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储能“大脑”——EMS,软件系统详细介绍光储充

更新时间:2024-01-03   点击次数:292次

什么是EMS(Energy Management System)?


说到储能,大众首先想到的就是电池,其好坏关系到能量转换效率、系统寿命和安全等重要方面,但储能要想作为一个系统发挥价值,其中作为“大脑"的核心构件---EMS(能量管理系统)作用同等重要。

EMS一方面直接负责储能系统的控制策略,而控制策略则影响系统内电池的衰减速率和循环寿命,从而决定储能的经济性;另一方面还监控系统运行中的故障异常,起到及时快速保护设备、保障安全性的重要作用。如果说将储能系统比做人体,那么EMS则是人的大脑心智。大脑心智决定一个人从事什么工作,也决定人体合理的劳作休息,和发生意外时的自我保护。

源网侧储能与工商业储能对EMS的不同诉求

由于储能行业最初兴起是从大储开始,即电源侧与电网侧,因此储能EMS一开始就是在源网侧场景下设计实现的。考虑到源网侧的数据封闭性,以及电力系统SCADA的产品设计惯性,储能EMS被设计为:单机版、本地化。由于数据默认无法外传,所以需要电站本地配置运维班底,有人值守。加上源网侧相关的监控规范,EMS还需要配置相关硬件,包括不限于:工作站、打印机、故障录波器、远动机等。我们可以把这类储能EMS称为传统储能EMS。

那么传统EMS可以直接用在工商业储能吗?答案是:不能。因为场景不同,成本要求也不同。

工商业储能站点容量小、数量多、分散广、运维成本要求高,无法支持本地有人值守,势必要求远程运维监控。即安排区域级别的运维班组,借助数字化运维平台,对多个储能站进行系统性整体运维。数字化运维平台要求工商业储能电站的数据必须实时上云,且通过云边互动提升运维效率。传统EMS的本地化/单机版设计在这个场景下天然不匹配,因此工商业储能EMS需要新的产品设计。

图1:源网侧储能运维 VS 工商业储能运维

工商业储能EMS的设计原则

根据上述的场景差异,工商业储能EMS需要如下设计原则:

01 全量接入

工商业储能虽然容量较小,但麻雀虽小,五脏俱全,EMS需要对接的设备依然众多:PCS、BMS、空调、电表、智能断路器、消防主机、各类传感器,指示灯等等,因此EMS首先需要兼容支持各种协议,将设备及其数据全量接入进来。尤其是设备告警信息的接入,需要做到实时全面。此处考验的是EMS的采集性能,为了实现相关保护,EMS需做到1秒一次的采集。

02 云边一体

为了实现储能站端和云平台的数据双向流动,EMS必须在系统层实现云边一体的效果,即保障站端数据无损实时的上报到云平台,云平台的指令能安全实时地传递给站端。

云边一体的技术路线有很多种选择,但最终以实际运行效果为依归。考虑到很多工商业储能通过4G方式上网(不具备有线网络架设的条件),在通信中断时有发生的工况下,如何保障云边两侧的数据一致性,断点数据如何续传,中断信道如何快速自愈,云到边遥控如何保障安全性等课题,都是需要着重考虑的。

常见的技术路线是以当前主流的物联网协议(MQTT)链接云和边,但区别于光伏,楼宇能源等场景,储能由于电池巨量的数据采集传输,云到边的实时安全的遥控需求,若使用此类技术路线,极易捉襟见肘,无论和成本还是风险都非常高,需要谨慎选择。

因此新的技术路线开始出现,例如轻舟能科研发的Nova物联平台,包括分布式时序数据库,加密网络隧道等核心技术,用以解决数据全量秒级同步和数据压缩问题;云边通信金融级安全问题。最终旨在降低网络通信成本,服务器存储成本和电站安全运维风险。

03 拓展灵活

工商业储能容量从100kWh到几十MWh依据实际项目而定,并且在当前储能标准柜产品逐渐成为主流的趋势下,柜子如积木般拼接,实现不同能量诉求,则要求EMS需要有灵活的拓展能力,可以快速兼容不同数量的储能柜,实现不同数量级的设备对接,尤其是对PCS的对接和群控,从而能让项目快速建设交付,尽快投运。

04 策略智能

工商业储能以削峰填谷为主要应用场景,配合需量控制策略,防逆流保护等实现诸如动态扩容,离网备电等目的。其中由于实地变压器数量,容量的差异,EMS在需量控制,防逆流保护上出现多样的需求,例如多个并网点下,对某些变压器做需量保护,对总变压器做防逆流,需要再EMS里可以灵活配置,实现保护目的。

同时伴随近年来工商业光伏的火热,储能和光伏的配合在工商业端也逐渐增多,对储能的策略也提出了新的要求,例如储能需要根据光伏发电的情况,合理安排电池充放,以达成清洁能源使用,同时又要做到相关保护策略。由于光伏发电的不确定性,负载的波动性,静态的储能策略很难满足此类场景,需要更动态的智能策略。

智能策略结合分时电价,光伏预测,负载波动,保护目标等,实时动态地制定充放策略,才能有效地达成全局的经济性,通过合理地使用电池,减少电池的过度衰减,保障储能自身的经济性。

最后EMS在储能系统安全上也需要相应的策略保护,不仅针对设备告警及时的协调不同设备,有效地完成本地保护,还需要基于相关算法预知风险,提前发出安全预警。

安科瑞Acrel-2000ES储能能量管理系统具有完善的储能监控与管理功能,涵盖了储能系统设备(PCS、BMS、电表、消防、空调等)的详细信息,实现了数据采集、数据处理、数据存储、数据查询与分析、可视化监控、报警管理、统计报表等功能。在高级应用上支持能量调度,具备计划曲线、削峰填谷、需量控制、备用电源等控制功能。系统对电池组性能进行实时监测及历史数据分析、根据分析结果采用智能化的分配策略对电池组进行充放电控制,优化了电池性能,提高电池寿命。

系统支持 Linux 或 Windows 操作系统,数据库采用 SQL Server。本系统既可以用于储能一体柜,也可以用于储能集装箱,是专门用于储能设备管理的一套软件系统平台。

3、参考标准

《电网配置储能系统监控及通讯技术规范(Q/GDW1887-2012)》

《 储 能 系 统 接 入 配 电 网 能 量 管 理 系 统 功 能 规 范

(Q/GDW697-2011)》

《分布式电源接入配电网技术规范(NB/T32015-2013)》《分布式电化学储能系统接入配电网设计规范(DL/T 5816-2020)》

《分布式储能系统接入配电网设计规范(T/CEC 173-2018)》

《分布式储能系统远程集中监控技术规范(T/CEC 174-2018)》

《用户侧电化学储能系统设计技术导则(DB42/T 2001-2023)》

4、系统结构

5、硬件配置

6、应用范围

适用于工商业储能储能一体柜、储能集装箱,容量 500kWh 以内。

7、性能参数

1)硬件性能

表 1 硬件性能

2)系统性能

表 2 系统性能

3)性能特征

 终端采用加强型单元外壳,按抗强震动、强干扰设计,适应恶劣环境,适用于储能电站-20℃~60℃的宽温工作环境;

 终端集成电路全部采用工业级,使得装置的具有很高的稳定性和可靠性,满足储能单元封闭运行的技术要求;

终端硬件设计采用多种隔离,屏蔽措施,软件设计采用数字滤波技术和先进的保护算法及其他抗干扰措施,大大提高了装置的抗干扰性能; 采集终端通讯方式多样,具备多路(可选)RS485 通讯接2 路以太网接口和 1 路调试接口,支持 IEC101、IEC103、IEC104、MODBUSRTU/TCP 及私有协议等通讯协议,支持各类 PCS、BMS、温控仪、电表、空调、消防等智能设备的通讯数据采集;可灵活实现与其他系统的接入;系统支持 Windows、Linux 等多种操作系统。

8、产品功能

(1)数据采集

 采集电池管理系统的各组电池的总电压、电流、平均温度、SOC、SOH、充放电电流和功率限值、单节电池电压、单节电池温度、各节电池的均衡状态、故障及报警信息、历史充放电电量、历史充放电电能、容量、可充电量、可放电量、充放电次数等常用信息并进行显示;采集并显示 PCS 系统的相关参数,包括:直流侧的电压/电流/功率等、PCS 的三相有功功率、无功功率、三相电压、三相电流、功率因素、频率、运行状态、报警及故障信息等常用信息,及日输入电量、日输出电量、累计输入电量、累计输出电量等;采集储能系统的各个状态量,包括主回路状态(开关、事

故跳闸信号、保护动作信号、异常信号)。

(2)数据处理

实时数据显示处理功能;采集智能电表、PCS 系统、测控装置的电能质量数据,进行统计分析和显示;能量管理系统能够对采集数据进行合理性检查、限值告警。

(3)数据存储

将采集到的数据存储于配套数据库中,数据颗粒度做到分等级存储,储能系统整体信息分钟级存储。

(4)系统控制

接收并实施上级系统对储能系统的启动/停止指令及功率下发指令。

能量管理系统能够控制系统的运行,包括开/关机,及根据变流器通信协议定义的功率,电压,电流指令的下发,并清楚逐步下指令的步骤与当前状态,防止误操作。

(5)曲线报表

统计储能系统的工作情况和用电量情况,统计用户的月使用电量,显示历史数据并具备数据及报表下载功能。

统计储能系统的工作情况和用电量情况,统计用户的月使用电量,显示历史数据并具备数据及报表下载功能。

(6)告警功能

收集整个系统的事件记录信息及报警信息(包括历史信息)并进行显示。当系统所采集的模拟量发生越限、数字量变位及网络通信状态自诊断故障时,能量管理系统会自动弹出告警窗口,通知操作员有情况发生。该窗口保持在画面的最上层,直到操作员进行了处理。

(7)权限管理

能量管理系统提供权限管理,不同权限可以浏览或下载不同范围内的页面(数据、表格、图形、资料);在多层架构的储能系统中,上层能量管理系统显示整体储能系统的界面,内部就地能量管理系统只显示本内部储能系统界面,在单层架构的储能系统中,只存在就地能量管理系统。

(8)系统管理:

能量管理系统能够监控储能系统的电气一次接线,并形成一次接线图界面,关键位置开关达到可视可控。

能量管理系统能够监控整个储能系统(各控制单元和服务器)的网络运行状态,显示整个系统结构架构拓扑图及基本信息,在系统出现异常时能够在系统拓扑图中做出相应显示。

能量管理系统能够监控整个储能系统的各控制单元的运行状态,在出现异常时能够在系统拓扑图中显示出来。

(9)其他功能:

 具有检测控制 UPS 的功能。 具有复位清零的功能。

9、系统界面

安科瑞Acrel-2000ES储能能量管理系统具有完善的储能监控与管理功能,涵盖了储能系统设备(PCS、BMS、电表、消防、空调等)的详细信息,实现了数据采集、数据处理、数据存储、数据查询与分析、可视化监控、报警管理、统计报表等功能。在高级应用上支持能量调度,具备计划曲线、削峰填谷、需量控制、备用电源等控制功能。既可以用于储能一体柜,也可以用于储能集装箱,是专门用于设备管理的一套软件系统平台。