安科瑞 劉邁

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

　　關(guān)鍵詞：獨立儲能；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)濟社會高質(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)荷儲多向協(xié)同、靈活互動為有力支撐，以堅強、智能、柔性電網(wǎng)為平臺，以技術(shù)創(chuàng)新和體制機制創(chuàng)新為基礎(chǔ)能保障的新時代電力系統(tǒng)，是新型能源體系的重要組成部分和實現(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，以壓縮空氣儲能、電化學(xué)儲能等日內(nèi)調(diào)節(jié)為主的新型儲能技術(shù)，依托“新能源+儲能"電站、電網(wǎng)側(cè)獨立儲能、用戶側(cè)儲能削峰填谷、共享儲能等模式，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)布會相關(guān)內(nèi)容顯示，截2023年底，全國已建成投運新型儲能項目累計裝機規(guī)模達3139萬kW/6687萬kW·h，從投資規(guī)模來看，“十四五"以來，新增新型儲能裝機直接推動投資經(jīng)濟超1000億元，帶動產(chǎn)業(yè)鏈上下游進一步拓展，成為我國經(jīng)濟發(fā)展“新動能"。

　　能量管理系統(tǒng)（EMS）是電化學(xué)儲能電站的決策設(shè)備，與BMS、PCS統(tǒng)稱為“3S"系統(tǒng)，是儲能電站監(jiān)控系統(tǒng)站控層的設(shè)備。EMS通過計算機、網(wǎng)絡(luò)和通信技術(shù)，實現(xiàn)電站內(nèi)儲能系統(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)模的儲能電站EMS功能差別較大。用戶側(cè)儲能電站以峰谷電價差套利為主，不接受電網(wǎng)的調(diào)度管理，EMS通過配置單臺服務(wù)器即可實現(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)大中型儲能電站面臨監(jiān)控數(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.儲能EMS系統(tǒng)架構(gòu)和實現(xiàn)功能

　　2.1EMS系統(tǒng)架構(gòu)

　　2.1.1用戶側(cè)工商業(yè)儲能

　　EMS常采用微電網(wǎng)管理架構(gòu)，將儲能、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獨立儲能

　　獨立儲能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)荷儲等多能互補的能量管理和監(jiān)控功能。獨立儲能EMS系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

　　2.2EMS功能實現(xiàn)

　　2.2.1用戶側(cè)工商業(yè)儲能

　　用戶側(cè)工商業(yè)儲能主要應(yīng)用場景包括能量時移、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，在平復(fù)用戶負(fù)荷波動的同時實現(xiàn)套利。其功能包括數(shù)據(jù)采集處理與存儲、系統(tǒng)監(jiān)視、能量管理、計量計費、統(tǒng)計分析、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獨立儲能

　　獨立儲能的應(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)的獨立儲能功能包括數(shù)據(jù)可視化、運行監(jiān)控、報警、分時分區(qū)控制，進階的功能包括電力交易輔助決策、電站安全管理等。

圖1獨立儲能EMS系統(tǒng)架構(gòu)

3.新型電力系統(tǒng)儲能EMS設(shè)計

　　獨立儲能容量較大，其運行會給新型電力系統(tǒng)帶來較大的沖擊，同時由于獨立儲能所包含的電池數(shù)量眾多，控制難度大幅增加，對于電芯的安全運行要求也更為嚴(yán)苛。因此，文章以獨立儲能為研究對象，進行新型電力系統(tǒng)儲能EMS設(shè)計開發(fā)。

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

　　基于此，文章在傳統(tǒng)儲能EMS基礎(chǔ)上，從三個角度對新型電力系統(tǒng)儲能EMS進行設(shè)計。

　　3.1儲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

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

　　在多堆的儲能電站場景，由于維護、分片調(diào)度等工況不同，各堆實時容量存在偏差。EMS功能上需考慮各堆充、放電功率分配功能，優(yōu)化各堆實時充、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)中實現(xiàn)儲能電站充、放電量大化，提高儲能電站收益。根據(jù)儲能電站實際運營經(jīng)驗，EMS可考慮以下3種功率分配功能。

　?。?）手動分配。通過手動給定百分比的方式，實現(xiàn)各堆充、放電功率分配。

　?。?）平均分配。按電池堆數(shù)量、各堆實時平均分配充、放電功率。

　?。?）自動分配。根據(jù)各堆額定容量、SOC實時分配各堆放電功率，同時單堆所分配的功率大于堆額定功率時，設(shè)計再分配功能，實現(xiàn)儲能電站調(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，一站式對儲能電池進行數(shù)據(jù)收集、存儲、處理和分析。研究儲能電池和其他設(shè)備健康監(jiān)控技術(shù)，建立電池健康管理模型，實現(xiàn)儲能系統(tǒng)實時監(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，實現(xiàn)監(jiān)控和智能運維，定期進行電池安全AI健康評估，保障儲能安全。

　　3.2.1電池SOX狀態(tài)估計算法

　　基于深度學(xué)習(xí)的電池SOX狀態(tài)估計算法，預(yù)測電池荷電狀態(tài)SOC、健康狀態(tài)SOH，實現(xiàn)監(jiān)控和智能運維，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序關(guān)聯(lián)，預(yù)測未來較長一段時間電芯熱失控風(fēng)險。

　　3.2.3電芯故障異常檢測算法

　　采用深度學(xué)習(xí)時序異常檢測算法，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)全生命周期價值評估

　　本研究考慮未來儲能項目市場環(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)對電站運行狀態(tài)進行評價，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)全生命周期價值評估方法，對中廣核新能源投資（深圳）有限公司現(xiàn)有及未來儲能項目的資產(chǎn)價值評估提供重要依據(jù)。

　　4.新型電力系統(tǒng)儲能EMS在廣西儲能項目中的應(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信號計算

　　儲能電站可選擇電站類型及參與的電力市場省份，根據(jù)省份配置市場選項供儲能電站選擇。根據(jù)儲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，支持多個電力市場出力曲線疊加，生成策略生成申報功率建議和實時運行功率曲線，還可展示包括SOC情況和價格基準(zhǔn)等重要的數(shù)據(jù)曲線。

　　4.2分區(qū)/塊調(diào)度、分時復(fù)用和一儲多用

　　可分區(qū)/分塊和分時配置電站在電力市場中運行的模式，查看各個區(qū)塊參與電力市場的情況?？蛇x擇手動配置和AI自動配置，支持點選各分區(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。

　　（2）充放電情況。包括電站SOC、當(dāng)前可放電量、實時有功/無功功率、本日充/放電量和累計充/放電量等數(shù)據(jù)。

　?。?）調(diào)頻里程。顯示調(diào)頻時刻里程。

　?。?）有功功率曲線。實際運行功率和本地計劃功率運行曲線。

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

　　當(dāng)前可用PCS臺數(shù)、可用容量占比、平均SOC、大可充/可放電量、有功/無功指令、實時有功/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，實現(xiàn)對儲能系統(tǒng)的實時監(jiān)測、預(yù)測和優(yōu)化調(diào)控，實現(xiàn)高性和高可靠性的電池健康評估結(jié)果。

　?。?）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，實現(xiàn)熱失控前30min實現(xiàn)報警；檢出率>92%，誤報率<10%；電芯內(nèi)短路等故障檢出率>92%，誤報率<10%；支持故障日歷功能，統(tǒng)計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，使得每個電池堆根據(jù)擬充放電功率進行輸出后，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：自動分配、手動分配及平均分配。

　　4.5儲能電站運行狀態(tài)及資產(chǎn)評估

　　基于電站采集數(shù)據(jù)對電站運行狀態(tài)進行評價，結(jié)合收益和成本建立融合多源數(shù)據(jù)的

　　電站資產(chǎn)全生命周期價值評估方法，對儲能電站資產(chǎn)價值評估提供重要依據(jù)。

　?。?）電站基本信息：包括電站總投資金額、電站狀態(tài)、規(guī)模、項目地址及電站投運時間等。

　　（2）電站運行情況：包括電站投運總天數(shù)、電站累計充/放電時長、電站累計充/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。

　?。?）充放電概況：充放電量和充放電時長的展示。

　　考慮電池SOH、電站RTE、儲能損耗率、實際可放電功率、實際可放電量、可用系數(shù)等多種指標(biāo)，建立儲能電站運行狀態(tài)評價算法，實現(xiàn)電站運行狀態(tài)的評價。

　　5.安科瑞Acrel-2000ES儲能能量管理系統(tǒng)概述

　　5.1概述

　　安科瑞Acrel-2000ES儲能能量管理系統(tǒng)，專門針對工商業(yè)儲能柜、儲能集裝箱研發(fā)的一款儲能EMS，具有完善的儲能監(jiān)控與管理功能,涵蓋了儲能系統(tǒng)設(shè)備(PCS、BMS、電表、消防、空調(diào)等)的詳細(xì)信息,實現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)查詢與分析、可視化監(jiān)控、報警管理、統(tǒng)計報表等功能。在應(yīng)用上支持能量調(diào)度,具備計劃曲線、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)器將儲能柜或者儲能集裝箱內(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實時監(jiān)測

　　系統(tǒng)人機界面友好，能夠顯示儲能柜的運行狀態(tài)，實時監(jiān)測PCS、BMS以及環(huán)境參數(shù)信息，如電參量、溫度、濕度等。實時顯示有關(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監(jiān)測PCS、BMS、電表、空調(diào)、消防、除濕機等設(shè)備的運行狀態(tài)及運行模式。

　　PCS監(jiān)控：滿足儲能變流器的參數(shù)與限值設(shè)置；運行模式設(shè)置；實現(xiàn)儲能變流器交直流側(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；實現(xiàn)儲能電池的電芯、電池簇的溫度、

　　電壓、電流的監(jiān)測；實現(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)置的閾值進行空調(diào)溫度的聯(lián)動調(diào)節(jié)，并實時監(jiān)測空調(diào)的運行狀態(tài)及溫濕度數(shù)據(jù)，以曲線形式進行展示。

　　UPS監(jiān)控：滿足UPS的運行狀態(tài)及相關(guān)電參量監(jiān)測。

　　5.4.3曲線報表

　　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

　　滿足儲能系統(tǒng)設(shè)備參數(shù)的配置、電價參數(shù)與時段的設(shè)置、控制策略的選擇。目前支持的控制策略包含計劃曲線、削峰填谷、需量控制等。

5.4.5實時報警

　　儲能能量管理系統(tǒng)具有實時告警功能，系統(tǒng)能夠?qū)δ艹浞烹娫较?、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

　　儲能能量管理系統(tǒng)能夠?qū)b信變位，溫濕度、電壓越限等事件記錄進行存儲和管理，方便用戶對系統(tǒng)事件和報警進行歷史追溯，查詢統(tǒng)計、事故分析。

5.4.7遙控操作

　　可以通過每個設(shè)備下面的紅色按鈕對PCS、風(fēng)機、除濕機、空調(diào)控制器、照明等設(shè)備進行相應(yīng)的控制，但是當(dāng)設(shè)備未通信上時，控制按鈕會顯示無效狀態(tài)。

5.4.8用戶權(quán)限管理

　　儲能能量管理系統(tǒng)為保障系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行，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）。可以定義不同級別用戶的登錄名、密碼及操作權(quán)限，為系統(tǒng)運行、維護、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)下獨立儲能快速發(fā)展的背景下，對獨立儲能EMS的系統(tǒng)平臺進行了設(shè)計搭建，并通過廣西獨立儲能項目的實踐應(yīng)用，驗證了平臺的可行性。

　　參考文獻

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