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淺談新型電力系統(tǒng)儲能EMS在廣西儲能項目中的應用

2025-07-11 [531]

安科瑞劉邁

　　摘要：文章從儲能EMS系統(tǒng)架構和實現功能出發(fā)，分析了新型電力系統(tǒng)儲能EMS的設計，并探討了新型電力系統(tǒng)儲能EMS在廣西儲能項目中的應用，旨在提升儲能在新型電力系統(tǒng)中的管理效率，保障儲能電站的安全管理。

　　關鍵詞：獨立儲能；EMS；新型電力系統(tǒng)；電站管理

　　1.背景

　　新型電力系統(tǒng)是以確保能源電力安全為基本前提，以滿足經濟社會高質量發(fā)展的電力需求為首要目標，以高比例新能源供給消納體系建設為主線任務，以源網荷儲多向協(xié)同、靈活互動為有力支撐，以堅強、智能、柔性電網為平臺，以技術創(chuàng)新和體制機制創(chuàng)新為基礎能保障的新時代電力系統(tǒng)，是新型能源體系的重要組成部分和實現“雙碳"目標的關鍵載體。

　　新型電力系統(tǒng)發(fā)展過程中，以壓縮空氣儲能、電化學儲能等日內調節(jié)為主的新型儲能技術，依托“新能源+儲能"電站、電網側獨立儲能、用戶側儲能削峰填谷、共享儲能等模式，滿足了新型電力系統(tǒng)日內調節(jié)需求。據國家能源局2024年1月25日新聞發(fā)布會相關內容顯示，截2023年底，全國已建成投運新型儲能項目累計裝機規(guī)模達3139萬kW/6687萬kW·h，從投資規(guī)模來看，“十四五"以來，新增新型儲能裝機直接推動投資經濟超1000億元，帶動產業(yè)鏈上下游進一步拓展，成為我國經濟發(fā)展“新動能"。

　　能量管理系統(tǒng)（EMS）是電化學儲能電站的決策設備，與BMS、PCS統(tǒng)稱為“3S"系統(tǒng)，是儲能電站監(jiān)控系統(tǒng)站控層的設備。EMS通過計算機、網絡和通信技術，實現電站內儲能系統(tǒng)、變配電系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)等設備的信息采集、監(jiān)視、控制等功能。

　　不同應用場景、建設規(guī)模的儲能電站EMS功能差別較大。用戶側儲能電站以峰谷電價差套利為主，不接受電網的調度管理，EMS通過配置單臺服務器即可實現監(jiān)控和執(zhí)行充放電策略等功能。新能源側和電網側大中型儲能電站面臨監(jiān)控數據信息量大、調度管理系統(tǒng)復雜程度多樣化需求，EMS一般需具備場站設備監(jiān)控、調度控制、數據轉發(fā)、電力交易等功能。

　　2.儲能EMS系統(tǒng)架構和實現功能

　　2.1EMS系統(tǒng)架構

　　2.1.1用戶側工商業(yè)儲能

　　EMS常采用微電網管理架構，將儲能、光伏、負荷以以太網、RS485、4G等方式，接入到能源管理系統(tǒng)主站。

　　2.1.2獨立儲能

　　獨立儲能EMS系統(tǒng)架構更為復雜，不僅需要具備電網的調度接口，還需要滿足源網荷儲等多能互補的能量管理和監(jiān)控功能。獨立儲能EMS系統(tǒng)架構如圖1所示。

　　2.2EMS功能實現

　　2.2.1用戶側工商業(yè)儲能

　　用戶側工商業(yè)儲能主要應用場景包括能量時移、需量管理、削峰填谷及參與電力交易，能夠幫助用戶節(jié)省電費，在平復用戶負荷波動的同時實現套利。其功能包括數據采集處理與存儲、系統(tǒng)監(jiān)視、能量管理、計量計費、統(tǒng)計分析、操作與控制。此外，還可以整合功率基礎分配、需求側響應、防逆流控制、削峰填谷等功能。

　　2.2.2獨立儲能

　　獨立儲能的應用場景包括現貨市場、調峰調頻輔助服務、能量轉移、無功支撐、新能源消納等，對應的功能層次也更多，基礎的獨立儲能功能包括數據可視化、運行監(jiān)控、報警、分時分區(qū)控制，進階的功能包括電力交易輔助決策、電站安全管理等。

圖1獨立儲能EMS系統(tǒng)架構

3.新型電力系統(tǒng)儲能EMS設計

　　獨立儲能容量較大，其運行會給新型電力系統(tǒng)帶來較大的沖擊，同時由于獨立儲能所包含的電池數量眾多，控制難度大幅增加，對于電芯的安全運行要求也更為嚴苛。因此，文章以獨立儲能為研究對象，進行新型電力系統(tǒng)儲能EMS設計開發(fā)。

　　傳統(tǒng)的EMS存在無法適配電力市場體系改革的缺點，無法適配新型電力系統(tǒng)下復雜多場景的調度需求，也無法兼顧儲能電站日益增加的電站安全運維要求?？紤]到儲能電站屬于重資產投資，電站資產管理和全生命周期的資產價值計算若能納入到儲能EMS中，能使得儲能項目的資產評估和風險評估更加清晰。

　　基于此，文章在傳統(tǒng)儲能EMS基礎上，從三個角度對新型電力系統(tǒng)儲能EMS進行設計。

　　3.1儲能電站在不同電力市場規(guī)則和調度規(guī)則下的相應功能需求與適配性設計

　　通過研究不同區(qū)域和省份的電力市場規(guī)則和調度機制，總結各個市場調度對儲能子站的控制需求，將復雜的功率基準信號和輔助服務功率信號進行分解、疊加和計算，終轉換成標準控制指令，下發(fā)到儲能電站對應單元執(zhí)行，支持儲能電站在不同電力市場中運營。

　　在多堆的儲能電站場景，由于維護、分片調度等工況不同，各堆實時容量存在偏差。EMS功能上需考慮各堆充、放電功率分配功能，優(yōu)化各堆實時充、放電功率，使各堆電池循環(huán)次數趨于平衡，在單次循環(huán)中實現儲能電站充、放電量大化，提高儲能電站收益。根據儲能電站實際運營經驗，EMS可考慮以下3種功率分配功能。

　?。?）手動分配。通過手動給定百分比的方式，實現各堆充、放電功率分配。

　?。?）平均分配。按電池堆數量、各堆實時平均分配充、放電功率。

　?。?）自動分配。根據各堆額定容量、SOC實時分配各堆放電功率，同時單堆所分配的功率大于堆額定功率時，設計再分配功能，實現儲能電站調度功率大化響應。

　　3.2電站健康管理需求和功能開發(fā)

　　通過將大數據技術應用到電池系統(tǒng)中，一站式對儲能電池進行數據收集、存儲、處理和分析。研究儲能電池和其他設備健康監(jiān)控技術，建立電池健康管理模型，實現儲能系統(tǒng)實時監(jiān)測、預測和優(yōu)化調控，并采用人工智能深度學習算法，實現監(jiān)控和智能運維，定期進行電池安全AI健康評估，保障儲能安全。

　　3.2.1電池SOX狀態(tài)估計算法

　　基于深度學習的電池SOX狀態(tài)估計算法，預測電池荷電狀態(tài)SOC、健康狀態(tài)SOH，實現監(jiān)控和智能運維，保障電池安全和延長電池壽命。

　　3.2.2電池熱失控中長期預測算法

　　利用深度學習時序異常檢測算法，在多層次深度特征中捕獲熱失控表征量之間潛在的時序關聯，預測未來較長一段時間電芯熱失控風險。

　　3.2.3電芯故障異常檢測算法

　　采用深度學習時序異常檢測算法，對采集到的數據通過小波、傅里葉等數據變換，提取數據時域、頻域特征工程；探尋電池內短路、析鋰等故障和表征量之間的關系，建立分析預測模型，研發(fā)高性能和高精度的故障預測算法。

　　3.3電站資產全生命周期價值評估

　　本研究考慮未來儲能項目市場環(huán)境，以保障電站投資收益為目標，基于電站采集數據對電站運行狀態(tài)進行評價，并結合收益和成本，創(chuàng)新性的建立融合多源數據的電站資產全生命周期價值評估方法，對中廣核新能源投資（深圳）有限公司現有及未來儲能項目的資產價值評估提供重要依據。

　　4.新型電力系統(tǒng)儲能EMS在廣西儲能項目中的應用情況

　　4.1多類型電站、多省份規(guī)則適配、調度響應和復雜AGC信號計算

　　儲能電站可選擇電站類型及參與的電力市場省份，根據省份配置市場選項供儲能電站選擇。根據儲能電站可參與的電力市場類型，如電能量市場和輔助服務市場，基于電站參數獲取智能交易策略，支持多個電力市場出力曲線疊加，生成策略生成申報功率建議和實時運行功率曲線，還可展示包括SOC情況和價格基準等重要的數據曲線。

　　4.2分區(qū)/塊調度、分時復用和一儲多用

　　可分區(qū)/分塊和分時配置電站在電力市場中運行的模式，查看各個區(qū)塊參與電力市場的情況。可選擇手動配置和AI自動配置，支持點選各分區(qū)名稱查看各分區(qū)配置情況，支持編輯修改各PCS分區(qū)。

　?。?）電站概況。包括電站額定容量、電站額定功率、本日可用容量和本日可用功率。

　?。?）充放電情況。包括電站SOC、當前可放電量、實時有功/無功功率、本日充/放電量和累計充/放電量等數據。

　?。?）調頻里程。顯示調頻時刻里程。

　?。?）有功功率曲線。實際運行功率和本地計劃功率運行曲線。

　?。?）電站分區(qū)運行情況。顯示電站所配置各分區(qū)的運行模式、運行場景、受控PCS臺數、額定容量占比、

　　當前可用PCS臺數、可用容量占比、平均SOC、大可充/可放電量、有功/無功指令、實時有功/無功數據、AGC/AVC允許情況和AGC/AVC投入情況等。

　　4.3電池壽命RUL預測、安全故障和熱失控中長期預警

　　基于儲能電池和其他設備健康監(jiān)控技術，建立電池健康管理模型，實現對儲能系統(tǒng)的實時監(jiān)測、預測和優(yōu)化調控，實現高性和高可靠性的電池健康評估結果。

　?。?）電芯總覽。展示當前整站電池SOC和SOH情況及大/小SOC/SOH數據及所在位置。

　?。?）電芯電壓/溫度。展示各堆平均電壓（溫度）、電壓（溫度）大/小的電芯編號及電壓（溫度）。

　?。?）電芯狀態(tài)診斷。展示電芯SOH、RUL預測及電芯SOC預測，預測誤差小于±5%。

　?。?）電芯故障診斷。支持熱失控監(jiān)控、電芯內短路等故障檢測和展示，實現熱失控前30min實現報警；檢出率>92%，誤報率<10%；電芯內短路等故障檢出率>92%，誤報率<10%；支持故障日歷功能，統(tǒng)計和查看各月故障情況。

　　4.4電站功率分配

　　支持電站功率分配并優(yōu)化，使得每個電池堆根據擬充放電功率進行輸出后，終的SOC一致。電站功率分配情況總覽支持展示當前電站各儲能單元功率分配情況、當前狀態(tài)、總功率、分配數量及分配方式。支持功率分配方式選擇：自動分配、手動分配及平均分配。

　　4.5儲能電站運行狀態(tài)及資產評估

　　基于電站采集數據對電站運行狀態(tài)進行評價，結合收益和成本建立融合多源數據的

　　電站資產全生命周期價值評估方法，對儲能電站資產價值評估提供重要依據。

　　（1）電站基本信息：包括電站總投資金額、電站狀態(tài)、規(guī)模、項目地址及電站投運時間等。

　　（2）電站運行情況：包括電站投運總天數、電站累計充/放電時長、電站累計充/放電量、參與電能量市場、輔助服務市場、調度響應次數、電站容量租賃情況、當前電站電池狀態(tài)等。

　　（3）充放電概況：充放電量和充放電時長的展示。

　　考慮電池SOH、電站RTE、儲能損耗率、實際可放電功率、實際可放電量、可用系數等多種指標，建立儲能電站運行狀態(tài)評價算法，實現電站運行狀態(tài)的評價。

　　5.安科瑞Acrel-2000ES儲能能量管理系統(tǒng)概述

　　5.1概述

　　安科瑞Acrel-2000ES儲能能量管理系統(tǒng)，專門針對工商業(yè)儲能柜、儲能集裝箱研發(fā)的一款儲能EMS，具有完善的儲能監(jiān)控與管理功能,涵蓋了儲能系統(tǒng)設備(PCS、BMS、電表、消防、空調等)的詳細信息,實現了數據采集、數據處理、數據存儲、數據查詢與分析、可視化監(jiān)控、報警管理、統(tǒng)計報表等功能。在應用上支持能量調度,具備計劃曲線、削峰填谷、需量控制、防逆流等控制功能。

　　5.2系統(tǒng)結構

　　Acrel-2000ES，可通過直采或者通過通訊管理或串口服務器將儲能柜或者儲能集裝箱內部的設備接入系統(tǒng)。系統(tǒng)結構如下：