安科瑞 陳聰

摘要：本文在對光儲充系統相關研究的基礎上，設計了一種園區光儲充能量管理系統（EMS）。介紹了EMS的系統架構及設備管理、系統管理、數據展示、能源分析等功能設計，根據光伏發電量和用電負荷，結合峰谷用電時段分布，制定了能量管理策略，實現了經濟利益*大化。

關鍵詞：光儲充系統；儲能；能量管理

0.引言

隨著我國“碳達峰”“碳中和”計劃的提出，我國能源結構將持續調整，風力發電、光伏發電等新能源發電將會迎來跨越式發展。由于新能源發電具有很強的波動性和隨機性，大規模接入電網會對電網造成巨大的沖擊。運用儲能技術可以有效平抑新能源發電的波動性和隨機性，從而在提升新能源接入電網比例的同時保持電網穩定。同時，在*家對新能源汽車產業發展大力支持和動力電池技術日漸成熟的背景下，新能源汽車市場發展迅速，產銷量快速提升。特別是在新增乘用汽車市場，消費者購買新能源汽車的比例不斷提升。因此，隨著新能源汽車社會保有量不斷提升，充電樁的需求量隨之持續上漲，成為未來重要的用電負荷。將分布式新能源發電系統、儲能系統及充電樁相結合可以組成光儲充系統。通過能量管理系統（EMS）控制光儲充系統內相關設備間的配合，可以提升系統整體的安全性、可靠性。同時根據電價信息、功率限制政策、應急供電需求等制定合適的運行調度策略，可以有效增加系統的經濟收益。基于上述目的，本文設計了一種園區光儲充能量管理系統，其主要功能為實時運行狀態監控、運行數據的采集、展示、儲存與分析，在確保系統安全運行的同時提升系統的運行經濟性。

1.光伏儲能系統的基礎

光伏發電技術是一種將太陽輻射能轉化為電能的過程。它基于光伏效應，這是一種物理現象，根據這一現象，某些材料在受到光照射時會產生電流。光伏電池通常由半導體材料制成，比較常見的是硅。當光子（太陽光）碰撞到光伏電池的半導體表面時，它們激發了電子，使其從材料中釋放出來，從而形成電流。這產生的直流電流可以被用來為電網供電或儲存在電池中以備將來使用，以便在晚上或云天等不可控的時段供電。

儲能技術是光伏儲能系統的關鍵組成部分，它允許將通過光伏發電產生的電能儲存在電池或其他儲能設備中，常見的儲能技術包括：

鋰離子電池：這是目前*常用的儲能技術之一，用于存儲電能，供應家庭、工業和商業用途。

鉛酸電池：被廣泛應用于低成本和短期應用中。

電容器：具有高速充放電能力，通常用于瞬態儲能需求。

氫能源儲能：通過將電能用于制氫，將氫儲存在燃料電池中，以供電時重新產生電能。

熱能儲能：利用熱能儲存原理，例如蓄熱式太陽能電站。

2.光伏儲能系統的工作原理

光伏發電：光伏電池在陽光照射下產生直流電。這一過程是系統的電力輸入。

電能轉換：直流電經過逆變器轉換為交流電，以便在電網中使用或供給交流設備。

電能儲存：剩余的電能可以儲存在電池或其他儲能設備中，以備將來使用。這是系統的能量存儲部分。

能量管理：系統的能量管理控制器監控能源需求、電池狀態和其他參數，并根據需要分配電能。它確保在不可預測的太陽能供應條件下，系統能夠提供連續可靠的電力供應。

電網互連：如果系統與電網互連，多余的電能可以賣給電網，從而實現雙向電流。這有助于提高系統的經濟性和可持續性。

3.光儲充能量管理系統（EMS）結構

光儲充系統分為三個部分：光伏發電系統、儲能系統和充電樁系統。三個系統通過AC400V母線49耦合，通過以太網與EMS進行通訊，由EMS協調控制各系統的運行策略。EMS可以通過網絡將監控數據傳送給遠方監控系統和監視大屏顯示系統。光儲充系統的系統架構如下圖所示。

圖1光儲充系統的系統架構

EMS是光儲充系統的核心組成部分，負責整個系統的底層數據采集、系統網絡監控、能量管理調度和運行數據分析。為保證光儲充系統的穩定運行，EMS采用兩級分級控制體分為本地EMS和集控EMS，其結構圖如下圖所示。

圖2能量管理系統（EMS）結構圖

本地EMS可實現對儲能變流器（PCS）、電池管理系統（BMS）、光伏逆變器、充電樁和電網的數據采集，并根據峰谷電價、限電政策、應急需求等不同的使用場景，制定和運行不同的能量管理策略。本地EMS通過向PCS發送有功、無功等控制指令控制PCS執行相應的動作，同時可以將監測的光儲充系統實時運行狀態、系統內各種設備狀態等信息上傳至集控EMS。

集控EMS由EMS工作站和EMS服務器構成。EMS工作站的主要功能是實時監控光儲充系統的運行狀態，同時負責制定光儲充系統的運行模式；而EMS服務器的主要功能是儲存光儲充系統的運行數據，可以提供歷史數據查詢、數據分析等服務，是后期根據大數據分析制定運行策略的前提保障。

4.Acrel-2000ES儲能柜能量管理系統

4.1系統概述

安科瑞儲能能量管理系統Acrel-2000ES，專門針對工商業儲能柜、儲能集裝箱研發的一款儲能EMS，具有完善的儲能監控與管理功能,涵蓋了儲能系統設備(PCS、BMS、電表、消防、空調等)的詳細信息,實現了數據采集、數據處理、數據存儲、數據查詢與分析、可視化監控、報警管理、統計報表等功能。在*級應用上支持能量調度,具備計劃曲線、削峰填谷、需量控制、防逆流等控制功能。

4.2系統結構

Acrel-2000ES，可通過直采或者通過通訊管理或串口服務器將儲能柜或者儲能集裝箱內部的設備接入系統。系統結構如下：

4.3系統功能

4.3.1實時監測

系統人機界面友好，能夠顯示儲能柜的運行狀態，實時監測PCS、BMS以及環境參數信息，如電參量、溫度、濕度等。實時顯示有關故障、告警、收益等信息。

4.3.2設備監控

系統能夠實時監測PCS、BMS、電表、空調、消防、除濕機等設備的運行狀態及運行模式。

PCS監控：滿足儲能變流器的參數與限值設置；運行模式設置；實現儲能變流器交直流側電壓、電流、功率及充放電量參數的采集與展示；實現PCS通訊狀態、啟停狀態、開關狀態、異常告警等狀態監測。

BMS監控：滿足電池管理系統的參數與限值設置；實現儲能電池的電芯、電池簇的溫度、電壓、電流的監測；實現電池充放電狀態、電壓、電流及溫度異常狀態的告警。

空調監控：滿足環境溫度的監測，可根據設置的閾值進行空調溫度的聯動調節，并實時監測空調的運行狀態及溫濕度數據，以曲線形式進行展示。

UPS監控：滿足UPS的運行狀態及相關電參量監測。

4.3.3曲線報表

系統能夠對PCS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。

4.3.4策略配置

滿足儲能系統設備參數的配置、電價參數與時段的設置、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。

4.3.5實時報警

儲能能量管理系統具有實時告警功能，系統能夠對儲能充放電越限、溫度越限、設備故障或通信故障等事件發出告警。

4.3.6事件查詢統計

儲能能量管理系統能夠對遙信變位，溫濕度、電壓越限等事件記錄進行存儲和管理，方便用戶對系統事件和報警進行歷史追溯，查詢統計、事故分析。

4.3.7遙控操作

可以通過每個設備下面的紅色按鈕對PCS、風機、除濕機、空調控制器、照明等設備進行相應的控制，但是當設備未通信上時，控制按鈕會顯示無效狀態。

4.3.8用戶權限管理

儲能能量管理系統為保障系統安全穩定運行，設置了用戶權限管理功能。通過用戶權限管理能夠防止未經授權的操作（如遙控的操作，數據庫修改等）。可以定義不同級別用戶的登錄名、密碼及操作權限，為系統運行、維護、管理提供可靠的安全保障。

5.相關平臺部署硬件選型清單

6.結束語

本文設計了一種園區光儲充能量管理系統，具有實時監控、設備管理、系統調度、能源分析等功能，根據光伏系統發電功率和用電負荷總負荷功率，結合當地峰谷用電時間段分布政策，制定了儲能系統控制策略，實現了平移園區用電負荷、峰谷套利、園區經濟利益*大化。該光儲充能量管理系統已經在成都某企業園區安全穩定運行，為區域電網錯峰避開負荷高峰發揮了巨大的作用，取得了很好的經濟效益和社會效益。

參考文獻

[1]王曉華,孫德亮,李維華.光儲微網系統設計與應用[J].合肥工業大學學報(自然科學版),2016,39(1):79-83

[2]傅金洲.光(伏)儲(能)一體發電系統的儲能配置和能量管理策略研究[D].合肥工業大學,2018

[3]王志民，林云松， 鄢治國，張川，張豪亨.園區光儲充能量管理系統設計及應用園園[4]安科瑞企業微電網設計與應用手冊.2022.05版.