储能能量管理系统在储能柜中的研究和应用

摘 要：随着大量的风电、光伏等新能源并入电网，尤其是大量的分布式电源并入用电侧，将给电网平稳运行带来一定挑战。移动储能系统作为能源互联网的一个主要组成部分，主要应用在能源互联网的分布式能源与微网领域。本文提出的移动储能系统，采用一体式集装箱设计方案，集成可靠的智能动环监控系统，集装箱环境支持系统及储能电站监控管理系统，具备与电网即插即用的工作模式，可以方便应用于电网的支撑及区域性临时供电支撑。

关键词：能源互联网； 移动储能 ；电池PACK

1 移动储能系统的背景

1.1 电化学储能趋于成熟

储能应用更多的是电化学储能，还有锂离子电池，钠硫电池等等，从2016—2017年，所有规划和在建项目已经 达到1.6GW，政策、企业、技术成熟度、产品成本下降等呈现出猛增的态势。

现在10MW甚至100MW并不是很新鲜的事。除此之外，成本下降也是一个非常好的消息，根据中国电力科学研究院的模型计算，到2020年储能系统的建设成本额已经基本达到营收平衡点。

1.2 国内外储能政策

国际方面，现在有10多个政策支撑储能发展，有能源规划装备，有电力规划还有新能源、电动汽车等等，在国际相关的政策里，储能是一个非常重要的支持要素。对于中国而言，政策在2017年10月11日发布，对储 能现在和未来的发展提出了明确的目标，规定了五大任务，在指导意见出台之后很多地方就开始研究和出台支持储能发展的相关政策；2017年11月份出台的43号文，在政策支持下，储能份额由2015年的2%提高到了9%。

在一些应用领域，如重点设施短时间内保障供电，季节性区域内负荷曲线调整等方面，需要采用移动式电力储能系统。

2 移动储能系统的分类

在传统发电领域，移动储能主要起到辅助动态运行、取代或延缓新建机组的作用；在可再生能源领域，移动储能主要起到削峰填谷和跟踪计划出力的作用；在辅助服务领域，移动储能主要起到调频、调峰和备用容量的作用;在分布式能源与微网领域，储能主要起到分时电价管理、容量费用管理和提高供电可靠性的作用。

2.1 大型电力储能系统

大型电力储能系统是对电网可靠运行的支撑，在调整负载曲线、削峰填谷、提高配电网设备与线路的利用效率、参于电网调频、改善大电网的供电水平等方面具有重要作用。在一些应用领域，如重点设施短时间内保障供电，季节性区域内负荷曲线调整等方面，需要采用移动式电力储能系统。大规模移动储能系统采用一体式集装箱设计方案，集成可靠的智能动环监控系统，集装箱环境支持系统及储能电站监控管理系统，具备与电网即插即用的工作模式，可以方便应用于电网的支撑及区域性临时供电支撑。

2.2 中型电力储能系统

中型电力储能系统如移动充电设备，也就是电动车、楼宇、大型会议、充电站（桩）等临时需要充电的用电设备“充电宝”，可以有效应对临时用电、老旧小区电网改造难导致的电力增容和应急负荷等难题，也解决了小区停车位不固定、充电不方便的问题。例如北京的“移动充电宝”，2018年2月，北京的新能源车主就可以在“易充网”上看到电子版的充电桩地图，地图囊括所有快速充电桩和慢速充电桩的地理位置信息和相应的数量信息，随时随地查询到充电桩信息。

2.3 小型移动储能系统

家用储能系统主要指安装在居民住宅或者企业园区的的小型储能系统，其运行模式包括独立运行、与小型风机、屋顶光伏等可再生能源发电设备配套运行以及家用储热设备等。家用储能系统的应用包括：电费管理、控制用电成本（低充高放）；供电可靠性；分布式可再生能源接入；电动汽车储能电池应用等。

3 移动储能系统的作用

（1）解决“发电与用电的时差矛盾”和“间歇式可再生能源发电直接并网冲击电网”，平滑出力及调节电能品质。

（2）将“谷电”存储在储能电池中，在高峰期释放出来应用于生产、运营，不仅可以减轻电网负荷负担，还可以降低运营成本。

（3）将储能系统应用于、医院、数据、精密制造、军事指挥等重要部门的备用电站，可在非常时期保证稳定、及时的应急电力供应。

（4）储能系统还可以为实现资源的优化配置（燃料、太阳能和风能）、资源整合、电网稳定性（频率和电压）以及负载管理服务提供支持。

4 移动储能系统的组成

采用一体式集装箱设计方案，集成可靠的智能动环监控系统，集装箱环境支持系统及储能电站监控管理系统，具备与电网即插即用的工作模式，可以方便应用于电网的支撑及区域性临时供电支撑。将电池PACK、变流器（PCS）、配电装置等集成在一起，提供多种电气接口（交流输出/直流输出/快充。同时配备电池状态检测、PCS状态监控、火灾预警与自动灭火装置等安全措施，具有“可移动、大容量、大功率、远程调度、低噪音、节能减排、绿色环保”的特点。实现用户与一体化终端的人机互动，具备光伏发电的信息采集与监控功能，从而为应急救援、后勤保障、移动充电等提供快速、可靠、高质量的电能。当前，移动储能在用户侧的应用主要包括以下5个方面：峰谷套利、需量电费管理、动态增容、需求响应以及提高新能源自用率。

5 移动储能系统典型设计

以1MW/1MWh集装箱储能系统为例，系统一般由储能电池系统、监控系统、电池管理单元、消防系统、空调、储能变流器及隔离变压器组成，并集成在一个40英尺集装箱内。

其中电池系统主要由电芯串并联构成：首先十几组电芯通过串并联组成电池箱，然后电池箱通过串联组成电池组串并提升系统电压，将电池组串进行并联提升系统

容量，并集成安装在电池柜内。

监控系统主要实现对外通信、网络数据监控和数据采集、分析和处理的功能，保证数据监控准确、电压电流采样精度高、数据同步率及遥控命令执行速度快；电池管理单元拥有高精度的单体电压检测与电流检测功能，保证电芯模块的电压均衡，避免电池模块间产生环流，影响系统运行效率。

为了保证系统的安全，集装箱内配置了消防及空调系统，其中消防系统通过烟雾传感器、温度传感器、湿度传感器、应急灯等安全设备感知火警，并自动灭火；空调系统根据外部环境温度，通过热管理策略控制空调冷热系统，保证集装箱内温度处于合适区间，延长电池使用寿命。

6.安科瑞Acrel-2000ES储能能量管理系统概述

6.1概述

安科瑞Acrel-2000ES储能能量管理系统，专门针对工商业储能柜、储能集装箱研发的一款储能EMS，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、防逆流等控制功能。

6.2系统结构

Acrel-2000ES，可通过直采或者通过通讯管理或串口服务器将储能柜或者储能集装箱内部的设备接入系统。系统结构如下：

6.3接入设备

Acrel-2000ES，具备多种接口，多种协议对接的能力，支持多种设备接入。

6.4系统功能

6.4.1实时监测

系统人机界面友好，能够显示储能柜的运行状态，实时监测 PCS、BMS 以及环境参数信息，如电参量、温度、湿度等。实时显示有关故障、告警、收益等信息。

6.4.2设备监控

系统能够实时监测 PCS、BMS、电表、空调、消防、除湿机等设备的运行状态及运行模式。

PCS 监控：满足储能变流器的参数与限值设置；运行模式设置；实现储能变流器交直流侧 电压、电流、功率及充放电量参数的采集与展示；实现 PCS 通讯状态、启停状态、开关状态、 异常告警等状态监测。

BMS 监控：满足电池管理系统的参数与限值设置；实现储能电池的电芯、电池簇的温度、

电压、电流的监测；实现电池充放电状态、电压、电流及温度异常状态的告警。

空调监控：满足环境温度的监测，可根据设置的阈值进行空调温度的联动调节，并实时监测空调的运行状态及温湿度数据，以曲线形式进行展示。

UPS 监控：满足 UPS 的运行状态及相关电参量监测。

6.4.3 曲线报表

系统能够对 PCS 充放电功率曲线、SOC 变换曲线、及电压、电流、温度等历史曲线的查询与展示。

6.4.4策略配置

满足储能系统设备参数的配置、电价参数与时段的设置、控制策略的选择。目前支持的控制策略包含计划曲线、削峰填谷、需量控制等。

6.4.5实时报警

储能能量管理系统具有实时告警功能，系统能够对储能充放电越限、温度越限、设备故障或通信故障等事件发出告警。

6.4.6事件查询统计

储能能量管理系统能够对遥信变位，温湿度、电压越限等事件记录进行存储和管理，方便用户对系统事件和报警进行历史追溯，查询统计、事故分析。

6.4.7遥控操作

可以通过每个设备下面的红色按钮对 PCS、风机、除湿机、空调控制器、照明等设备进行相应的控制，但是当设备未通信上时，控制按钮会显示无效状态。

6.4.8用户权限管理

储能能量管理系统为保障系统安全稳定运行，设置了用户权限管理功能。通过用户权限管理能够防止未经授权的操作（如遥控的操作，数据库修改等）。可以定义不同级别用户的登录名、密码及操作权限，为系统运行、维护、管理提供可靠的安全保障。

6.4.9安科瑞配套产品

7 结语

移动式储能系统以其较为突出的灵活便捷性已广泛应用于电力系统输发配送等领域。与传统固定式储能电站相比，集装箱储能系统的模块化设计采用了国际标准化的集装箱尺寸，允许远洋和公路运输，可以通过高架起重机进行吊装，可移动性强，不受地域限制。另外集装箱储能系统可进行工厂化生产，直接在车间进行组装调试，大大节约了工程的施工和运维成本，并实现事故隔离。相信随着电池本体技术的不断突破，移动式储能系统的能量密度将

进一步提升，成本也会大幅度下降，移动式储能系统的实际价值将不断体现，应用范围也会不断扩张，未来必定会成为推进能源生产和消费革命的重要载体，是能源互联网中发展前景的技术和产业。

参考文献

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5. 安科瑞企业微电网设计与应用手册2022.5版.