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摘要：独立为解决不同储能系统间的电能互济、电网关口计量点需量控制及充电桩等设备的柔性控制问题,以中节能临平储能电站项目为例,对储能系统运行过程中存在的问题及相关数据进行研究分析,提出相关解决方法。选择合适的采集点,通过控制与管理系统（EMS）打通信信息孤岛,可有效解储能系统运行存在的问题,以期为其他园区实施相关项目提供借鉴。
关键字：工业园区；储能系统；EMS；电网关口计量点；需量控制
随着全球气候问题日益严峻,新能源的应用得到了普及。然而,光伏、风能等新能源的应用对电网的稳定运行造成了一定影响,为缓解影响,储能技术得到了推广应用储能系统是通过介质或设备把能量存储起来,在需要时再释放的过程。储能系统根据能量来源的不同分为物理储能、化学储能、电磁储能3大类。储能系统主要包括储能设备、能量转换装置、EMS3部分。工商业用户的分布式储能以化学储能应用为主,在工业园区的实践探索中,分布式储能已经取得了显著成效。然而,分布式储能在应用中常因数据采集点设置和控制逻辑不合理导致需量控制失败,储能系统的输出输入功率被过早限止。笔者以中节能临平储能电站项目为例,分析储能系统应用中存在的问题,并提出解决措施,以期为其他园区实施类似项目提供参考。
新建的中节能临平储能电站位于临平工业园区内,园区从电网接入1路10kV高压电源,5路高压出线。1号配电房高低压共室布置,3路高压出线为B1、B2、B3 3台变压器提供电源,1号配电房另一路高压出线到2号配电房通过一进四出环网柜为B4、B5、B6、B7 4台变压器提供高压电源,最后一路高压出线为3号配电房B8变压器提供电源。1号、2号、3号、8号变压器的容量为1250kVA,4号～7号变压器的容量为1000kVA。园区已建有光伏1MWp,分2路并入2号配电房的B4、B6变压器低压母排。根据历史用电数据,最大需量在变压器总容量的50%以内。园区管理部门为了减少基本电费的支出按实际需量的电费结算方式签订供用电合同。10kV一次主接线图如图1所示。
根据临平工业园区近年的负荷曲线和变压器的输出功率情况,项目课题组在B1号变压器和B2号变压器低压总进线断路器出线侧接入300 kW/996 kW·h的1号储能系统和200kW/446kW·h的2号储能系统。项目课题组依据浙江省的电费政策采取二充二放的充放电策略。考虑1号、2号变压器的负载率相对较高,B3号变压器的负载率相对较小且变压器附近布置充电桩的条件合适,项目课题组决定在B3号变压器低压出线回路新增一桩二枪快充1台（功率为120 kW）,慢充桩5台（功率为7 kW）。储能系统支持削峰填谷、需量控制、防逆流控制的策略。储能系统的并网接入点选择在变压器的低压总进线处,在接入点电源侧增设防逆流电表用以采集变压器输出的瞬时功率和正向有功功率需量。储能系统的并网柜内设置充放电的并网电能表,用以计量储能设备的充放电有功电量。EMS采集防逆流电表及并网柜内电能表的数据并进行运算,依照设定的逻辑来控制储能系统的输入、输出有功功率。如：储能系统输出功率小于本地负荷功率时,按最大功率放电;储能系统输出功率大于本地负荷瞬时功率时,降低输出功率,使输出功率不大于本地负荷功率,防止储能系统向接入点变压器高压侧输出电能。储能系统输入功率与本地负荷功率之和应不超过变压器的需求量及最大带载容量,否则需降低储能系统的输入功率。临平工业园区的2套储能系统各自运行相互不关联,每套储能系统的拓朴图如图2所示。
3.1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。
3.2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：
5.3系统功能
3.3.1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。
3.3.2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。
UPS监控：满足UPS的运行状态及相关电参量监测。
3.3.3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。
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。
设备 | 型号 | 图片 | 说明 |
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。 |
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 |
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。 |
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。 |
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。 |
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。 |
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 |
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)。 |
笔者以中节能临平储能电站项目为例,介绍项目新建储能系统运行过程中存在的问题,针对问题提出：选择合理的采样点,采集储能系统并网接入点变压器、充电桩所接变压器的功率及电网关口计量点的功率和最大需量;引入以电网关口计量点为控制单元的EMS,加强控制逻辑。相关措施有效解决了基本电费增加问题,也解决了变压器间输出功率及负载功率互济增加问题,提升了储能系统的存储电量及释放电量,增加储能收益。
