探討風電場儲能EMS系統的管理技術

安科瑞 劉邁

　　摘要：闡述儲能系統特點，分析儲能EMS技術路線中的單機儲能、集中儲能、風儲一體化EMS。探討儲能EMS功能設計方案，包括有功和無功功率調節、一次調頻、虛擬慣量響應、智慧運維。

　　關鍵詞：新能源系統，能量管理系統，風電儲能。

　　0.引言

　　隨著以新能源為主體的新型電力系統建設加速，儲能在新型能源系統中的作用越來越重要，全球儲能市場快速增長。建設儲能型新能源電站首要任務是解決消納問題，在發電側通過提升調峰備用容量和電網友好性，促進電力系統對高比例新能源電量的消納。2021年7月，中國發改委、能源局明確表示，到2025年，除抽水蓄能外的儲能總裝機規模達到3000萬kW以上，對于場站的能量管理技術提出了更高的要求。

　　1.研究背景

　　儲能系統的特點。隨著風電、光伏等波動性可再生能源在電力系統中滲透率快速增加，加之今后風光要實現倍增、跨越式發展，風光消納、電力系統運行和管理將面臨愈加嚴峻的挑戰，因而*須在電源側、電網側、用戶側通過合理配置調峰和儲能設施等方式，持續提升電力系統靈活性，增加系統調節能力.

　　儲能技術一般基于電化學儲能形式為主，電化學儲能系統是以電池為核心的綜合能源控制系統。由電芯和能量管理系統（EMS）、電池管理系統（BMS）、儲能變流器（PCS）等部分組成。PCS可以控制儲能電池組的充電和放電過程，進行交直流的變換。BMS主要負責電池的監測、評估、保護及均衡等。

　　EMS是儲能系統的大腦，主要實現儲能系統（含儲能變流器、電池管理系統）的數據采集、監控和能量的安全優化調度，以滿足監控、能量調度、維護、產生報表等相關需求。

　　儲能EMS技術路線

　　（1）單機儲能EMS。單機儲能以電化學儲能為主，主要用于單機性能提升，單機運行品質改善等場景。

　　（2）集中儲能EMS。風電場集中式儲能針對不同儲能系統的運行特征和功率特性，充分發揮機械儲能的功率快速響應優勢、電化學儲能的高能量密度等優勢；通過同步感知技術，打通中控室場級控制器至儲能變流器直連通道，實現毫秒級高速通信；采用儲能設備*效協同控制策略，實現多元儲能系統的功率平滑穩定輸出，滿足電站對虛擬慣量、快速調頻調壓的快速響應能力，減少儲能設備的疲勞程度，提高整套儲能系統的并網友好性。

　　（3）風儲一體化EMS。基于成熟可靠的風電場功率控制技術和平臺，采用“風電+儲能"能量一體化控制技術，實現風儲平臺對儲能變流器的高速通信，實現風儲電站的穩定可靠的虛擬慣量響應、一次調頻、二次調頻、削峰填谷、快速無功調壓等功能，探索應用風儲電站的虛擬同步機技術，主動支撐電力系統轉動慣量，提高風儲聯合系統的經濟性。

　　圖1為儲能EMS控制系統架構。

3儲能EMS的功能設計

　　（1）有功功率調節。對儲能設備多場景應用的算法進行深入開發，結合儲能BMS系統的運行數據，對儲能PCS的調節特性進行精細化分類，沿用風機EMS的“雙PI+前饋+抗飽和積分"的控制策略，*大限度地發揮儲能的優異性能和運行特性。同時，EMS根據儲能所屬區域不同時間尺度的上網電價完成充電放電工作，以經濟*優為目標進行有功功率的控制。

　　（2）無功功率調節。自動接收調度主站系統下發的調節指令，在充分考慮各種約束條件后分析、計算出各儲能PCS無功出力目標值，并將調控命令下發至儲能系統。

　　（3）一次調頻。開發“新能源+儲能"頻率快速響應控制程序，實現新能源場站同常規電源一樣具備主動支撐電網的功能。

　　（4）虛擬慣量響應。依托電化學儲能毫秒級快速釋放、吸收有功功率的特性，以場站為單位為電網提供主動支撐，使新能源場站具備與傳統同步發電機類似的轉動慣量，從而增加電網的韌性，提升電力系統抗干擾能力。

　　（5）儲能系統智慧運維。根據多元混合儲能電站系統配置情況及生產管理系統、監控系統等系統的數據結構、數據類型、數據采集頻率，通過數據采集、結構區分，編寫數據標準化接入方案和數據存儲方案，進行數據的二次加工，剔除壞數據，建立多元混合儲能電站全景數據模型。*后在研究多類型信息互聯技術的基礎上，進行系統關鍵功能模塊開發，集成所有模塊形成多元混合儲能電站智慧化運維平臺，并部署于多元混合儲能電站。同時開發與平臺互聯的移動端App，提供可視化圖紙、維護視頻，實現電子工單運維，提高檢修效率。

　　4.Acrel-2000ES儲能柜能量管理系統

　　4.1系統概述

　　安科瑞儲能能量管理系統Acrel-2000ES，專門針對工商業儲能柜、儲能集裝箱研發的一款儲能EMS，具有完善的儲能監控與管理功能,涵蓋了儲能系統設備(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、可視化監控、報警管理、統計報表等功能。在*級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。

　　4.2系統結構

　　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。系統結構如下：

4.3系統功能

　　4.3.1實時監測

　　系統人機界面友好，能夠顯示儲能柜的運行狀態，實時監測PCS、BMS以及環境參數信息，如電參量、溫度、濕度等。實時顯示有關故障、告警、收益等信息。

4.3.2設備監控

　　系統能夠實時監測PCS、BMS、電表、空調、消防、除濕機等設備的運行狀態及運行模式。

　　PCS監控：滿足儲能變流器的參數與限值設置；運行模式設置；實現儲能變流器交直流側電壓、電流、功率及充放電量參數的采集與展示；實現PCS通訊狀態、啟停狀態、開關狀態、異常告警等狀態監測。

　　BMS監控：滿足電池管理系統的參數與限值設置；實現儲能電池的電芯、電池簇的溫度、電壓、電流的監測；實現電池充放電狀態、電壓、電流及溫度異常狀態的告警。

　　空調監控：滿足環境溫度的監測，可根據設置的閾值進行空調溫度的聯動調節，并實時監測空調的運行狀態及溫濕度數據，以曲線形式進行展示。

　　UPS監控：滿足UPS的運行狀態及相關電參量監測。

　　4.3.3曲線報表

　　系統能夠對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。

4.3.4策略配置

　　滿足儲能系統設備參數的配置、電價參數與時段的設置、控制策略的選擇。目前支持的控制策略包含計劃曲線、削峰填谷、需量控制等。

4.3.5實時報警

　　儲能能量管理系統具有實時告警功能，系統能夠對儲能充放電越限、溫度越限、設備故障或通信故障等事件發出告警。

4.3.6事件查詢統計

　　儲能能量管理系統能夠對遙信變位，溫濕度、電壓越限等事件記錄進行存儲和管理，方便用戶對系統事件和報警進行歷史追溯，查詢統計、事故分析。

4.3.7遙控操作

　　可以通過每個設備下面的紅色按鈕對PCS、風機、除濕機、空調控制器、照明等設備進行相應的控制，但是當設備未通信上時，控制按鈕會顯示無效狀態。

4.3.8用戶權限管理

　　儲能能量管理系統為保障系統安全穩定運行，設置了用戶權限管理功能。通過用戶權限管理能夠防止未經授權的操作（如遙控的操作，數據庫修改等）。可以定義不同級別用戶的登錄名、密碼及操作權限，為系統運行、維護、管理提供可靠的安全保障。

5.相關平臺部署硬件選型清單

　　6.結束語

　　風電制造商秉承“國之大者"的歷史使命，在做好風機主陣地的同時，**拓展儲能產品開發，加速推動以新能源為主體的新型電力系統構建，全力打造新能源高質量發展新、區域經濟社會高質量發展新引擎、國家能源轉型發展。

　　參考文獻

　　[1] 蔣留華.風電場儲能EMS系統的控制技術分析.國能聯合動力技術（赤峰）有限公司，內蒙古024005.

　　[2]汪正軍,趙冰.風電場儲能EMS系統的控制技術分析[J].電子技術,2023,52(07):70-71.

　　[3] 安科瑞企業微電網設計與應用手冊.2022.05版.