浅析智慧储能柜的构造
时间：2024-09-27 阅读：196
胡冠楠
安科瑞电气股份有限公司 上海嘉定
引言
随着全球能源结构的转型和可再生能源的快速发展，储能技术成为调节能源供需、提高能源利用效率的关键。储能柜作为储能技术的核心组成部分，其构造和功能显得尤为重要。本文将为您详细解析储能柜的构造，并展示其如何成为高效能源管理的智慧核心。
一、储能柜构造概述
1. 电池模块：是储能柜的核心，负责储存和释放能量。常见的电池类型包括锂离子电池、铅酸电池和钠离子电池等。
2. 电池管理系统（BMS）：监控电池的充放电状态，确保电池在安全、高效的范围内工作。
3. 能量管理系统（EMS）：负责协调电池模块与外部电网之间的能量交换，实现能源的优化配置。
4. 控制系统：包括硬件和软件两部分，负责对储能柜的整体运行进行监控和控制。
通讯接口：用于实现储能柜与外部系统（如电网、监控系统等）的互联互通。
二、储能柜构造详细解析
1. 电池模块
电池模块是储能柜的心脏，其性能直接影响着储能柜的整体效能。电池模块通常采用模块化设计，可根据需求灵活配置。以下是电池模块的几个关键要素：
- 电池单元：是电池模块的基本组成单元，通常由多个电池单体串联或并联而成。
- 电池组：由多个电池单元组合而成，具有一定的电压和容量。
- 电池包：将电池组封装在金属外壳内，起到保护电池的作用。
2.电池管理系统（BMS）
BMS是储能柜的智能大脑，负责实时监控电池的充放电状态、电压、电流、温度等参数，确保电池在安全、高效的范围内工作。以下是BMS的几个关键功能：
- 电池状态监测：通过实时监测电池的电压、电流等参数，判断电池的充放电状态。
- 电池保护：当电池的电压、电流、温度等参数超出安全范围时及时发出警报并采取措施保护电池。
- 数据采集与传输：将电池的运行数据传输至能量管理系统（EMS），为后续的能源优化配置提供依据。
3. 能量管理系统（EMS）
EMS是储能柜与外部电网之间的桥梁，负责协调电池模块与外部电网之间的能量交换。以下是EMS的几个关键功能：
- 能源调度：根据电网的供需情况，合理分配储能柜的充放电能量。
- 峰谷套利：在电网负荷低谷期充电，负荷高峰期放电，实现能源的优化利用。
- 需求响应：根据电网的调度指令，及时调整储能柜的充放电策略，参与电网的调峰、调频等需求响应服务。
4. 控制系统
控制系统是储能柜的指挥，负责对储能柜的整体运行进行监控和控制。以下是控制系统的几个关键组成部分：
- 硬件部分：包括微处理器、传感器、继电器等，负责实时采集数据并执行控制指令。
- 软件部分：包括监控软件、控制算法等，负责分析数据、生成控制策略并执行。
5. 通讯接口
通讯接口是储能柜与外部系统之间的信息通道，负责实现储能柜与外部系统（如电网、监控系统等）的互联互通。以下是通讯接口的几个关键功能：
- 数据传输：将储能柜的运行数据传输至外部系统，便于远程监控和管理。
- 控制指令接收：接收外部系统的控制指令，如充放电策略、故障处理等。
三、集装箱储能柜系统在新能源行业的优势
储能柜在能源管理中的应用非常广泛，以下是几个典型的应用场景：
1. 峰谷套利：在电网负荷低谷期充电，负荷高峰期放电，降低企业的用电成本。
2. 应急备电：在电网故障或停电时，储能柜可以为企业提供紧急备电，保障企业正常生产。
3. 调峰调频：储能柜可以根据电网的调度指令，参与电网的调峰、调频等需求响应服务，提高电网的稳定可靠性。
4. 可再生能源消纳：储能柜可以储存可再生能源发出的电能，提高可再生能源的利用效率。
储能柜作为高效能源管理的智慧核心，其构造和功能为我国能源结构的转型提供了有力支持。随着技术的不断进步和市场的不断扩大，储能柜将在未来能源管理领域发挥更加重要的作用。
四、Acrel-2000ES储能柜能量管理系统
4.1系统概述
安科瑞储能能量管理系统Acrel-2000ES，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。
4.2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：
4.3系统功能4.3.1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。
4.3.2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。
4.3.3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。
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。
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。
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。
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。
4.3.8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。
4.3.9安科瑞配套产品
序号 | 设备 | 型号 | 图片 | 说明 |
1 | 储能能量管理系统 | Acrel-2000ES |
| 实现储能设备的数据采集与监控，统计分析、异常告警、优化控制、数据转发等； 策略控制:计划曲线、需量控制、削峰填谷、备用电源等。 |
2 | 触摸屏电脑 | PPX-133L |
| 1)承接系统软件 2)可视化展示:显示系统运行信息 |
3 | 交流计量表计 | DTSD1352 |
| 集成电力参量及电能计量及考核管理，提供各类电能数据统计。具有谐波与总谐波含量检测，带有开关量输入和开关量输出可实现“遥信”和“遥控”功能，并具备报警输出。带有RS485 通信接口，可选用MODBUS-RTU或 DL/T645协议。 |
4 | 直流计量表计 | DJSF1352 |
| 表可测量直流系统中的电压、电流、功率以及正反向电能等;具有红外通讯接口和RS-485通讯接口，同时支持Modbus-RTU协议和DLT645协议;可带继电器报警输出和开关量输入功能。 |
5 | 温度在线监测装置 | ARTM-8 |
| 适用于多路温度的测量和控制，支持测量8通道温度;每一通道温度测量对应2段报警，继电器输出可以任意设置报警方向及报警值。 |
6 | 通讯管理机 | ANet-2E8S1 |
| 能够根据不同的采集规约进行水表、气表、电表、微机保护等设备终端的数据采集汇总；提供规约转换、透明转发、数据加密压缩、数据转换、边缘计算等多项功能；实时多任务并行处理数据采集和数据转发，可多链路上送平台据。 |
7 | 串口服务器 | Aport |
| 功能:转换“辅助系统”的状态数据，反馈到能量管理系统中。1)空调的开关，调温，及W全断电(二次开关实现)；2)上传配电柜各个空开信号；3)上传UPS内部电量信息等；4)接入电表、BSMU等设备 |
8 | 遥信模块 | ARTU-KJ8 |
| 1)反馈各个设备状态，将相关数据到串口服务器；2)读消防1/0信号，并转发给到上层(关机、事件上报等)；3)采集水浸传感器信息，并转发给到上层(水浸信号事件上报)；4)读取门禁程传感器信息，并转发给到上层(门禁事件上报)。 |
五、结束语
储能柜作为高效能源管理的智慧核心，其构造和功能为我国能源结构的转型提供了有力支持。随着技术的不断进步和市场的不断扩大，储能柜将在未来能源管理领域发挥更加重要的作用。
参考文献
[1]企业微电网设计与应用手册2022.05版.