摘要

隨著新能源技術(shù)的快速發(fā)展，尤其是光伏發(fā)電系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，儲(chǔ)能技術(shù)在電力系統(tǒng)中的地位日益重要。儲(chǔ)能柜作為一種儲(chǔ)能設(shè)備，其能量管理系統(tǒng)（EMS,）在光伏電站中的應(yīng)用具有重要的意義。本論文將探討儲(chǔ)能柜能量管理系統(tǒng)在企業(yè)光伏運(yùn)維電站中的應(yīng)用，分析其如何優(yōu)化光伏發(fā)電系統(tǒng)的性能，提高電站的經(jīng)濟(jì)效益和運(yùn)行效率，同時(shí)應(yīng)對電力需求波動(dòng)和光照不穩(wěn)定等挑戰(zhàn)。

1. 引言

隨著全球能源結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)型和低碳環(huán)保的要求，光伏發(fā)電已成為有潛力的可再生能源之一。光伏電站能夠有效地利用太陽能資源，但其發(fā)電量受天氣、季節(jié)和時(shí)間的影響較大，這也導(dǎo)致光伏電站的發(fā)電存在間歇性和波動(dòng)性。為了解決這一問題，儲(chǔ)能技術(shù)作為一種有效的解決方案，已經(jīng)在光伏電站中得到了廣泛應(yīng)用。儲(chǔ)能柜是實(shí)現(xiàn)電能儲(chǔ)存與管理的關(guān)鍵設(shè)備，其能量管理系統(tǒng)能夠?qū)﹄姵爻浞烹娺M(jìn)行智能調(diào)度，以確保電站的穩(wěn)定運(yùn)行。

2022年已并網(wǎng)的儲(chǔ)能項(xiàng)目中,用戶側(cè)并網(wǎng)占比為8.36%,其中工商業(yè)儲(chǔ)能規(guī)模為占比為98.6%。隨著各省市的峰谷價(jià)差拉大,部分省市可實(shí)現(xiàn)兩充兩放,工商業(yè)儲(chǔ)能會(huì)更加具有經(jīng)濟(jì)性,加上限電政策的影響,工商業(yè)儲(chǔ)能將在2023-2025年逐漸發(fā)展成主要的增長點(diǎn)。工商業(yè)儲(chǔ)能是用戶側(cè)儲(chǔ)能最主要的應(yīng)用場景之一,當(dāng)前主要應(yīng)用場景包括峰谷套利、需(容)量管理、應(yīng)急備電、動(dòng)態(tài)增容及需求側(cè)響應(yīng)。如何通過工商業(yè)儲(chǔ)能設(shè)備實(shí)現(xiàn)上述功能及安全、可、靠經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，顯然已成為大多儲(chǔ)能集成廠家關(guān)注的重點(diǎn)，而作為儲(chǔ)能設(shè)備的“大腦”EMS也成為其中關(guān)鍵的一環(huán)，市場需求逐年增加。

2. 儲(chǔ)能柜能量管理系統(tǒng)概述

儲(chǔ)能柜能量管理系統(tǒng)（EMS）是集成了電池儲(chǔ)能技術(shù)、智能控制技術(shù)與數(shù)據(jù)通信技術(shù)的綜合管理平臺(tái)。其主要功能包括電池充放電管理、功率調(diào)度、能量優(yōu)化、故障診斷與預(yù)警、數(shù)據(jù)監(jiān)控與分析等。EMS能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控電池的狀態(tài)和儲(chǔ)能系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，并根據(jù)電網(wǎng)負(fù)荷需求、光伏電站發(fā)電情況以及電池儲(chǔ)能的充放電狀態(tài)，智能調(diào)度電能，達(dá)到優(yōu)化電力資源利用的目的。

儲(chǔ)能能量管理系統(tǒng)Acrel-2000ES，專門針對工商業(yè)儲(chǔ)能柜、儲(chǔ)能集裝箱研發(fā)的一款儲(chǔ)能EMS，具有完善的儲(chǔ)能監(jiān)控與管理功能,涵蓋了儲(chǔ)能系統(tǒng)設(shè)備(PCS、BMS、電表、消防、空調(diào)等)的詳細(xì)信息,實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)查詢與分析、可視化監(jiān)控、報(bào)警管理、統(tǒng)計(jì)報(bào)表等功能。在應(yīng)用上支持能量調(diào)度,具備計(jì)劃曲線、削峰填谷、需量控制、防逆流等控制功能。

2.1能量管理系統(tǒng)組成架構(gòu)

Acrel-2000ES，可通過直采或者通過通訊管理或串口服務(wù)器將儲(chǔ)能柜或者儲(chǔ)能集裝箱內(nèi)部的設(shè)備接入系統(tǒng)。

2.2能量管理系統(tǒng)主要功能

儲(chǔ)能柜能量管理系統(tǒng)的主要功能包括以下幾個(gè)方面：

2.2.1電池充放電控制：根據(jù)光伏電站發(fā)電量和用電需求的變化，控制儲(chǔ)能柜內(nèi)電池的充電與放電過程，以確保電站電力的穩(wěn)定供應(yīng)。

2.2.2功率調(diào)度與優(yōu)化：對儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)度，確保電力負(fù)荷的平衡，避免因電網(wǎng)電力過剩或不足而影響電站的運(yùn)營。

2.2.3故障診斷與預(yù)警：實(shí)時(shí)監(jiān)控電池和儲(chǔ)能系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在的故障并發(fā)出預(yù)警，降低系統(tǒng)停機(jī)時(shí)間。

2.2.4 數(shù)據(jù)分析與決策支持：對光伏發(fā)電數(shù)據(jù)和儲(chǔ)能數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，為電站運(yùn)維提供決策支持，優(yōu)化電站運(yùn)行策略。

2.3系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)

2.4控制策略

2.5設(shè)備特點(diǎn)

2.5.1工業(yè)觸摸屏電腦

配置工控機(jī)與監(jiān)控屏一體機(jī)支持13.3人機(jī)交互界面，實(shí)現(xiàn)設(shè)備監(jiān)控、儲(chǔ)能優(yōu)化調(diào)度參數(shù)設(shè)置、通信管理、實(shí)時(shí)告警等，實(shí)現(xiàn)本地化管理功能。

2.5.2數(shù)據(jù)采集功能強(qiáng)大

支持儲(chǔ) 能變流器電池管理系統(tǒng) 計(jì)量表計(jì)溫控系統(tǒng)消防系統(tǒng)等數(shù)據(jù)采集功能。

2.5.3接入設(shè)備可自由組合可擴(kuò)展

設(shè)備接口豐富，根據(jù)用戶要求 可靈活配置（可通過通訊管理 機(jī)、 串口服務(wù)器等做設(shè)備擴(kuò)展 接入） ；

2.5.4數(shù)據(jù)采集和轉(zhuǎn)發(fā)

支持串口、 TCP/IP， 4G (選 配)等通信模式，可與第三方 平臺(tái)數(shù)據(jù)交換。

支持IEC101、 IEC104、Modbus RTU、 Modbus TCP、 CDT等電力通信規(guī)約。

2.5.5功能特點(diǎn)

支持遠(yuǎn)程秒級(jí)遙調(diào)遙控，緊急啟停；

策略運(yùn)行支持本地模式和遠(yuǎn) 程模式；

支持削峰填谷、 需量控制、 逆功率保護(hù)、 計(jì)劃跟蹤等策略

2.5.6安裝便捷

面板式安裝，PCS、BMS、計(jì)量、溫控、消防等，支持基于 RS485、干接點(diǎn)混合組網(wǎng)，方便安裝。

3. 儲(chǔ)能柜能量管理系統(tǒng)在光伏電站中的應(yīng)用

光伏電站的挑戰(zhàn)之一是如何有效管理間歇性的電力供應(yīng)。儲(chǔ)能柜能量管理系統(tǒng)能夠根據(jù)光伏發(fā)電的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，調(diào)節(jié)電池的充放電過程，以實(shí)現(xiàn)以下目標(biāo)：

3.1 優(yōu)化光伏電站運(yùn)行效率

通過儲(chǔ)能柜的能量管理系統(tǒng)，可以實(shí)時(shí)調(diào)度光伏電站的發(fā)電與儲(chǔ)能過程。例如，當(dāng)光伏電站發(fā)電量過高時(shí)，多余的電能可以儲(chǔ)存在電池中，避免因電力過剩導(dǎo)致浪費(fèi)；而在光照不足或用電需求高峰時(shí)，儲(chǔ)能系統(tǒng)可以提供電力，確保電站的穩(wěn)定運(yùn)行。

3.2 提升電力供應(yīng)的穩(wěn)定性

儲(chǔ)能柜能夠調(diào)節(jié)電力的儲(chǔ)存和釋放，減少由于光伏發(fā)電不穩(wěn)定帶來的影響。在電力需求高峰時(shí)，儲(chǔ)能系統(tǒng)可以迅速釋放電能，補(bǔ)充電網(wǎng)的不足；而在電力過剩時(shí)，儲(chǔ)能系統(tǒng)則能將多余電能儲(chǔ)存，為未來的需求做準(zhǔn)備。

3.3 降低運(yùn)營成本

儲(chǔ)能柜能量管理系統(tǒng)能夠提高光伏電站的自用電比例，減少電力外購和電網(wǎng)的依賴，從而降低電站的運(yùn)行成本。同時(shí)，系統(tǒng)的智能調(diào)度功能能夠避免不必要的電池?fù)p耗，延長設(shè)備的使用壽命，進(jìn)一步降低運(yùn)營成本。

3.4 提高電網(wǎng)互動(dòng)能力

隨著分布式光伏電站的增多，儲(chǔ)能柜能量管理系統(tǒng)可以幫助光伏電站與電網(wǎng)進(jìn)行互動(dòng)。例如，通過儲(chǔ)能系統(tǒng)的調(diào)度，電站可以在電網(wǎng)負(fù)荷高峰時(shí)將儲(chǔ)存的電能注入電網(wǎng)，參與電網(wǎng)的平衡調(diào)節(jié)，提升電站的社會(huì)價(jià)值。

4.儲(chǔ)能柜能量管理系統(tǒng)功能界面

4.1系統(tǒng)進(jìn)程

4.2數(shù)據(jù)庫管理

4.3數(shù)據(jù)庫管理

4.4通訊管理

4.5通訊管理

4.6圖形組態(tài)

4.7人機(jī)界面

5. 儲(chǔ)能柜能量管理系統(tǒng)的優(yōu)勢與挑戰(zhàn)

5.1 優(yōu)勢

提升系統(tǒng)穩(wěn)定性與靈活性：儲(chǔ)能柜通過實(shí)時(shí)控制電池充放電，能夠在光伏發(fā)電波動(dòng)時(shí)維持電站的穩(wěn)定運(yùn)行。

減少運(yùn)營成本：智能的能量管理可以優(yōu)化電力使用，降低能源浪費(fèi)，提高系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性。

延長設(shè)備壽命：通過科學(xué)的充放電策略，減少電池的過度充放，延長設(shè)備的使用壽命。

5.2 挑戰(zhàn)

技術(shù)復(fù)雜性：儲(chǔ)能柜能量管理系統(tǒng)涉及多個(gè)技術(shù)領(lǐng)域，包括電池管理、智能控制、數(shù)據(jù)分析等，需要較高的技術(shù)支持和維護(hù)能力。

成本問題：儲(chǔ)能設(shè)備和相關(guān)的管理系統(tǒng)初期投資較高，企業(yè)需要權(quán)衡投資成本與收益之間的關(guān)系。

政策與市場環(huán)境不確定性：隨著政策的不斷調(diào)整，光伏電站和儲(chǔ)能設(shè)備的市場需求也會(huì)發(fā)生變化，可能影響儲(chǔ)能技術(shù)的投資回報(bào)。

6. 結(jié)論

儲(chǔ)能柜能量管理系統(tǒng)在企業(yè)光伏運(yùn)維電站中的應(yīng)用，能夠有效提升光伏發(fā)電的穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性。通過智能化的能量管理，儲(chǔ)能系統(tǒng)不僅能優(yōu)化電力調(diào)度，減少電力浪費(fèi)，還能提高電網(wǎng)互動(dòng)能力，降低運(yùn)營成本。盡管面臨技術(shù)復(fù)雜性和投資成本等挑戰(zhàn)，但隨著技術(shù)的更新和政策的支持，儲(chǔ)能技術(shù)的廣泛應(yīng)用將在未來光伏發(fā)電領(lǐng)域中發(fā)揮重要作用，為能源轉(zhuǎn)型和可持續(xù)發(fā)展做出貢獻(xiàn)。

審核編輯 黃宇