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安全級工商業(yè)儲能EMS
發(fā)布時(shí)間： 2024-07-23 點(diǎn)擊次數： 651次一、工商儲能概述
工商業(yè)儲能相對容量較小，系統功能也相對簡(jiǎn)單。它對系統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(shí)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)調度，所以EMS系統功能較為基礎，只需做好本地能量管理。支持儲能系統電池均衡管理，保障操作安全；支持毫秒級快速響應，實(shí)現儲能子系統設備集成管理和集中調控。
儲能電站則需要接受電網(wǎng)調度，所以對EMS系統要求更高。除了基本的能量管理功能外，還需要具備為微電網(wǎng)系統提供電網(wǎng)調度接口及能量管理的功能；支持多種通信規約，具備標準電力調度接口；能夠對能量搬移、微電網(wǎng)、電力調頻等應用場(chǎng)合的能量進(jìn)行管理和監控；支持源、網(wǎng)、荷、儲等多能互補系統監控。
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，即基于數據采集、安全控制等功能的BMS和EMS，結合創(chuàng )新算法等一系列技術(shù)與傳統電力電網(wǎng)、能源系統控制保護，形成智能管控方式。模塊化，則是以能量模塊為單位，進(jìn)行軟硬件獨立設計，可根據不同應用場(chǎng)景自由搭配和靈活部署。高安全性，則需要通過(guò)EMS，配置本地高安全存儲，故障預警，以及熱管控措施，通過(guò)云平臺+AI算法，實(shí)現高安全健康評估，達到高安全性指標，滿(mǎn)足建筑物，園區高安全性要求。
工商業(yè)儲能市場(chǎng)的最大特點(diǎn)就是用戶(hù)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(shí)，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(kāi)放和多樣化應用場(chǎng)景的需求下，軟件和系統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(chēng)是Energy Management System，能源管理系統。一方面直接負責儲能系統的控制策略，而控制策略則影響系統內電池的衰減速率和循環(huán)壽命，從而決定儲能的經(jīng)濟性；另一方面還監控系統運行中的故障異常，起到及時(shí)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就是兼顧能量調度和儲能安全的一套儲能解決方案。 1）EMS系統架構
EMS的架構主要包括以下四個(gè)層級：
設備層：
設備層主要儲能電池柜、儲能電池管理系統BMS、儲能變流器PCS，輔控系統（空調、消防、溫濕度計量）、智能電表等； 通訊層：
EMS與設備層進(jìn)行通信主要以RJ45和RS485總線(xiàn)方式連接：主要的通信協(xié)議包含：modbus、IEC104、IEC61850等； 邊緣層：
本地數據安全存儲，能源調度策略，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、數據庫、服務(wù)器，其中數據庫系統負責數據處理和數據存儲，記錄實(shí)時(shí)數據和重要歷史數據，并提供歷史信息查詢(xún)，表現形式包括APP、Web等，為管理人員提供可視化的監控與操作界面。 2）EMS的主體功能
工商業(yè)儲能站點(diǎn)容量小、數量多、分散廣、運維成本要求高，無(wú)法支持本地有人值守，勢必要求遠程運維監控。而傳統EMS被設計為單機版、本地化。 
系統概況：
該功能主要顯示系統的主要核心參數，主要包括五個(gè)模塊分別是儲能EMS的整體信息（系統安全運行天數、總充電量、總放電量、電池總SOC）、系統基本情況、功率曲線(xiàn)（PCS 功率以及負載功率）、重要數據實(shí)時(shí)顯示區，如下圖所示：
設備監控：
該部分包含系統監控圖、系統 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 BMS 信息（包含運行信息、狀態(tài)信息以及告警信息三部分）
參數設置：
該功能主要包含的遙控功能包括：
1)啟動(dòng)控制:包含啟動(dòng)、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(dòng)模式：包含主動(dòng)模式、被動(dòng)模式； 4)無(wú)功調節方式：包含無(wú)功調節關(guān)閉、無(wú)功功率調節方式和功率因數調節方式三種； 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(shí)段選擇：包含禁止、按小時(shí)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(shí)段選擇。 
故障告警：
匯總各類(lèi)設備的故障告警，按時(shí)間，狀態(tài)，等級等進(jìn)行查詢(xún)； 
統計分析：
該部分實(shí)現數據報表查詢(xún)功能。顯示區域主要包含四個(gè)部分分別為已選擇數據、數據類(lèi)型、時(shí)間選擇以及報表數據顯示區域。 1)數據類(lèi)型：分為歷史數據和實(shí)時(shí)數據查詢(xún)兩種方式； 2)時(shí)間選擇：起始、結束時(shí)間精確到秒，時(shí)間跨度以小時(shí)（h）為單位； 3)數據選擇：以報表形式顯示，至少可以包含 10 個(gè)參數的數據； 4)報表編輯：報表的生成、導出（保存文件名包含時(shí)間、對象）。 
能量管理：
儲能策略是能源管理系統的核心功能，通過(guò)有計劃充放電、負荷跟蹤、平滑輸出、防逆流，實(shí)現用戶(hù)側削峰填谷，達到優(yōu)秀經(jīng)濟運行管理。 1)可增加、刪除、更改儲能側、負荷側的數據模型參數； 2)可對PCS的安全SOC等參數進(jìn)行修改； 3)可實(shí)現策略的啟用、停止操作； 4)可調整兩充兩放時(shí)間段； 5)可根據用戶(hù)提供的運行要求制定策略流程，并實(shí)現流程的邏輯轉化。 
系統管理：
包括電站基本信息，設備管理，電價(jià)時(shí)段管理，操作日志，賬號管理，語(yǔ)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 1）舜通儲能云平臺
2）云平臺監控
3）智能預警
通過(guò)多參數的智能檢測分析，提供工商業(yè)儲能超長(cháng)期、長(cháng)期、短期、超短期，機器學(xué)習等人工智能預警算法運行接口，能直接運行機器學(xué)習等算法模型。 （1）氣體檢測
鋰電池在充放電過(guò)程中，由于內部化學(xué)反應的復雜性，可能會(huì )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(guò)一定閾值時(shí)，可能會(huì )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(guān)鍵設備。通過(guò)監測氫氣、一氧化碳等有害氣體的濃度變化，可以及時(shí)發(fā)現潛在的泄漏風(fēng)險。當氣體濃度超過(guò)安全閾值時(shí)，系統應立即發(fā)出預警，并啟動(dòng)相應的應急措施，如開(kāi)啟排風(fēng)系統或自動(dòng)關(guān)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)的重要參數之一。通過(guò)布置在電池模塊內部的溫度傳感器，可以實(shí)時(shí)監測電池的溫度變化。當溫度超過(guò)預設的安全閾值時(shí)，系統應立即發(fā)出預警，并采取相應的降溫措施，如啟動(dòng)散熱風(fēng)扇或自動(dòng)關(guān)閉部分電池模塊，以防止熱失控的發(fā)生。 （3）壓力檢測
壓力傳感器用于監測電池內部和外部環(huán)境的壓力變化。一旦檢測到異常的壓力波動(dòng)，可能意味著(zhù)電池內部存在短路、氣體泄漏等問(wèn)題。此時(shí)，系統應立即啟動(dòng)預警機制，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(jìn)行整合，實(shí)現數據處理和分析。通過(guò)EMU裝置上傳到舜通云平臺，實(shí)時(shí)監測各個(gè)傳感器的數據變化，并根據預設的算法和邏輯判斷，自動(dòng)觸發(fā)相應的預警和應急措施。 通過(guò)儲能云平臺技術(shù)，可以適應不同規模和需求的鋰電池儲能系統。通過(guò)模塊化設計和智能管理，可以方便地添加或移除傳感器，調整預警閾值和應急措施，以滿(mǎn)足實(shí)際運行的需求。隨著(zhù)技術(shù)的不斷進(jìn)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的安全監控中發(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，通過(guò)AI技術(shù)對診斷指標進(jìn)行評估，用打分形式實(shí)時(shí)反映儲能健康狀態(tài)。 診斷指標如下：
序號
類(lèi)型
指標
EMU+BMS
1
診斷指標
PACK熱失控風(fēng)險
EMU診斷
2
電芯短路風(fēng)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(lèi)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：
數據采集：收集儲能設備的相關(guān)數據，包括電池組的充放電循環(huán)數據、溫度數據、電壓數據等。這些數據可以通過(guò)傳感器、監控系統或其他數據采集設備獲取。 特征提?。簭牟杉降脑紨祿?，提取與設備健康狀態(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、內阻變化、溫度變化等?？梢允褂眯盘柼幚?、統計學(xué)方法或機器學(xué)習算法進(jìn)行特征提取。 預處理：對提取到的特征進(jìn)行預處理，包括數據清洗、去噪、歸一化等。這一步旨在消除異常數據和噪聲，使得后續的分析更加準確可靠。 健康評估模型構建：根據已經(jīng)提取和預處理的特征數據，采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )算法建立儲能設備健康評估模型。 模型訓練和驗證：使用歷史數據對構建好的健康評估模型進(jìn)行訓練，并使用驗證數據進(jìn)行模型的驗證和調優(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：根據訓練好的模型，輸入當前儲能設備的特征數據，預測其健康狀態(tài)?？梢愿鶕A測結果進(jìn)行相應的維護和管理策略制定，例如更換電池組、調整充放電策略等。 健康報告生成：每月形成智能分析報告，通過(guò)打分提示電站運行健康狀態(tài)。 四、EMS的應用場(chǎng)景 EMS是一套綜合監控與能量管理一體化系統，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(chǎng)景，也可適應微電網(wǎng)、儲能電站、新能源電站、充電站等多類(lèi)型電站的能量管理和調度。 1、零碳智慧園區+儲能
傳統工業(yè)園區中設備較多，具有用電功率大、長(cháng)時(shí)間高負荷、設備能耗大等特點(diǎn)。為達到減碳目標，智慧園區中可再生能源被大量使用，但由于其不穩定性，會(huì )導致供電不足或過(guò)剩的情況，這時(shí)就需要儲能系統來(lái)調節供需電平。 在“智慧園區+儲能"模式下，儲能系統可以收集太陽(yáng)能、風(fēng)能等多余的電力，然后在主要用電時(shí)間供應到電網(wǎng)。這樣不僅能夠穩定電網(wǎng)，儲能系統可以在緊急情況下向電網(wǎng)提供備用電力來(lái)保證園區的正常運轉。且我國工業(yè)園區有較高的電價(jià)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)綜合體節能儲能充電一體化實(shí)施方案是一種綜合性解決方案，包括節能、儲能、充電三個(gè)方面。通過(guò)采用節能技術(shù)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(guò)儲能設備將電能儲存起來(lái)，供商業(yè)體使用，從而減少對傳統能源的依賴(lài)。此外，通過(guò)儲能設備，還可以在商業(yè)體的停車(chē)場(chǎng)、地下車(chē)庫等地方設置充電樁，為新能源汽車(chē)提供充電服務(wù)。 3、數據中心+儲能
在“雙碳"戰略實(shí)施下，低碳數據中心將是未來(lái)的發(fā)展趨勢，“可再生能源+儲備合一+虛擬電廠(chǎng)"，是數據中心可能實(shí)現碳中和的一種方式之一。通過(guò)數字化、智能化技術(shù)，使得分布式能源、儲能、負荷深度融合，通過(guò)建立虛擬電廠(chǎng)上層平臺的聚合作用，使得數據中心負荷、可再生能源電源、儲能成為有機整體，達到區域內的自發(fā)自用、自我管理的能源自治域，真正實(shí)現碳中和數據中心。 在此過(guò)程中，儲能系統通過(guò)削峰填谷、容量調配等機制，提升數據中心電力運營(yíng)的經(jīng)濟性，增強數據中心的供電可靠性，在低碳節能的同時(shí)，可有效防止數據中心偶然斷電導致數據丟失，提高供電系統安全性及穩定性。 4、光儲充一體化
隨著(zhù)新能源汽車(chē)行業(yè)的快速發(fā)展，充電需求亦在同步增長(cháng)，而目前我國的充電樁市場(chǎng)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。 光儲充電站內集光伏發(fā)電、大容量?jì)δ茈姵?、智能充電樁等多項技術(shù)為一體，利用電池儲能系統吸收低谷電，并在高峰時(shí)期支撐快充負荷，為電動(dòng)汽車(chē)供給綠色電能，同時(shí)以光伏發(fā)電系統進(jìn)行補充，實(shí)現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，有效提高系統運行效率。 5、5G基站+儲能
為滿(mǎn)足日益增長(cháng)的5G基站數量與用電需求，同時(shí)為了減少資源浪費，電化學(xué)儲能系統憑借柔性、智能、高效的技術(shù)特點(diǎn)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(shí)充電、忙時(shí)放電，很好地解決了因供電問(wèn)題導致5G基站建設無(wú)法順利推進(jìn)的痛點(diǎn)，有助于大力推廣5G基站落地與6G技術(shù)發(fā)展。 6、戶(hù)用+儲能
越來(lái)越多的家庭開(kāi)始安裝光伏電站作為用能補充或電費收入來(lái)源，配置儲能電站成為保障家庭用電安全穩定的重要措施。 戶(hù)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(yáng)能、風(fēng)能等清潔能源進(jìn)行有效的儲存。這樣做的好處是可以讓家庭在需要的時(shí)候自給自足，同時(shí)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(hù)用儲能可以幫助家庭自給自足，不再依賴(lài)于電網(wǎng)，從而降低家庭用電成本。除了自給自足，戶(hù)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(shí)候，還能通過(guò)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(zhù)少數居民、守島民兵，也有移動(dòng)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，常規的光伏發(fā)電或風(fēng)力發(fā)電無(wú)法在這種場(chǎng)景下為海島提供穩定可靠的電能。 在這種海島上安裝離網(wǎng)型智能海島微電網(wǎng)，利用能源管理系統精確協(xié)調控制發(fā)電、儲能、用電工況，靈活調配各用戶(hù)的連接方式，實(shí)現“源-網(wǎng)-荷-儲"協(xié)調控制和經(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(kāi)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(shù)范本。 8、礦區+儲能
如石油勘探、煤礦等地區，無(wú)可靠固定、可連續供電的經(jīng)濟型電源。配置儲能系統后，當電網(wǎng)側發(fā)生故障或正常檢修需要停止供電時(shí)，負荷側由電池系統通過(guò)儲能變流器將電池系統中的直流轉換為交流為用戶(hù)側供電。 在正常運行的過(guò)程中，用戶(hù)側從電網(wǎng)側取電的時(shí)間段同電池組儲能的時(shí)間段由系統控制器根據用電計費的峰、平、谷時(shí)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(dòng)瞬間以及電網(wǎng)故障會(huì )造成較大的頻率波動(dòng)。配置儲能即可有效提升電力系統調頻性能，保持頻率穩定。 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(gè)細分領(lǐng)域，可簡(jiǎn)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(chē)旅行、夜間垂釣、戶(hù)外露營(yíng)等戶(hù)外場(chǎng)景。此外，在電網(wǎng)供電系統發(fā)生故障的情況下，應急儲能電系統可為應急救援提供電力保障，可用于搶險、醫院備用電源等多種場(chǎng)景。 10、城市軌道交通+儲能
城市軌道交通儲能系統是指，城市軌道交通車(chē)輛再生制動(dòng)產(chǎn)生大量再生電能，引入儲能系統回收再生電能并進(jìn)行循環(huán)利用的過(guò)程，是未來(lái)建設節能型社會(huì )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(dòng)機帶動(dòng)真空磁懸浮條件下的飛輪轉子高速旋轉來(lái)儲能，轉速提高時(shí)，進(jìn)行充電，轉速降低時(shí)，就可以放電。高功率密度、長(cháng)壽命是它的技術(shù)特點(diǎn)，不僅可以在5毫秒內響應大功率充放電，而且充放電壽命更是高達上千萬(wàn)次。 五、總結
儲能EMS系統主要針對儲能項目監控數據量大、運行方式多樣等特點(diǎn)設計開(kāi)發(fā)，基于一體化平臺實(shí)現對儲能一體化采集、一體化存儲、一體化監控、一體化控制。具備可靠、易用、經(jīng)濟的特色；通過(guò)在多個(gè)工程項目的應用，充分驗證其高可靠性、高安全性、高穩定性等功能特點(diǎn)。
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