儲能工程電能管理系統(tǒng)介紹

簡婷

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定  201801

儲能工程電能管理系統(tǒng)

      Acrel-2000MG儲能系統(tǒng)電能管理系統(tǒng)和AcrelEMS能源管理平臺能夠?qū)ζ髽I(yè)微電網(wǎng)的源（市電、分布式光伏、微型風(fēng)機(jī)）、網(wǎng)（企業(yè)內(nèi)部配電網(wǎng)）、荷（固定負(fù)荷和可調(diào)負(fù)荷）、儲能系統(tǒng)、新能源汽車充電負(fù)荷進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測和優(yōu)化控制，保護(hù)微電網(wǎng)儲能系統(tǒng)運(yùn)行安全，實(shí)現(xiàn)不同目標(biāo)下源網(wǎng)荷儲資源之間的靈活互動，增加多策略控制下系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。同時(shí)促進(jìn)新能源消納、合理削峰填谷，減少電網(wǎng)建設(shè)投資，提升微電網(wǎng)運(yùn)行安全，降低運(yùn)行成本。Acrel-2000MG儲能系統(tǒng)電能管理系統(tǒng)適合部署在本地，作為實(shí)時(shí)監(jiān)控、異常告警和策略管理；AcrelEMS能源管理平臺適用于企業(yè)源網(wǎng)荷儲充運(yùn)維的一體化管理平臺，并提供移動端數(shù)據(jù)服務(wù)和異常告警。

1 數(shù)據(jù)展示

      展示儲能的容量信息、收益、充放電量及電壓、電流、及充放電功率的變化曲線等。

圖6 儲能系統(tǒng)數(shù)據(jù)展示

2異常報(bào)警

      儲能系統(tǒng)電能管理系統(tǒng)應(yīng)具有事故報(bào)警和預(yù)告報(bào)警功能。事故報(bào)警包括非正常操作引起的斷路器跳閘和保護(hù)裝置動作信號；預(yù)告報(bào)警包括一般設(shè)備變位、狀態(tài)異常信息或電芯過壓、電芯欠壓、溫度異常、電池簇過壓告警、電池簇欠壓告警等，保障儲能系統(tǒng)運(yùn)行安全。

圖7 儲能系統(tǒng)告警記錄

3實(shí)時(shí)監(jiān)控

      儲能BMS監(jiān)測電芯、電池模組、電池簇的電壓、電流、溫度、SOC及越限電芯位置等，并針對越限信息進(jìn)行告警，儲能變流器交直流側(cè)運(yùn)行監(jiān)控、充放電指令下發(fā)、參數(shù)限值設(shè)定等。

圖8 儲能系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控

4光伏運(yùn)行監(jiān)控

      監(jiān)測企業(yè)分布式光伏電站運(yùn)行情況，包括逆變器運(yùn)行數(shù)據(jù)、光伏發(fā)電效率分析、發(fā)電量及收益統(tǒng)計(jì)以及光伏發(fā)電功率控制。

圖9 光伏運(yùn)行監(jiān)測

5電能質(zhì)量監(jiān)測

      監(jiān)測微電網(wǎng)重要回路的電壓波動與閃變、電壓暫升/暫降、短時(shí)中斷情況，實(shí)時(shí)記錄事件并故障錄波，為電能質(zhì)量分析與治理提供數(shù)據(jù)來源。及時(shí)采取相應(yīng)的措施提高配電系統(tǒng)的可靠性，減少因諧波造成的供電事故的發(fā)生。

圖10 電能質(zhì)量監(jiān)測

6AcrelEMS能源管理平臺

      AcrelEMS能源管理平臺通過先進(jìn)的控制、計(jì)量、通信等技術(shù)，將分布式電源、儲能系統(tǒng)、可控負(fù)荷、電動汽車、電能路由器聚合在一起；平臺根據(jù)新的電網(wǎng)價(jià)格、用電負(fù)荷、電網(wǎng)調(diào)度指令等情況，靈活調(diào)整微電網(wǎng)控制策略并下發(fā)給儲能系統(tǒng)、電動汽車充電樁、電能路由器等系統(tǒng)，保障企業(yè)微電網(wǎng)高效、穩(wěn)定運(yùn)行，并提供移動端數(shù)據(jù)服務(wù)。

圖11  AcrelEMS能源管理平臺及APP展示

 儲能系統(tǒng)設(shè)計(jì)及選型

1 儲能系統(tǒng)接入電網(wǎng)電壓等級要求

      GB 51048《電化學(xué)儲能電站設(shè)計(jì)規(guī)范》對并網(wǎng)電壓等級要求沒有非常明確，僅僅是建議大中型儲能系統(tǒng)采用10kV或更高電壓等級并網(wǎng)。在《電化學(xué)儲能電站設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)（征求意見稿）》對接入電壓等級的要求是：小型儲能電站宜采用0.4kV~20kV及以下電壓等級；中型儲能電站宜采用10kV~110kV電壓等級；大型儲能電站宜采用220kV及以上電壓等級。

      GB/T 36547-2018《電化學(xué)儲能系統(tǒng)接入電網(wǎng)技術(shù)規(guī)定》對不同容量的儲能系統(tǒng)并網(wǎng)電壓等級做了詳細(xì)的要求，電化學(xué)儲能系統(tǒng)接入電網(wǎng)的電壓等級應(yīng)按照儲能系統(tǒng)額定功率、接入電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)等條件確定，不同額定功率儲能系統(tǒng)接入電網(wǎng)電壓等級如下表所示：

表2 儲能系統(tǒng)接入電網(wǎng)電壓等級要求

2 8kW及以下儲能系統(tǒng)

      8kW及以下的儲能系統(tǒng)一般用于戶用的光儲系統(tǒng)，配合屋頂光伏和光伏、儲能一體式逆變器，實(shí)現(xiàn)戶用并、離網(wǎng)模式運(yùn)行。當(dāng)不允許向電網(wǎng)輸送電能時(shí)，通過防逆流裝置可以實(shí)現(xiàn)光伏發(fā)電富余時(shí)自動充電，大程度消納綠電，配電結(jié)構(gòu)如圖1所示。戶用光儲系統(tǒng)數(shù)據(jù)可上傳云平臺供移動端查看數(shù)據(jù)。

圖1  8kW及以下戶用儲能光伏一體化系統(tǒng)

表3 戶用儲能管理系統(tǒng)硬件

3 8kW-1000kW儲能系統(tǒng)

      8kW-1000kW儲能系統(tǒng)一般500kW以下采用380V并網(wǎng)，500kW-1000kW根據(jù)接入電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)可采用0.4kV多點(diǎn)并網(wǎng)，也可以采用6kV-20kV電壓并網(wǎng)。當(dāng)然采用6kV-20kV電壓并網(wǎng)需要增加升壓變壓器、中壓開關(guān)柜等設(shè)備，會大大增加儲能系統(tǒng)的成本，所以在情況允許的情況下可以采用0.4kV多點(diǎn)并網(wǎng)以減少成本。

      比如企業(yè)內(nèi)部需要安裝大功率充電樁，但是企業(yè)變壓器容量不滿足要求的情況下可以安裝光伏、儲能系統(tǒng)用于擴(kuò)展用電容量，在不更換變壓器的情況下，可以在0.4kV母線增加儲能系統(tǒng)并網(wǎng)。在光伏發(fā)電有富余或者負(fù)荷較低的谷電時(shí)段充電，負(fù)荷高峰時(shí)期放電，以小的成本擴(kuò)展企業(yè)內(nèi)部用電容量，這種情況典型的場景是城市快速充電站或者需要變壓器擴(kuò)容的企業(yè)，如圖2所示。通過多組250kW/500kWh分布式儲能柜并入0.4kV母線，這樣可以把企業(yè)內(nèi)部配電容量一段時(shí)間內(nèi)擴(kuò)展1000kW，滿足企業(yè)用電擴(kuò)容需要。

圖2  8kW-1000kW工商儲能光伏充電一體化系統(tǒng)

      通過0.4kV多點(diǎn)并網(wǎng)的儲能系統(tǒng)中，在10kV產(chǎn)權(quán)分界點(diǎn)需要增加防孤島保護(hù)裝置和電能質(zhì)量分析裝置，如果不需要往電網(wǎng)送電還需要安裝逆功率保護(hù)裝置，在低壓側(cè)0.4kV安裝電能質(zhì)量治理和無功補(bǔ)償裝置等，儲能系統(tǒng)數(shù)據(jù)通過智能網(wǎng)關(guān)采集后可以上傳至本地管理系統(tǒng)或者云平臺，實(shí)現(xiàn)企業(yè)可靠、有序用電，降低用能成本。

      在這種模式下，安科瑞電氣可以為1000kW以下儲能監(jiān)控系統(tǒng)提供以下設(shè)備，見表4。

表4 1000kW以下儲能監(jiān)控系統(tǒng)硬件

5.4500kW-5000kW儲能系統(tǒng)

      500kW-5000kW儲能系統(tǒng)采用6kV-20kV并網(wǎng)，一般采用電氣集裝箱方式安裝，分為電池艙、電氣艙等，也可采用模塊化的分布式儲能柜并聯(lián)匯流后升壓并網(wǎng)，組裝方便，安全系數(shù)高。

圖3  2MW/4MWh工商業(yè)儲能系統(tǒng)示意圖

      現(xiàn)行分時(shí)電價(jià)政策由于不少地區(qū)在冬夏高峰時(shí)段每天會有2個尖峰時(shí)段，持續(xù)時(shí)間2小時(shí)左右，為了保證峰谷套利收益，工商業(yè)儲能系統(tǒng)大多采用充放電倍率0.5C輸出設(shè)計(jì)。

      按照GB/T 36547-2018《電化學(xué)儲能系統(tǒng)接入電網(wǎng)技術(shù)規(guī)定》要求，儲能系統(tǒng)交流側(cè)匯流后通過變壓器升壓至10kV后并入企業(yè)內(nèi)部配電網(wǎng)10kV母線，儲能系統(tǒng)交流側(cè)額定電壓可根據(jù)儲能系統(tǒng)功率確定，一般可選擇線電壓0.4kV、0.54kV、0.69kV、1.05kV、6.3kV、10.5kV等。

儲能系統(tǒng)的微機(jī)保護(hù)配置要求：儲能電站應(yīng)配置防孤島保護(hù)，非計(jì)劃孤島時(shí)應(yīng)在2s動作，將儲能電站與電網(wǎng)斷開；通過10（6）kV~35kV（66kV）電壓等級專線方式接入系統(tǒng)的儲能電站宜配置光纖電流差動或方向保護(hù)作為主保護(hù)。

      關(guān)于儲能系統(tǒng)計(jì)量點(diǎn)的設(shè)置：如果儲能系統(tǒng)采用專線接入公用電網(wǎng)，計(jì)量點(diǎn)應(yīng)設(shè)置在公共連接點(diǎn)；采用T接方式并入公共電網(wǎng)，計(jì)量點(diǎn)應(yīng)設(shè)置在儲能系統(tǒng)出線側(cè)；如果儲能系統(tǒng)接入企業(yè)內(nèi)部電網(wǎng)，計(jì)量點(diǎn)應(yīng)設(shè)置在并網(wǎng)點(diǎn)，見圖3。

儲能單元應(yīng)具備絕緣監(jiān)測功能，當(dāng)儲能單元絕緣低時(shí)應(yīng)能發(fā)出報(bào)警和/或跳閘信號通知儲能變流器及計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，如果BMS或者PCS具備絕緣監(jiān)測功能的話不需要另外配置絕緣監(jiān)測裝置。

      通過10（6）kV接入公用電網(wǎng)的儲能系統(tǒng)電能質(zhì)量宜滿足GB/T19862要求的電能質(zhì)量監(jiān)測裝置，當(dāng)儲能系統(tǒng)的電能質(zhì)量指標(biāo)不滿足要求時(shí)，應(yīng)安裝電能質(zhì)量治理設(shè)備。

在5000kW以下儲能系統(tǒng)中，安科瑞提供的二次設(shè)備如表5所示。

表5 5000kW以下儲能監(jiān)控系統(tǒng)硬件

5.55000kW以上儲能系統(tǒng)

      5000kW以上規(guī)模的儲能系統(tǒng)根據(jù)功率大小可采用35kV、110kV或者220kV并網(wǎng)，一般采用2MWh~4MWh左右的儲能單元作為一個基礎(chǔ)單元，集成安裝在一個40英尺集裝箱。和儲能單元配套的系統(tǒng)還包括三級電池管理系統(tǒng)(BMS)、消防系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)、能量管理系統(tǒng)(EMS)，每個電池艙還包括電池柜、控制柜(BMS)和匯流柜等。也可采用模塊化的分布式儲能柜并聯(lián)匯流后升壓并網(wǎng)，組裝較為方便，安全系數(shù)較高，但是相對成本偏高。

圖4 中大型儲能電站電氣布局示意圖

      通過110kV及以上電壓等級專線方式接入系統(tǒng)的儲能電站應(yīng)配置光纖電流差動保護(hù)作為主保護(hù)；通過10（6）kV~35kV（66kV）電壓等級專線方式接入系統(tǒng)的儲能電站宜配置光纖電流差動或方向保護(hù)作為主保護(hù)；大型儲能電站（100MW以上）應(yīng)配置故障錄波裝置。

      儲能電站高壓側(cè)接線型式可采用單母線、單母線分段等簡單接線形式。當(dāng)電化學(xué)儲能電站經(jīng)雙回路接入系統(tǒng)時(shí)，宜采用單母線分段接線，并宜符合下列要求：小型儲能電站可采用線變組、單母線接線等；中型儲能電站可采用單母線或單母線分段接線等；大型儲能電站可采用單母線分段接線、雙母線接線等，儲能電站35kV及以上電壓等級的母線宜設(shè)置母線保護(hù)。

圖5 中大型儲能電站電氣接線示意圖

      接入公用電網(wǎng)的電化學(xué)儲能站應(yīng)在并網(wǎng)點(diǎn)配置電能質(zhì)量監(jiān)測裝置或具備電能質(zhì)量監(jiān)測功能。10(6)kV及以上電壓等級接入公共電網(wǎng)的電化學(xué)儲能電站宜配置滿足現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《電能質(zhì)量監(jiān)測設(shè)備通用要求》GB/T 19862要求的電能質(zhì)量監(jiān)測裝置，當(dāng)電能質(zhì)量指標(biāo)不滿足要求時(shí)，應(yīng)安裝電能質(zhì)量治理設(shè)備。

表6 5000kW以上儲能監(jiān)控系統(tǒng)硬件

作者簡介：簡婷，女，本科，現(xiàn)就職于安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向?yàn)?span style="text-align: center;">能源管理系統(tǒng)。

 相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

《電化學(xué)儲能系統(tǒng)接入電網(wǎng)技術(shù)規(guī)定》GB/T 36547

《電化學(xué)儲能電站設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 51048

《電化學(xué)儲能電站設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)（征求意見稿）》

《電化學(xué)儲能系統(tǒng)儲能變流器技術(shù)規(guī)范》GB/T 34120

《電力儲能用鋰離子電池》GB/T 36276

《儲能電站監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》NB/T 42090

《電化學(xué)儲能電站用鋰離子電池技術(shù)規(guī)范》NB/T 42091

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《爆炸危險(xiǎn)環(huán)境電力裝置設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50058

《繼電保護(hù)和安全自動裝置技術(shù)規(guī)程》GB/T 14285

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《3~110kV高壓配電裝置設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50060

《20kV及以下變電所設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50053

《電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導(dǎo)則》GB 38755

《電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制技術(shù)導(dǎo)則》GB26399

《電力系統(tǒng)調(diào)度自動化設(shè)計(jì)規(guī)程》DL/T 5003

《電能量計(jì)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》DL/T 5202

《電力系統(tǒng)電化學(xué)儲能系統(tǒng)通用技術(shù)條件》 GB/T 36558