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高安全級工商業(yè)儲能EMS
發(fā)布時間： 2024-04-19 點擊次數(shù)： 910次
一、工商儲能概述
工商業(yè)儲能相對容量較小，系統(tǒng)功能也相對簡單。它對系統(tǒng)控制的要求低于儲能電站，應(yīng)用靈活，適應(yīng)工商業(yè)的各自應(yīng)用模式。在EMS方面，工商業(yè)儲能只需要設(shè)定充放電時間即可完成能量管理，功能性需求也低于儲能電站，大都不需要接受電網(wǎng)調(diào)度，所以EMS系統(tǒng)功能較為基礎(chǔ)，只需做好本地能量管理。支持儲能系統(tǒng)電池均衡管理，保障操作安全；支持毫秒級快速響應(yīng)，實現(xiàn)儲能子系統(tǒng)設(shè)備集成管理和集中調(diào)控。
儲能電站則需要接受電網(wǎng)調(diào)度，所以對EMS系統(tǒng)要求更高。除了基本的能量管理功能外，還需要具備為微電網(wǎng)系統(tǒng)提供電網(wǎng)調(diào)度接口及能量管理的功能；支持多種通信規(guī)約，具備標準電力調(diào)度接口；能夠?qū)δ芰堪嵋?、微電網(wǎng)、電力調(diào)頻等應(yīng)用場合的能量進行管理和監(jiān)控；支持源、網(wǎng)、荷、儲等多能互補系統(tǒng)監(jiān)控。
工商業(yè)儲能行業(yè)的發(fā)展趨勢已經(jīng)明朗，眾多企業(yè)紛紛采用“智能化+模塊化"的設(shè)計理念。智能化，即基于數(shù)據(jù)采集、安全控制等功能的BMS和EMS，結(jié)合創(chuàng)新算法等一系列技術(shù)與傳統(tǒng)電力電網(wǎng)、能源系統(tǒng)控制保護，形成智能管控方式。模塊化，則是以能量模塊為單位，進行軟硬件獨立設(shè)計，可根據(jù)不同應(yīng)用場景自由搭配和靈活部署。高安全性，則需要通過EMS，配置本地高安全存儲，故障預(yù)警，以及熱管控措施，通過云平臺+AI算法，實現(xiàn)高安全健康評估，達到高安全性指標，滿足建筑物，園區(qū)高安全性要求。
工商業(yè)儲能市場的最大特點就是用戶需求的多樣化，這要求我們在產(chǎn)品設(shè)計中注重多樣化的適配性。同時，精細化管控已成為行業(yè)發(fā)展的必然趨勢。與大型儲能系統(tǒng)相比，工商業(yè)儲能對精細化管控的策略和算法要求更高。在電力開放和多樣化應(yīng)用場景的需求下，軟件和系統(tǒng)管控能力已成為工商業(yè)儲能企業(yè)的核心競爭力。
二、工商業(yè)儲能EMS
EMS全稱是Energy Management System，能源管理系統(tǒng)。一方面直接負責儲能系統(tǒng)的控制策略，而控制策略則影響系統(tǒng)內(nèi)電池的衰減速率和循環(huán)壽命，從而決定儲能的經(jīng)濟性；另一方面還監(jiān)控系統(tǒng)運行中的故障異常，起到及時快速保護設(shè)備、保障安全性的重要作用。 高安全工商業(yè)儲能EMS就是兼顧能量調(diào)度和儲能安全的一套儲能解決方案。 1）EMS系統(tǒng)架構(gòu)
EMS的架構(gòu)主要包括以下四個層級：
設(shè)備層：
設(shè)備層主要儲能電池柜、儲能電池管理系統(tǒng)BMS、儲能變流器PCS，輔控系統(tǒng)（空調(diào)、消防、溫濕度計量）、智能電表等； 通訊層：
EMS與設(shè)備層進行通信主要以RJ45和RS485總線方式連接：主要的通信協(xié)議包含：modbus、IEC104、IEC61850等； 邊緣層：
本地數(shù)據(jù)安全存儲，能源調(diào)度策略，儲能安全預(yù)警，電池熱失控管理，溫度管理等； 應(yīng)用層：
主要包括中間件、數(shù)據(jù)庫、服務(wù)器，其中數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)負責數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)存儲，記錄實時數(shù)據(jù)和重要歷史數(shù)據(jù)，并提供歷史信息查詢，表現(xiàn)形式包括APP、Web等，為管理人員提供可視化的監(jiān)控與操作界面。 2）EMS的主體功能
工商業(yè)儲能站點容量小、數(shù)量多、分散廣、運維成本要求高，無法支持本地有人值守，勢必要求遠程運維監(jiān)控。而傳統(tǒng)EMS被設(shè)計為單機版、本地化。 
系統(tǒng)概況：
該功能主要顯示系統(tǒng)的主要核心參數(shù)，主要包括五個模塊分別是儲能EMS的整體信息（系統(tǒng)安全運行天數(shù)、總充電量、總放電量、電池總SOC）、系統(tǒng)基本情況、功率曲線（PCS 功率以及負載功率）、重要數(shù)據(jù)實時顯示區(qū)，如下圖所示：
設(shè)備監(jiān)控：
該部分包含系統(tǒng)監(jiān)控圖、系統(tǒng) PCS 信息（包含運行信息、狀態(tài)信息以及告警信息三部分）、系統(tǒng) BMS 信息（包含運行信息、狀態(tài)信息以及告警信息三部分）
參數(shù)設(shè)置：
該功能主要包含的遙控功能包括：
1)啟動控制:包含啟動、停機操作； 2)優(yōu)先方式：包含電網(wǎng)優(yōu)先和微網(wǎng)優(yōu)先； 3)主被動模式：包含主動模式、被動模式； 4)無功調(diào)節(jié)方式：包含無功調(diào)節(jié)關(guān)閉、無功功率調(diào)節(jié)方式和功率因數(shù)調(diào)節(jié)方式三種； 5)本地遠程：包含遠程本地、遠程和本地三種； 6)電壓控制：包含使能和禁止； 7)SOC 控制：包含使能和禁止； 8)并離網(wǎng)模式：包含并網(wǎng)模式、離網(wǎng)模式和并離網(wǎng)切換模式三種； 9)時段選擇：包含禁止、按小時和按星期三種選擇； 10)均衡控制：包含使能和禁止； 11)兩充兩放：包含充電放電時段選擇。 
故障告警：
匯總各類設(shè)備的故障告警，按時間，狀態(tài)，等級等進行查詢； 
統(tǒng)計分析：
該部分實現(xiàn)數(shù)據(jù)報表查詢功能。顯示區(qū)域主要包含四個部分分別為已選擇數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)類型、時間選擇以及報表數(shù)據(jù)顯示區(qū)域。 1)數(shù)據(jù)類型：分為歷史數(shù)據(jù)和實時數(shù)據(jù)查詢兩種方式； 2)時間選擇：起始、結(jié)束時間精確到秒，時間跨度以小時（h）為單位； 3)數(shù)據(jù)選擇：以報表形式顯示，至少可以包含 10 個參數(shù)的數(shù)據(jù)； 4)報表編輯：報表的生成、導出（保存文件名包含時間、對象）。 
能量管理：
儲能策略是能源管理系統(tǒng)的核心功能，通過有計劃充放電、負荷跟蹤、平滑輸出、防逆流，實現(xiàn)用戶側(cè)削峰填谷，達到高校的經(jīng)濟運行管理。 1)可增加、刪除、更改儲能側(cè)、負荷側(cè)的數(shù)據(jù)模型參數(shù)； 2)可對PCS的安全SOC等參數(shù)進行修改； 3)可實現(xiàn)策略的啟用、停止操作； 4)可調(diào)整兩充兩放時間段； 5)可根據(jù)用戶提供的運行要求制定策略流程，并實現(xiàn)流程的邏輯轉(zhuǎn)化。 
系統(tǒng)管理：
包括電站基本信息，設(shè)備管理，電價時段管理，操作日志，賬號管理，語言切換等功能。
三、基于邊緣計算和云平臺的高安全管理系統(tǒng) 1）舜通儲能云平臺
2）云平臺監(jiān)控
3）智能預(yù)警
通過多參數(shù)的智能檢測分析，提供工商業(yè)儲能超長期、長期、短期、超短期，機器學習等人工智能預(yù)警算法運行接口，能直接運行機器學習等算法模型。 （1）氣體檢測
鋰電池在充放電過程中，由于內(nèi)部化學反應(yīng)的復雜性，可能會產(chǎn)生氫氣、一氧化碳、二氧化碳等氣體。當這些氣體的濃度超過一定閾值時，可能會引發(fā)火災(zāi)、爆炸等安全事故。 氣體傳感器是預(yù)防鋰電池氣體泄漏的關(guān)鍵設(shè)備。通過監(jiān)測氫氣、一氧化碳等有害氣體的濃度變化，可以及時發(fā)現(xiàn)潛在的泄漏風險。當氣體濃度超過安全閾值時，系統(tǒng)應(yīng)立即發(fā)出預(yù)警，并啟動相應(yīng)的應(yīng)急措施，如開啟排風系統(tǒng)或自動關(guān)閉電源，以確保人員和設(shè)備的安全。 （2）溫度檢測
溫度是評估鋰電池安全狀態(tài)的重要參數(shù)之一。通過布置在電池模塊內(nèi)部的溫度傳感器，可以實時監(jiān)測電池的溫度變化。當溫度超過預(yù)設(shè)的安全閾值時，系統(tǒng)應(yīng)立即發(fā)出預(yù)警，并采取相應(yīng)的降溫措施，如啟動散熱風扇或自動關(guān)閉部分電池模塊，以防止熱失控的發(fā)生。 （3）壓力檢測
壓力傳感器用于監(jiān)測電池內(nèi)部和外部環(huán)境的壓力變化。一旦檢測到異常的壓力波動，可能意味著電池內(nèi)部存在短路、氣體泄漏等問題。此時，系統(tǒng)應(yīng)立即啟動預(yù)警機制，并采取緊急措施，如釋放壓力或關(guān)閉電源，以防止事故擴大。 （4）傳感器整合與云平臺協(xié)同
為了確保多參數(shù)檢測與預(yù)警解決方案的有效性，需要將溫度、壓力、氣體等傳感器進行整合，實現(xiàn)數(shù)據(jù)處理和分析。通過EMU裝置上傳到舜通云平臺，實時監(jiān)測各個傳感器的數(shù)據(jù)變化，并根據(jù)預(yù)設(shè)的算法和邏輯判斷，自動觸發(fā)相應(yīng)的預(yù)警和應(yīng)急措施。 通過儲能云平臺技術(shù)，可以適應(yīng)不同規(guī)模和需求的鋰電池儲能系統(tǒng)。通過模塊化設(shè)計和智能管理，可以方便地添加或移除傳感器，調(diào)整預(yù)警閾值和應(yīng)急措施，以滿足實際運行的需求。隨著技術(shù)的不斷進步和應(yīng)用需求的不斷升級，傳感器檢測與預(yù)警解決方案將在鋰電池儲能系統(tǒng)的安全監(jiān)控中發(fā)揮更加重要的作用。 4）健康評估
構(gòu)建診斷指標和智能分析系統(tǒng)，通過AI技術(shù)對診斷指標進行評估，用打分形式實時反映儲能健康狀態(tài)。 診斷指標如下：
序號
類型
指標
EMU+BMS
1
診斷指標
PACK熱失控風險
EMU診斷
2
電芯短路風險
EMU診斷
3
電壓一致性
EMU診斷
4
溫度一致性
EMU診斷
5
簇一致性
EMU診斷
6
SOH衰減
BMS診斷
7
簇容量損失
EMU診斷
8
自放電率
EMU診斷
9
SOC誤差
BMS診斷
智能分析如下：
序號
類型
指標
EMU+PCS
1
智能分析
能量轉(zhuǎn)換率
EMU分析
2
最大可充電量
EMU分析
3
最大可放電量
EMU分析
4
電芯SOH
EMU分析
5
電離子總量
EMU分析
6
正極總量
EMU分析
7
負極總量
EMU分析
評估步驟：
數(shù)據(jù)采集：收集儲能設(shè)備的相關(guān)數(shù)據(jù)，包括電池組的充放電循環(huán)數(shù)據(jù)、溫度數(shù)據(jù)、電壓數(shù)據(jù)等。這些數(shù)據(jù)可以通過傳感器、監(jiān)控系統(tǒng)或其他數(shù)據(jù)采集設(shè)備獲取。 特征提取：從采集到的原始數(shù)據(jù)中，提取與設(shè)備健康狀態(tài)相關(guān)的特征。這些特征可以包括電池組的容量衰減情況、內(nèi)阻變化、溫度變化等?？梢允褂眯盘柼幚?、統(tǒng)計學方法或機器學習算法進行特征提取。 預(yù)處理：對提取到的特征進行預(yù)處理，包括數(shù)據(jù)清洗、去噪、歸一化等。這一步旨在消除異常數(shù)據(jù)和噪聲，使得后續(xù)的分析更加準確可靠。 健康評估模型構(gòu)建：根據(jù)已經(jīng)提取和預(yù)處理的特征數(shù)據(jù)，采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法建立儲能設(shè)備健康評估模型。 模型訓練和驗證：使用歷史數(shù)據(jù)對構(gòu)建好的健康評估模型進行訓練，并使用驗證數(shù)據(jù)進行模型的驗證和調(diào)優(yōu)。這一步旨在提高模型的準確性和泛化能力。 健康狀態(tài)預(yù)測：根據(jù)訓練好的模型，輸入當前儲能設(shè)備的特征數(shù)據(jù)，預(yù)測其健康狀態(tài)?？梢愿鶕?jù)預(yù)測結(jié)果進行相應(yīng)的維護和管理策略制定，例如更換電池組、調(diào)整充放電策略等。 健康報告生成：每月形成智能分析報告，通過打分提示電站運行健康狀態(tài)。 
四、EMS的應(yīng)用場景 EMS是一套綜合監(jiān)控與能量管理一體化系統(tǒng)，可應(yīng)用在電力、大工業(yè)、校園、商業(yè)樓宇、集控中心等多種場景，也可適應(yīng)微電網(wǎng)、儲能電站、新能源電站、充電站等多類型電站的能量管理和調(diào)度。 1、零碳智慧園區(qū)+儲能
傳統(tǒng)工業(yè)園區(qū)中設(shè)備較多，具有用電功率大、長時間高負荷、設(shè)備能耗大等特點。為達到減碳目標，智慧園區(qū)中可再生能源被大量使用，但由于其不穩(wěn)定性，會導致供電不足或過剩的情況，這時就需要儲能系統(tǒng)來調(diào)節(jié)供需電平。 在“智慧園區(qū)+儲能"模式下，儲能系統(tǒng)可以收集太陽能、風能等多余的電力，然后在主要用電時間供應(yīng)到電網(wǎng)。這樣不僅能夠穩(wěn)定電網(wǎng)，儲能系統(tǒng)可以在緊急情況下向電網(wǎng)提供備用電力來保證園區(qū)的正常運轉(zhuǎn)。且我國工業(yè)園區(qū)有較高的電價差，適用于儲能項目的峰谷套利。 2、商業(yè)綜合體+儲能
商業(yè)綜合體節(jié)能儲能充電一體化實施方案是一種綜合性解決方案，包括節(jié)能、儲能、充電三個方面。通過采用節(jié)能技術(shù)和設(shè)備，減少商業(yè)綜合體的能源消耗；在商業(yè)綜合體安裝分布式新能源電站，通過儲能設(shè)備將電能儲存起來，供商業(yè)體使用，從而減少對傳統(tǒng)能源的依賴。此外，通過儲能設(shè)備，還可以在商業(yè)體的停車場、地下車庫等地方設(shè)置充電樁，為新能源汽車提供充電服務(wù)。 3、數(shù)據(jù)中心+儲能
在“雙碳"戰(zhàn)略實施下，低碳數(shù)據(jù)中心將是未來的發(fā)展趨勢，“可再生能源+儲備合一+虛擬電廠"，是數(shù)據(jù)中心可能實現(xiàn)碳中和的一種方式之一。通過數(shù)字化、智能化技術(shù)，使得分布式能源、儲能、負荷深度融合，通過建立虛擬電廠上層平臺的聚合作用，使得數(shù)據(jù)中心負荷、可再生能源電源、儲能成為有機整體，達到區(qū)域內(nèi)的自發(fā)自用、自我管理的能源自治域，真正實現(xiàn)碳中和數(shù)據(jù)中心。 在此過程中，儲能系統(tǒng)通過削峰填谷、容量調(diào)配等機制，提升數(shù)據(jù)中心電力運營的經(jīng)濟性，增強數(shù)據(jù)中心的供電可靠性，在低碳節(jié)能的同時，可有效防止數(shù)據(jù)中心偶然斷電導致數(shù)據(jù)丟失，提高供電系統(tǒng)安全性及穩(wěn)定性。 4、光儲充一體化
隨著新能源汽車行業(yè)的快速發(fā)展，充電需求亦在同步增長，而目前我國的充電樁市場仍有極大空缺。作為綠色經(jīng)濟的一種新嘗試，“光儲充一體化充電站"具有廣闊的發(fā)展前景。 光儲充電站內(nèi)集光伏發(fā)電、大容量儲能電池、智能充電樁等多項技術(shù)為一體，利用電池儲能系統(tǒng)吸收低谷電，并在高峰時期支撐快充負荷，為電動汽車供給綠色電能，同時以光伏發(fā)電系統(tǒng)進行補充，實現(xiàn)電力削峰填谷等輔助服務(wù)功能，有效減少快充站的負荷峰谷差，有效提高系統(tǒng)運行效率。 5、5G基站+儲能
為滿足日益增長的5G基站數(shù)量與用電需求，同時為了減少資源浪費，電化學儲能系統(tǒng)憑借柔性、智能、高效的技術(shù)特點使得其成為5G基站備用電源的合適選擇。 5G基站配儲利用智能錯峰，閑時充電、忙時放電，很好地解決了因供電問題導致5G基站建設(shè)無法順利推進的痛點，有助于大力推廣5G基站落地與6G技術(shù)發(fā)展。 6、戶用+儲能
越來越多的家庭開始安裝光伏電站作為用能補充或電費收入來源，配置儲能電站成為保障家庭用電安全穩(wěn)定的重要措施。 戶用儲能通常包括蓄電池、超級電容器和儲熱水箱等設(shè)備，可以將家庭自產(chǎn)的太陽能、風能等清潔能源進行有效的儲存。這樣做的好處是可以讓家庭在需要的時候自給自足，同時也可以將多余的電力出售給電網(wǎng)，從而獲得一定的經(jīng)濟收益。 戶用儲能可以幫助家庭自給自足，不再依賴于電網(wǎng)，從而降低家庭用電成本。除了自給自足，戶用儲能還可以將多余的電力出售給電網(wǎng)，從而獲得一定的經(jīng)濟收益。在電力質(zhì)量差的時候，還能通過儲存電能和提供電力支持等方式，提高電力質(zhì)量。 7、微電網(wǎng)+儲能
近年我國大力發(fā)展海島建設(shè)，這些海島生活著少數(shù)居民、守島民兵，也有移動信號發(fā)射基站、海事雷達站等用電設(shè)備，在惡劣的自然環(huán)境下，常規(guī)的光伏發(fā)電或風力發(fā)電無法在這種場景下為海島提供穩(wěn)定可靠的電能。 在這種海島上安裝離網(wǎng)型智能海島微電網(wǎng)，利用能源管理系統(tǒng)精確協(xié)調(diào)控制發(fā)電、儲能、用電工況，靈活調(diào)配各用戶的連接方式，實現(xiàn)“源-網(wǎng)-荷-儲"協(xié)調(diào)控制和經(jīng)濟運行。離網(wǎng)型智能海島微電網(wǎng)不僅解決了島上居民的用能難題，為海島及海洋開發(fā)保護提供了供電保障，也為智能海島微電網(wǎng)建設(shè)提供了技術(shù)范本。 8、礦區(qū)+儲能
如石油勘探、煤礦等地區(qū)，無可靠固定、可連續(xù)供電的經(jīng)濟型電源。配置儲能系統(tǒng)后，當電網(wǎng)側(cè)發(fā)生故障或正常檢修需要停止供電時，負荷側(cè)由電池系統(tǒng)通過儲能變流器將電池系統(tǒng)中的直流轉(zhuǎn)換為交流為用戶側(cè)供電。 在正常運行的過程中，用戶側(cè)從電網(wǎng)側(cè)取電的時間段同電池組儲能的時間段由系統(tǒng)控制器根據(jù)用電計費的峰、平、谷時段合理分配。海上油田電網(wǎng)為典型的孤島電網(wǎng)，電源容量小，負荷容量大，大負荷啟動瞬間以及電網(wǎng)故障會造成較大的頻率波動。配置儲能即可有效提升電力系統(tǒng)調(diào)頻性能，保持頻率穩(wěn)定。 9、應(yīng)急儲能電源
高功率應(yīng)急儲能電源是新能源電池行業(yè)的一個細分領(lǐng)域，可簡單理解為“超大號的充電寶"，其中便攜式儲能電源可應(yīng)用于房車旅行、夜間垂釣、戶外露營等戶外場景。此外，在電網(wǎng)供電系統(tǒng)發(fā)生故障的情況下，應(yīng)急儲能電系統(tǒng)可為應(yīng)急救援提供電力保障，可用于搶險、醫(yī)院備用電源等多種場景。 10、城市軌道交通+儲能
城市軌道交通儲能系統(tǒng)是指，城市軌道交通車輛再生制動產(chǎn)生大量再生電能，引入儲能系統(tǒng)回收再生電能并進行循環(huán)利用的過程，是未來建設(shè)節(jié)能型社會的要求與發(fā)展方向。 城市地鐵中應(yīng)用最多的是飛輪儲能。飛輪儲能是利用電動機帶動真空磁懸浮條件下的飛輪轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)來儲能，轉(zhuǎn)速提高時，進行充電，轉(zhuǎn)速降低時，就可以放電。高功率密度、長壽命是它的技術(shù)特點，不僅可以在5毫秒內(nèi)響應(yīng)大功率充放電，而且充放電壽命更是高達上千萬次。 五、總結(jié)
儲能EMS系統(tǒng)主要針對儲能項目監(jiān)控數(shù)據(jù)量大、運行方式多樣等特點設(shè)計開發(fā)，基于一體化平臺實現(xiàn)對儲能一體化采集、一體化存儲、一體化監(jiān)控、一體化控制。具備可靠、易用、經(jīng)濟的特色；通過在多個工程項目的應(yīng)用，充分驗證其高可靠性、高安全性、高穩(wěn)定性等功能特點。 - 上一篇：戶用光伏平臺介紹
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