安科瑞 劉秋霞
摘 要：隨著大量的風(fēng)電、光伏等新能源并入電網(wǎng)，尤其是大量的分布式電源并入用電側(cè)，將給電網(wǎng)平穩(wěn)運(yùn)行帶來一定挑戰(zhàn)。移動(dòng)儲(chǔ)能系統(tǒng)作為能源互聯(lián)網(wǎng)的一個(gè)主要組成部分，主要應(yīng)用在能源互聯(lián)網(wǎng)的分布式能源與微網(wǎng)領(lǐng)域。本文提出的移動(dòng)儲(chǔ)能系統(tǒng)，采用一體式集裝箱設(shè)計(jì)方案，集成可靠的智能動(dòng)環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)，集裝箱環(huán)境支持系統(tǒng)及儲(chǔ)能電站監(jiān)控管理系統(tǒng)，具備與電網(wǎng)即插即用的工作模式，可以方便應(yīng)用于電網(wǎng)的支撐及區(qū)域性臨時(shí)供電支撐。
關(guān)鍵詞：能源互聯(lián)網(wǎng)； 移動(dòng)儲(chǔ)能 ；電池PACK
1 移動(dòng)儲(chǔ)能系統(tǒng)的背景
1.1 電化學(xué)儲(chǔ)能趨于成熟
儲(chǔ)能應(yīng)用更多的是電化學(xué)儲(chǔ)能，還有鋰離子電池，鈉硫電池等等，從2016—2017年，所有規(guī)劃和在建項(xiàng)目已經(jīng) 達(dá)到1.6GW，政策、企業(yè)、技術(shù)成熟度、產(chǎn)品成本下降等呈現(xiàn)出猛增的態(tài)勢(shì)。
現(xiàn)在10MW甚至100MW并不是很新鮮的事。除此之外，成本下降也是一個(gè)非常好的消息，根據(jù)中國(guó)電力科學(xué)研究院的模型計(jì)算，到2020年儲(chǔ)能系統(tǒng)的建設(shè)成本額已經(jīng)基本達(dá)到營(yíng)收平衡點(diǎn)。
1.2 國(guó)內(nèi)外儲(chǔ)能政策
國(guó)際方面，現(xiàn)在有10多個(gè)政策支撐儲(chǔ)能發(fā)展，有能源規(guī)劃裝備，有電力規(guī)劃還有新能源、電動(dòng)汽車等等，在國(guó)際相關(guān)的政策里，儲(chǔ)能是一個(gè)非常重要的支持要素。對(duì)于中國(guó)而言，政策在2017年10月11日發(fā)布，對(duì)儲(chǔ) 能現(xiàn)在和未來的發(fā)展提出了明確的目標(biāo)，規(guī)定了五大任務(wù)，在指導(dǎo)意見出臺(tái)之后很多地方就開始研究和出臺(tái)支持儲(chǔ)能發(fā)展的相關(guān)政策；2017年11月份出臺(tái)的43號(hào)文，在政策支持下，儲(chǔ)能份額由2015年的2%提高到了9%。
在一些應(yīng)用領(lǐng)域，如重點(diǎn)設(shè)施短時(shí)間內(nèi)保障供電，季節(jié)性區(qū)域內(nèi)負(fù)荷曲線調(diào)整等方面，需要采用移動(dòng)式電力儲(chǔ)能系統(tǒng)。
2 移動(dòng)儲(chǔ)能系統(tǒng)的分類
在傳統(tǒng)發(fā)電領(lǐng)域，移動(dòng)儲(chǔ)能主要起到輔助動(dòng)態(tài)運(yùn)行、取代或延緩新建機(jī)組的作用；在可再生能源領(lǐng)域，移動(dòng)儲(chǔ)能主要起到削峰填谷和跟蹤計(jì)劃出力的作用；在輔助服務(wù)領(lǐng)域，移動(dòng)儲(chǔ)能主要起到調(diào)頻、調(diào)峰和備用容量的作用;在分布式能源與微網(wǎng)領(lǐng)域，儲(chǔ)能主要起到分時(shí)電價(jià)管理、容量費(fèi)用管理和提高供電可靠性的作用。
2.1 大型電力儲(chǔ)能系統(tǒng)
大型電力儲(chǔ)能系統(tǒng)是對(duì)電網(wǎng)可靠運(yùn)行的支撐，在調(diào)整負(fù)載曲線、削峰填谷、提高配電網(wǎng)設(shè)備與線路的利用效率、參于電網(wǎng)調(diào)頻、改善大電網(wǎng)的供電水平等方面具有重要作用。在一些應(yīng)用領(lǐng)域，如重點(diǎn)設(shè)施短時(shí)間內(nèi)保障供電，季節(jié)性區(qū)域內(nèi)負(fù)荷曲線調(diào)整等方面，需要采用移動(dòng)式電力儲(chǔ)能系統(tǒng)。大規(guī)模移動(dòng)儲(chǔ)能系統(tǒng)采用一體式集裝箱設(shè)計(jì)方案，集成可靠的智能動(dòng)環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)，集裝箱環(huán)境支持系統(tǒng)及儲(chǔ)能電站監(jiān)控管理系統(tǒng)，具備與電網(wǎng)即插即用的工作模式，可以方便應(yīng)用于電網(wǎng)的支撐及區(qū)域性臨時(shí)供電支撐。
2.2 中型電力儲(chǔ)能系統(tǒng)
中型電力儲(chǔ)能系統(tǒng)如移動(dòng)充電設(shè)備，也就是電動(dòng)車、樓宇、大型會(huì)議、充電站（樁）等臨時(shí)需要充電的用電設(shè)備“充電寶"，可以有效應(yīng)對(duì)臨時(shí)用電、老舊小區(qū)電網(wǎng)改造難導(dǎo)致的電力增容和應(yīng)急負(fù)荷等難題，也解決了小區(qū)停車位不固定、充電不方便的問題。例如北京的“移動(dòng)充電寶"，2018年2月，北京的新能源車主就可以在“易充網(wǎng)"上看到電子版的充電樁地圖，地圖囊括所有快速充電樁和慢速充電樁的地理位置信息和相應(yīng)的數(shù)量信息，隨時(shí)隨地查詢到充電樁信息。
2.3 小型移動(dòng)儲(chǔ)能系統(tǒng)
家用儲(chǔ)能系統(tǒng)主要指安裝在居民住宅或者企業(yè)園區(qū)的的小型儲(chǔ)能系統(tǒng)，其運(yùn)行模式包括獨(dú)立運(yùn)行、與小型風(fēng)機(jī)、屋頂光伏等可再生能源發(fā)電設(shè)備配套運(yùn)行以及家用儲(chǔ)熱設(shè)備等。家用儲(chǔ)能系統(tǒng)的應(yīng)用包括：電費(fèi)管理、控制用電成本（低充高放）；供電可靠性；分布式可再生能源接入；電動(dòng)汽車儲(chǔ)能電池應(yīng)用等。
3 移動(dòng)儲(chǔ)能系統(tǒng)的作用
（1）解決“發(fā)電與用電的時(shí)差矛盾"和“間歇式可再生能源發(fā)電直接并網(wǎng)沖擊電網(wǎng)"，平滑出力及調(diào)節(jié)電能品質(zhì)。
（2）將“谷電"存儲(chǔ)在儲(chǔ)能電池中，在高峰期釋放出來應(yīng)用于生產(chǎn)、運(yùn)營(yíng)，不僅可以減輕電網(wǎng)負(fù)荷負(fù)擔(dān)，還可以降低運(yùn)營(yíng)成本。
（3）將儲(chǔ)能系統(tǒng)應(yīng)用于、醫(yī)院、數(shù)據(jù)、精密制造、軍事指揮等重要部門的備用電站，可在非常時(shí)期保證穩(wěn)定、及時(shí)的應(yīng)急電力供應(yīng)。
（4）儲(chǔ)能系統(tǒng)還可以為實(shí)現(xiàn)資源的優(yōu)化配置（燃料、太陽(yáng)能和風(fēng)能）、資源整合、電網(wǎng)穩(wěn)定性（頻率和電壓）以及負(fù)載管理服務(wù)提供支持。
4 移動(dòng)儲(chǔ)能系統(tǒng)的組成
采用一體式集裝箱設(shè)計(jì)方案，集成可靠的智能動(dòng)環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)，集裝箱環(huán)境支持系統(tǒng)及儲(chǔ)能電站監(jiān)控管理系統(tǒng)，具備與電網(wǎng)即插即用的工作模式，可以方便應(yīng)用于電網(wǎng)的支撐及區(qū)域性臨時(shí)供電支撐。將電池PACK、變流器（PCS）、配電裝置等集成在一起，提供多種電氣接口（交流輸出/直流輸出/快充。同時(shí)配備電池狀態(tài)檢測(cè)、PCS狀態(tài)監(jiān)控、火災(zāi)預(yù)警與自動(dòng)滅火裝置等安全措施，具有“可移動(dòng)、大容量、大功率、遠(yuǎn)程調(diào)度、低噪音、節(jié)能減排、綠色環(huán)保"的特點(diǎn)。實(shí)現(xiàn)用戶與一體化終端的人機(jī)互動(dòng)，具備光伏發(fā)電的信息采集與監(jiān)控功能，從而為應(yīng)急救援、后勤保障、移動(dòng)充電等提供快速、可靠、高質(zhì)量的電能。當(dāng)前，移動(dòng)儲(chǔ)能在用戶側(cè)的應(yīng)用主要包括以下5個(gè)方面：峰谷套利、需量電費(fèi)管理、動(dòng)態(tài)增容、需求響應(yīng)以及提高新能源自用率。
5 移動(dòng)儲(chǔ)能系統(tǒng)典型設(shè)計(jì)
以1MW/1MWh集裝箱儲(chǔ)能系統(tǒng)為例，系統(tǒng)一般由儲(chǔ)能電池系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、電池管理單元、消防系統(tǒng)、空調(diào)、儲(chǔ)能變流器及隔離變壓器組成，并集成在一個(gè)40英尺集裝箱內(nèi)。
其中電池系統(tǒng)主要由電芯串并聯(lián)構(gòu)成：首先十幾組電芯通過串并聯(lián)組成電池箱，然后電池箱通過串聯(lián)組成電池組串并提升系統(tǒng)電壓，將電池組串進(jìn)行并聯(lián)提升系統(tǒng)
容量，并集成安裝在電池柜內(nèi)。
監(jiān)控系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)對(duì)外通信、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集、分析和處理的功能，保證數(shù)據(jù)監(jiān)控準(zhǔn)確、電壓電流采樣精度高、數(shù)據(jù)同步率及遙控命令執(zhí)行速度快；電池管理單元擁有高精度的單體電壓檢測(cè)與電流檢測(cè)功能，保證電芯模塊的電壓均衡，避免電池模塊間產(chǎn)生環(huán)流，影響系統(tǒng)運(yùn)行效率。
為了保證系統(tǒng)的安全，集裝箱內(nèi)配置了消防及空調(diào)系統(tǒng)，其中消防系統(tǒng)通過煙霧傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器、應(yīng)急燈等安全設(shè)備感知火警，并自動(dòng)滅火；空調(diào)系統(tǒng)根據(jù)外部環(huán)境溫度，通過熱管理策略控制空調(diào)冷熱系統(tǒng)，保證集裝箱內(nèi)溫度處于合適區(qū)間，延長(zhǎng)電池使用壽命。
6.安科瑞Acrel-2000ES儲(chǔ)能能量管理系統(tǒng)概述
6.1概述
安科瑞Acrel-2000ES儲(chǔ)能能量管理系統(tǒng)，專門針對(duì)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。在高級(jí)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。
6.2系統(tǒng)結(jié)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)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下：
6.3接入設(shè)備
Acrel-2000ES，具備多種接口，多種協(xié)議對(duì)接的能力，支持多種設(shè)備接入。
序號(hào) | 設(shè)備類型 | 數(shù)量 | 設(shè)備接入 | 備注 |
1 | PCS | 1 | LAN口/RS485 | 必裝 |
2 | BMS | 1 | RS485 | 必裝 |
3 | 表計(jì)(儲(chǔ)能/防逆流/負(fù)荷) | 1 | RS485 | 必裝 |
4 | 冷卻主機(jī) | 1 | RS485 | 必裝 |
5 | 消防主機(jī) | 1 | RS485 | 必裝 |
6 | 溫濕度傳感器 | 1 | RS485 | 必裝 |
7 | 煙霧傳感器 | 1 | 干接點(diǎn) | 必裝 |
8 | 消防設(shè)備 | 1 | 干接點(diǎn) | 必裝 |
9 | 水浸傳感器 | 1 | 干接點(diǎn) | 選裝 |
10 | 除濕機(jī) | 1 | RS485 | 選裝 |
11 | 門禁 | 1 | RS485 | 選裝 |
12 | 視頻 | 1 | RJ45 | 選裝 |
6.4系統(tǒng)功能
6.4.1實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)
系統(tǒng)人機(jī)界面友好，能夠顯示儲(chǔ)能柜的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè) PCS、BMS 以及環(huán)境參數(shù)信息，如電參量、溫度、濕度等。實(shí)時(shí)顯示有關(guān)故障、告警、收益等信息。
6.4.2設(shè)備監(jiān)控
系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè) PCS、BMS、電表、空調(diào)、消防、除濕機(jī)等設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)及運(yùn)行模式。
PCS 監(jiān)控：滿足儲(chǔ)能變流器的參數(shù)與限值設(shè)置；運(yùn)行模式設(shè)置；實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能變流器交直流側(cè) 電壓、電流、功率及充放電量參數(shù)的采集與展示；實(shí)現(xiàn) PCS 通訊狀態(tài)、啟停狀態(tài)、開關(guān)狀態(tài)、 異常告警等狀態(tài)監(jiān)測(cè)。
BMS 監(jiān)控：滿足電池管理系統(tǒng)的參數(shù)與限值設(shè)置；實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能電池的電芯、電池簇的溫度、
電壓、電流的監(jiān)測(cè)；實(shí)現(xiàn)電池充放電狀態(tài)、電壓、電流及溫度異常狀態(tài)的告警。
空調(diào)監(jiān)控：滿足環(huán)境溫度的監(jiān)測(cè)，可根據(jù)設(shè)置的閾值進(jìn)行空調(diào)溫度的聯(lián)動(dòng)調(diào)節(jié)，并實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)空調(diào)的運(yùn)行狀態(tài)及溫濕度數(shù)據(jù)，以曲線形式進(jìn)行展示。
UPS 監(jiān)控：滿足 UPS 的運(yùn)行狀態(tài)及相關(guān)電參量監(jiān)測(cè)。
6.4.3 曲線報(bào)表
系統(tǒng)能夠?qū)?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。
6.4.4策略配置
滿足儲(chǔ)能系統(tǒng)設(shè)備參數(shù)的配置、電價(jià)參數(shù)與時(shí)段的設(shè)置、控制策略的選擇。目前支持的控制策略包含計(jì)劃曲線、削峰填谷、需量控制等。
6.4.5實(shí)時(shí)報(bào)警
儲(chǔ)能能量管理系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)告警功能，系統(tǒng)能夠?qū)?chǔ)能充放電越限、溫度越限、設(shè)備故障或通信故障等事件發(fā)出告警。
6.4.6事件查詢統(tǒng)計(jì)
儲(chǔ)能能量管理系統(tǒng)能夠?qū)b信變位，溫濕度、電壓越限等事件記錄進(jìn)行存儲(chǔ)和管理，方便用戶對(duì)系統(tǒng)事件和報(bào)警進(jìn)行歷史追溯，查詢統(tǒng)計(jì)、事故分析。
6.4.7遙控操作
可以通過每個(gè)設(shè)備下面的紅色按鈕對(duì) PCS、風(fēng)機(jī)、除濕機(jī)、空調(diào)控制器、照明等設(shè)備進(jìn)行相應(yīng)的控制，但是當(dāng)設(shè)備未通信上時(shí)，控制按鈕會(huì)顯示無效狀態(tài)。
6.4.8用戶權(quán)限管理
儲(chǔ)能能量管理系統(tǒng)為保障系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，設(shè)置了用戶權(quán)限管理功能。通過用戶權(quán)限管理能夠防止未經(jīng)授權(quán)的操作（如遙控的操作，數(shù)據(jù)庫(kù)修改等）。可以定義不同級(jí)別用戶的登錄名、密碼及操作權(quán)限，為系統(tǒng)運(yùn)行、維護(hù)、管理提供可靠的安全保障。
6.4.9安科瑞配套產(chǎn)品
序號(hào) | 設(shè)備 | 型號(hào) | 圖片 | 說明 |
1 | 儲(chǔ)能能量管理系統(tǒng) | Acrel-2000ES |
| 實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能設(shè)備的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控，統(tǒng)計(jì)分析、異常告警、優(yōu)化控制、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)等； 策略控制:計(jì)劃曲線、需量控制、削峰填谷、備用電源等。 |
2 | 觸摸屏電腦 | PPX-133L |
| 1)承接系統(tǒng)軟件 2)可視化展示:顯示系統(tǒng)運(yùn)行信息 |
3 | 交流計(jì)量表計(jì) | DTSD1352 |
| 集成電力參量及電能計(jì)量及考核管理，提供各類電能數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)。具有諧波與總諧波含量檢測(cè)，帶有開關(guān)量輸入和開關(guān)量輸出可實(shí)現(xiàn)“遙信"和“遙控"功能，并具備報(bào)警輸出。帶有RS485 通信接口，可選用MODBUS-RTU或 DL/T645協(xié)議。 |
4 | 直流計(jì)量表計(jì) | DJSF1352 |
| 表可測(cè)量直流系統(tǒng)中的電壓、電流、功率以及正反向電能等;具有紅外通訊接口和RS-485通訊接口，同時(shí)支持Modbus-RTU協(xié)議和DLT645協(xié)議;可帶繼電器報(bào)警輸出和開關(guān)量輸入功能。 |
5 | 溫度在線監(jiān)測(cè)裝置 | ARTM-8 |
| 適用于多路溫度的測(cè)量和控制，支持測(cè)量8通道溫度;每一通道溫度測(cè)量對(duì)應(yīng)2段報(bào)警，繼電器輸出可以任意設(shè)置報(bào)警方向及報(bào)警值。 |
6 | 通訊管理機(jī) | ANet-2E8S1 |
| 能夠根據(jù)不同的采集規(guī)約進(jìn)行水表、氣表、電表、微機(jī)保護(hù)等設(shè)備終端的數(shù)據(jù)采集匯總；提供規(guī)約轉(zhuǎn)換、透明轉(zhuǎn)發(fā)、數(shù)據(jù)加密壓縮、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、邊緣計(jì)算等多項(xiàng)功能；實(shí)時(shí)多任務(wù)并行處理數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，可多鏈路上送平臺(tái)據(jù)。 |
7 | 串口服務(wù)器 | Aport |
| 功能:轉(zhuǎn)換“輔助系統(tǒng)"的狀態(tài)數(shù)據(jù)，反饋到能量管理系統(tǒng)中。1)空調(diào)的開關(guān)，調(diào)溫，及斷電(二次開關(guān)實(shí)現(xiàn))；2)上傳配電柜各個(gè)空開信號(hào)；3)上傳UPS內(nèi)部電量信息等；4)接入電表、BSMU等設(shè)備 |
8 | 遙信模塊 | ARTU-KJ8 |
| 1)反饋各個(gè)設(shè)備狀態(tài)，將相關(guān)數(shù)據(jù)到串口服務(wù)器；2)讀消防1/0信號(hào)，并轉(zhuǎn)發(fā)給到上層(關(guān)機(jī)、事件上報(bào)等)；3)采集水浸傳感器信息，并轉(zhuǎn)發(fā)給到上層(水浸信號(hào)事件上報(bào))；4)讀取門禁程傳感器信息，并轉(zhuǎn)發(fā)給到上層(門禁事件上報(bào))。 |
7 結(jié)語(yǔ)
移動(dòng)式儲(chǔ)能系統(tǒng)以其較為突出的靈活便捷性已廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)輸發(fā)配送等領(lǐng)域。與傳統(tǒng)固定式儲(chǔ)能電站相比，集裝箱儲(chǔ)能系統(tǒng)的模塊化設(shè)計(jì)采用了國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化的集裝箱尺寸，允許遠(yuǎn)洋和公路運(yùn)輸，可以通過高架起重機(jī)進(jìn)行吊裝，可移動(dòng)性強(qiáng)，不受地域限制。另外集裝箱儲(chǔ)能系統(tǒng)可進(jìn)行工廠化生產(chǎn)，直接在車間進(jìn)行組裝調(diào)試，大大節(jié)約了工程的施工和運(yùn)維成本，并實(shí)現(xiàn)事故隔離。相信隨著電池本體技術(shù)的不斷突破，移動(dòng)式儲(chǔ)能系統(tǒng)的能量密度將
進(jìn)一步提升，成本也會(huì)大幅度下降，移動(dòng)式儲(chǔ)能系統(tǒng)的實(shí)際價(jià)值將不斷體現(xiàn)，應(yīng)用范圍也會(huì)不斷擴(kuò)張，未來必定會(huì)成為推進(jìn)能源生產(chǎn)和消費(fèi)革命的重要載體，是能源互聯(lián)網(wǎng)中發(fā)展前景的技術(shù)和產(chǎn)業(yè)。
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