3.1儲(chǔ)能電站在不同電力市場規(guī)則和調(diào)度規(guī)則下的相應(yīng)功能需求與適配性設(shè)計(jì)

　　通過研究不同區(qū)域和省份的電力市場規(guī)則和調(diào)度機(jī)制，總結(jié)各個(gè)市場調(diào)度對儲(chǔ)能子站的控制需求，將復(fù)雜的功率基準(zhǔn)信號(hào)和輔助服務(wù)功率信號(hào)進(jìn)行分解、疊加和計(jì)算，終轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)控制指令，下發(fā)到儲(chǔ)能電站對應(yīng)單元執(zhí)行，支持儲(chǔ)能電站在不同電力市場中運(yùn)營。

　　在多堆的儲(chǔ)能電站場景，由于維護(hù)、分片調(diào)度等工況不同，各堆實(shí)時(shí)容量存在偏差。EMS功能上需考慮各堆充、放電功率分配功能，優(yōu)化各堆實(shí)時(shí)充、放電功率，使各堆電池循環(huán)次數(shù)趨于平衡，在單次循環(huán)中實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能電站充、放電量大化，提高儲(chǔ)能電站收益。根據(jù)儲(chǔ)能電站實(shí)際運(yùn)營經(jīng)驗(yàn)，EMS可考慮以下3種功率分配功能。

　?。?）手動(dòng)分配。通過手動(dòng)給定百分比的方式，實(shí)現(xiàn)各堆充、放電功率分配。

　　（2）平均分配。按電池堆數(shù)量、各堆實(shí)時(shí)平均分配充、放電功率。

　?。?）自動(dòng)分配。根據(jù)各堆額定容量、SOC實(shí)時(shí)分配各堆放電功率，同時(shí)單堆所分配的功率大于堆額定功率時(shí)，設(shè)計(jì)再分配功能，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能電站調(diào)度功率大化響應(yīng)。

　　3.2電站健康管理需求和功能開發(fā)

　　通過將大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用到電池系統(tǒng)中，一站式對儲(chǔ)能電池進(jìn)行數(shù)據(jù)收集、存儲(chǔ)、處理和分析。研究儲(chǔ)能電池和其他設(shè)備健康監(jiān)控技術(shù)，建立電池健康管理模型，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測、預(yù)測和優(yōu)化調(diào)控，并采用人工智能深度學(xué)習(xí)算法，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控和智能運(yùn)維，定期進(jìn)行電池安全AI健康評(píng)估，保障儲(chǔ)能安全。

　　3.2.1電池SOX狀態(tài)估計(jì)算法

　　基于深度學(xué)習(xí)的電池SOX狀態(tài)估計(jì)算法，預(yù)測電池荷電狀態(tài)SOC、健康狀態(tài)SOH，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控和智能運(yùn)維，保障電池安全和延長電池壽命。

　　3.2.2電池?zé)崾Э刂虚L期預(yù)測算法

　　利用深度學(xué)習(xí)時(shí)序異常檢測算法，在多層次深度特征中捕獲熱失控表征量之間潛在的時(shí)序關(guān)聯(lián)，預(yù)測未來較長一段時(shí)間電芯熱失控風(fēng)險(xiǎn)。

　　3.2.3電芯故障異常檢測算法

　　采用深度學(xué)習(xí)時(shí)序異常檢測算法，對采集到的數(shù)據(jù)通過小波、傅里葉等數(shù)據(jù)變換，提取數(shù)據(jù)時(shí)域、頻域特征工程；探尋電池內(nèi)短路、析鋰等故障和表征量之間的關(guān)系，建立分析預(yù)測模型，研發(fā)高性能和高精度的故障預(yù)測算法。

　　3.3電站資產(chǎn)全生命周期價(jià)值評(píng)估

　　本研究考慮未來儲(chǔ)能項(xiàng)目市場環(huán)境，以保障電站投資收益為目標(biāo)，基于電站采集數(shù)據(jù)對電站運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行評(píng)價(jià)，并結(jié)合收益和成本，創(chuàng)新性的建立融合多源數(shù)據(jù)的電站資產(chǎn)全生命周期價(jià)值評(píng)估方法，對中廣核新能源投資（深圳）有限公司現(xiàn)有及未來儲(chǔ)能項(xiàng)目的資產(chǎn)價(jià)值評(píng)估提供重要依據(jù)。

　　4.新型電力系統(tǒng)儲(chǔ)能EMS在廣西儲(chǔ)能項(xiàng)目中的應(yīng)用情況

　　4.1多類型電站、多省份規(guī)則適配、調(diào)度響應(yīng)和復(fù)雜AGC信號(hào)計(jì)算

　　儲(chǔ)能電站可選擇電站類型及參與的電力市場省份，根據(jù)省份配置市場選項(xiàng)供儲(chǔ)能電站選擇。根據(jù)儲(chǔ)能電站可參與的電力市場類型，如電能量市場和輔助服務(wù)市場，基于電站參數(shù)獲取智能交易策略，支持多個(gè)電力市場出力曲線疊加，生成策略生成申報(bào)功率建議和實(shí)時(shí)運(yùn)行功率曲線，還可展示包括SOC情況和價(jià)格基準(zhǔn)等重要的數(shù)據(jù)曲線。

　　4.2分區(qū)/塊調(diào)度、分時(shí)復(fù)用和一儲(chǔ)多用

　　可分區(qū)/分塊和分時(shí)配置電站在電力市場中運(yùn)行的模式，查看各個(gè)區(qū)塊參與電力市場的情況?？蛇x擇手動(dòng)配置和AI自動(dòng)配置，支持點(diǎn)選各分區(qū)名稱查看各分區(qū)配置情況，支持編輯修改各PCS分區(qū)。

　?。?）電站概況。包括電站額定容量、電站額定功率、本日可用容量和本日可用功率。

　?。?）充放電情況。包括電站SOC、當(dāng)前可放電量、實(shí)時(shí)有功/無功功率、本日充/放電量和累計(jì)充/放電量等數(shù)據(jù)。

　?。?）調(diào)頻里程。顯示調(diào)頻時(shí)刻里程。

　　（4）有功功率曲線。實(shí)際運(yùn)行功率和本地計(jì)劃功率運(yùn)行曲線。

　?。?）電站分區(qū)運(yùn)行情況。顯示電站所配置各分區(qū)的運(yùn)行模式、運(yùn)行場景、受控PCS臺(tái)數(shù)、額定容量占比、

　　當(dāng)前可用PCS臺(tái)數(shù)、可用容量占比、平均SOC、大可充/可放電量、有功/無功指令、實(shí)時(shí)有功/無功數(shù)據(jù)、AGC/AVC允許情況和AGC/AVC投入情況等。

　　4.3電池壽命RUL預(yù)測、安全故障和熱失控中長期預(yù)警

　　基于儲(chǔ)能電池和其他設(shè)備健康監(jiān)控技術(shù)，建立電池健康管理模型，實(shí)現(xiàn)對儲(chǔ)能系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測、預(yù)測和優(yōu)化調(diào)控，實(shí)現(xiàn)高性和高可靠性的電池健康評(píng)估結(jié)果。

　　（1）電芯總覽。展示當(dāng)前整站電池SOC和SOH情況及大/小SOC/SOH數(shù)據(jù)及所在位置。

　?。?）電芯電壓/溫度。展示各堆平均電壓（溫度）、電壓（溫度）大/小的電芯編號(hào)及電壓（溫度）。

　?。?）電芯狀態(tài)診斷。展示電芯SOH、RUL預(yù)測及電芯SOC預(yù)測，預(yù)測誤差小于±5%。

　?。?）電芯故障診斷。支持熱失控監(jiān)控、電芯內(nèi)短路等故障檢測和展示，實(shí)現(xiàn)熱失控前30min實(shí)現(xiàn)報(bào)警；檢出率>92%，誤報(bào)率<10%；電芯內(nèi)短路等故障檢出率>92%，誤報(bào)率<10%；支持故障日歷功能，統(tǒng)計(jì)和查看各月故障情況。

　　4.4電站功率分配

　　支持電站功率分配并優(yōu)化，使得每個(gè)電池堆根據(jù)擬充放電功率進(jìn)行輸出后，終的SOC一致。電站功率分配情況總覽支持展示當(dāng)前電站各儲(chǔ)能單元功率分配情況、當(dāng)前狀態(tài)、總功率、分配數(shù)量及分配方式。支持功率分配方式選擇：自動(dòng)分配、手動(dòng)分配及平均分配。

　　4.5儲(chǔ)能電站運(yùn)行狀態(tài)及資產(chǎn)評(píng)估

　　基于電站采集數(shù)據(jù)對電站運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行評(píng)價(jià)，結(jié)合收益和成本建立融合多源數(shù)據(jù)的

　　電站資產(chǎn)全生命周期價(jià)值評(píng)估方法，對儲(chǔ)能電站資產(chǎn)價(jià)值評(píng)估提供重要依據(jù)。

　?。?）電站基本信息：包括電站總投資金額、電站狀態(tài)、規(guī)模、項(xiàng)目地址及電站投運(yùn)時(shí)間等。

　　（2）電站運(yùn)行情況：包括電站投運(yùn)總天數(shù)、電站累計(jì)充/放電時(shí)長、電站累計(jì)充/放電量、參與電能量市場、輔助服務(wù)市場、調(diào)度響應(yīng)次數(shù)、電站容量租賃情況、當(dāng)前電站電池狀態(tài)等。

　　（3）充放電概況：充放電量和充放電時(shí)長的展示。

　　考慮電池SOH、電站RTE、儲(chǔ)能損耗率、實(shí)際可放電功率、實(shí)際可放電量、可用系數(shù)等多種指標(biāo)，建立儲(chǔ)能電站運(yùn)行狀態(tài)評(píng)價(jià)算法，實(shí)現(xiàn)電站運(yùn)行狀態(tài)的評(píng)價(jià)。

　　5.安科瑞Acrel-2000ES儲(chǔ)能能量管理系統(tǒng)概述

　　5.1概述

　　安科瑞Acrel-2000ES儲(chǔ)能能量管理系統(tǒng)，專門針對工商業(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。

　　5.2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：

5.3接入設(shè)備

　　Acrel-2000ES，具備多種接口，多種協(xié)議對接的能力，支持多種設(shè)備接入。

　　5.4系統(tǒng)功能

　　5.4.1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。

5.4.2設(shè)備監(jiān)控

　　系統(tǒng)能夠?qū)崟r(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。

　　5.4.3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。

5.4.4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。

5.4.5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。

5.4.6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。

5.4.7遙控操作

　　可以通過每個(gè)設(shè)備下面的紅色按鈕對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)。

5.4.8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。

5.4.9安科瑞配套產(chǎn)品

　　6.結(jié)束語

　　文章在新型電力系統(tǒng)下獨(dú)立儲(chǔ)能快速發(fā)展的背景下，對獨(dú)立儲(chǔ)能EMS的系統(tǒng)平臺(tái)進(jìn)行了設(shè)計(jì)搭建，并通過廣西獨(dú)立儲(chǔ)能項(xiàng)目的實(shí)踐應(yīng)用，驗(yàn)證了平臺(tái)的可行性。

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