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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)： 905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，應用靈活，適應工商業(yè)的各自應用模式。在EMS方面，工商業(yè)儲能只需要設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，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，實現(xiàn)儲能子系統(tǒng)設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；能夠對能量搬移、微電網(wǎng)、電力調(diào)頻等應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，結合創(chuàng)新算法等一系列技術與傳統(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，進行軟硬件獨立設計，可根據(jù)不同應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
EMS的架構主要包括以下四個層級：
設備層：
設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，儲能安全預警，電池熱失控管理，溫度管理等； 應用層：
主要包括中間件、數(shù)據(jù)庫、服務器，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、負荷側的數(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)流程的邏輯轉化。 
系統(tǒng)管理：
包括電站基本信息，設備管理，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、爆炸等安全事故。 氣體傳感器是預防鋰電池氣體泄漏的關鍵設備。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)應立即發(fā)出預警，并啟動相應的應急措施，如開啟排風系統(tǒng)或自動關閉電源，以確保人員和設備的安全。 （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。當溫度超過預設的安全閾值時，系統(tǒng)應立即發(fā)出預警，并采取相應的降溫措施，如啟動散熱風扇或自動關閉部分電池模塊，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)應立即啟動預警機制，并采取緊急措施，如釋放壓力或關閉電源，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)預設的算法和邏輯判斷，自動觸發(fā)相應的預警和應急措施。 通過儲能云平臺技術，可以適應不同規(guī)模和需求的鋰電池儲能系統(tǒng)。通過模塊化設計和智能管理，可以方便地添加或移除傳感器，調(diào)整預警閾值和應急措施，以滿足實際運行的需求。隨著技術的不斷進步和應用需求的不斷升級，傳感器檢測與預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
構建診斷指標和智能分析系統(tǒng)，通過AI技術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：收集儲能設備的相關數(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)采集設備獲取。 特征提?。簭牟杉降脑紨?shù)據(jù)中，提取與設備健康狀態(tài)相關的特征。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。 預處理：對提取到的特征進行預處理，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。 健康評估模型構建：根據(jù)已經(jīng)提取和預處理的特征數(shù)據(jù)，采用神經(jīng)網(wǎng)絡算法建立儲能設備健康評估模型。 模型訓練和驗證：使用歷史數(shù)據(jù)對構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)預測：根據(jù)訓練好的模型，輸入當前儲能設備的特征數(shù)據(jù)，預測其健康狀態(tài)?？梢愿鶕?jù)預測結果進行相應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)中設備較多，具有用電功率大、長時間高負荷、設備能耗大等特點。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。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)能技術和設備，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，通過儲能設備，還可以在商業(yè)體的停車場、地下車庫等地方設置充電樁，為新能源汽車提供充電服務。 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，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，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)建設提供了技術范本。 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)側發(fā)生故障或正常檢修需要停止供電時，負荷側由電池系統(tǒng)通過儲能變流器將電池系統(tǒng)中的直流轉換為交流為用戶側供電。 在正常運行的過程中，用戶側從電網(wǎng)側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、應急儲能電源
高功率應急儲能電源是新能源電池行業(yè)的一個細分領域，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，應急儲能電系統(tǒng)可為應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，是未來建設節(jié)能型社會的要求與發(fā)展方向。 城市地鐵中應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子高速旋轉來儲能，轉速提高時，進行充電，轉速降低時，就可以放電。高功率密度、長壽命是它的技術特點，不僅可以在5毫秒內(nèi)響應大功率充放電，而且充放電壽命更是高達上千萬次。 五、總結
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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