分布式儲能系統信息化技術的經濟性與政策協同解決方案

摘要：隨著風能、太陽能等新能源的快速發展，儲能系統在分布式發電系統中扮演著平衡能源供需、提供持續可靠電能和調節功率波動的重要角色，成為分布式發電系統中的關鍵組成部分，因而通過應用信息化技術以實現分布式儲能系統更高的自動化程度、智能化水平和運維效率已成為趨勢。介紹分布式儲能能量管理系統的需求、硬件拓撲結構、網絡拓撲結構以及其信息系統實現方式等，并重點闡述分布式儲能信息系統實現方式中的分布式儲能信息化總體架構、信息平臺接入系統、主要功能及平臺界面設計等。其中，信息平臺接入系統包括電池管理系統(BMS)、能量管理系統(EMS)、儲能逆變器(PCS)以及其他電氣設備，前三者與其他電氣設備在儲能系統中均發揮不同的作用，彼此相互寫作，實現對分布式儲能系統的監控、優化和控制。分布式儲能能量管理系統的主要功能包括數據采集與監測、遠程監控與操作、能量管理與優化、數據分析與預測、能源交易以及故障診斷與預警。分布式儲能信息化系統具有較高的可靠性和穩定性，能夠適應較為復雜的工業環境。但隨著信息化技術的廣泛應用，也帶來網絡安全和數據隱私等方面的挑戰。為了確保系統的安全性和數據的機密性，在分布式儲能系統建設時還應采取恰當的安全措施和隱私保護措施。

關鍵詞：分布式儲能；信息化技術；能量管理系統；電池管理系統；儲能逆變器；電氣設備；拓撲結構；信息平臺接入系統

0引言

儲能系統是智能電網系統、可再生能源高占比能源系統、能源互聯網系統的重要組成部分和關鍵支撐技術。隨著風能、太陽能等新能源的快速發展，儲能系統在智能電網中扮演著平衡能源供需、提供持續可靠電能和調節功率波動的重要角色，已成為分布式發電系統中不可或缺的關鍵組成部分。儲能系統管理是對儲能系統進行科學、有效及綜合的管理，其貫穿儲能系統的規劃、建設、運營和維護的各個階段，有利于實現儲能系統的高效運行和利用。儲能系統管理可以確保儲能系統實現滿足電力需求、提高能源利用效率、降低能源成本和減少碳排放等目標。

分布式儲能系統是儲能系統的主要類型，通常由多個小型儲能設備組成,包括鋰離子電池儲能設備、鈉硫電池儲能設備和液流電池儲能設備等。即分布式儲能為容量小且普遍靠近于負荷段的儲能配置形式，其功率一般介于幾千瓦至幾兆瓦之間，持續放電實際較短。每個小型儲能設備由電池組、逆變器、BMS、儲能控制器、監測和測量設備以及傳感器與保護裝置等組成。小型儲能設備分布在不同的地點，例如住宅、商業建筑和工業廠房等。分布式儲能系統的設備分布具有類型各異、規模不同、布置分散、數量眾多的特點，因此對于分布式儲能系統中的儲能設備的監控和管理而言面臨著巨大的挑戰，通過信息化技術的利用則可顯著提高效率。

分布式儲能系統的信息化技術是指利用工業以太網和CAN總線交互技術并對分布式儲能系統中各個儲能設備的關鍵參數和狀態進行實時在線數據監測,通過對電池狀態、電網連接、充放電、溫度及故障檢測與報警等關鍵參數的實時監測數據進行在線分析，及時了解系統運行情況，發現系統運行中異常或潛在的問題，采取措施進行調整和修復，并預測可能存在的隱患，為系統運行提供更精確的調整和優化。

1分布式儲能系統信息化管理

1.1管理需求

分布式儲能系統的主要業務需求通常包括管理跨區域的就地儲能系統、不同條件下能量儲存與釋放、能量存儲和平衡、峰值削減和負荷平滑、用戶用能的相互隔離、支持微電網等，具體需求如下：

(1)管理跨區域的就地儲能系統；

(2)針對各地儲能系統實施不同的策略模式，如峰谷模式、需量模式、平滑模式等，即分布式儲能系統可以在峰值電力需求時釋放儲存的能量，減輕電網的負荷壓力，平滑電力需求曲線;

(3)具有相關性的獨立儲能站可實現集中虛擬儲能站，統一管理、集中調配，即分布式儲能系統可儲存多余的電能，并在需要時釋放，以平衡供需之間的差異，提供持續和穩定的能源供應；

(4)可實現用戶間相互隔離，即用戶在自己的權限范圍內監控自己的儲能站；

(5)微電網的支持，即分布式儲能系統在微電網發揮關鍵作用，實現能源的分散和可再生能源的集成，提供可靠的電力供應

1.2能量管理拓撲系統

分布式儲能的硬件拓撲結構通常以能量管理系統作為儲能系統的核心，并通過與其他設備的接入而實現對儲能系統的控制和管理。分布式儲能系統的能量管理拓撲系統如圖1所示。

圖1分布式儲能系統的能量管理拓撲系統

能量管理拓撲系統由能量管理系統、電池管理系統、空調系統、集裝箱內相關設備組成，分述如下：

(1)能量管理系統。屬于整個分布式儲能系統的核心，主要用于監測、控制和管理儲能系統的運行，還可用于接收上級調度指令，并將控制指令下發至儲能逆變器進行功率控制。

(2)電池管理系統。用于監測和管理儲能系統中的電池組，主要在電池堆里涵括電池管理、電池控制單元。

(3)儲能逆變器。用于將儲存的電能轉換為交流電能供給用戶終端或電網，通過控制信號調節儲能逆變器的功率輸出以調控儲能系統的充放電過程，從而滿足用戶需求或實現電網調度。

(4)集裝箱內相關設備。除了上述硬件外，還有一些與儲能系統相關的設備，如消防、門禁、水浸等設備。此類設備可以通過傳感器實時監測集裝箱內的狀態，并通過能量管理系統進行監控和報警，保障儲能系統的安全性和可靠性。

1.3分布式儲能系統的功能

分布式儲能系統以服務器為控制核心，實時采集儲能電池狀態、充放電功率、電網電壓和頻率、負載需求、電池管理系統、儲能逆變器、環境等相關信息。系統包括以下功能：

(1)安裝消防傳感器、門禁傳感器、水浸傳感器等，系統實時監控可能的火災、入侵或漏水事件，確保儲能系統的安全性和可靠性。

(2)儲能云平臺是1個集中式的數據存儲和處理中心，用于管理、存儲和分析分布式儲能系統中的大量數據，提供數據的集中存儲、數據處理和分析、遠程監控和控制等功能。

(3)用戶終端使用分布式云平臺的如電腦、手機、平板等終端用戶設備，用戶通過終端設備與與云平臺進行交互、訪問數據、查看分析結果等。

儲能云平臺功能示意如圖2所示。

圖2儲能云平臺功能示意

2儲能信息化系統管理的實現方式

2.1分布式儲能信息化總體架構

分布式儲能信息化架構如圖3所示。分布式儲能信息化平臺的主要功能包括監控分布式儲能設備或系統的運行狀態、執行需求響應業務、管理儲能檔案信息數據和業務數據。此外，該系統還利用門戶系統提供信息訪問服務。在系統設計時，需要采用平臺化和模塊化思維，以確保系統具備兼容性和可擴展性的特點。

分布式儲能信息化平臺是由設備層、通訊層、控制層及平臺服務層組合而成，通過各層級的組合實現信息化平臺的業務需求。

設備層是分布式儲能系統的基礎，是實現分布式儲能系統功能和運行的關鍵部分。各種組成系統的具體設備和部件包括儲能電站及配套、儲能場站、光儲充電站、以及各儲能電站配到的傳感器、儲能逆變器、換流器、電表等。

通訊層是為了確保系統中的各個組件能夠相互通信、協調工作，并實現整體的優化和管理。通訊層通常包括通訊協議、數采儀、控制指令傳遞、網絡拓撲與路由等。

圖3分布式儲能信息化架構

微電網控制層是分布式儲能系統中的核心層級，負責協調和控制各設備的運行，并用于實現對系統的整體調度和控制。微電網控制層主要實現能量管理與調度、頻率和電壓控制、運行模式切換、故障監測和管理及數據采集與分析。通過對能量、頻率、電壓等參數的監測和控制，實現對系統的整體調度和優化。該控制層具備智能化和自適應能力，根據實際需求和運行情況，靈活調整和控制儲能系統的運行，實現能源的高效利用與系統的穩定性。

平臺服務層具有用于提供系統管理、數據處理和應用服務等功能，具體應包括儲能調度與能量管理、預測與優化、響應市場需求、遠程監測和運維、用戶接口與服務、數據安全等。

2.2信息平臺接入系統

在分布式儲能信息系統中，需要接入電池管理系統(BMS)、能量管理系統(EMS)、儲能逆變器(PCS)以及其他電氣設備。儲能系統工作模式如圖4所示，電池組將狀態信息傳遞給BMS,BMS與EMS和PCS進行數據共享。EMS根據優化和調度決策向PCS和BMS發送控制指令，以完成對單體電池／電池組的充放電等操作。

圖4儲能系統工作模式

2.2.1儲能電池管理系統

儲能電池管理系統(BMS)是用于監控和管理電池的關鍵系統，負責實時采集電池的電壓、電流和溫度等數據，并進行遠程監控。BMS具備能量均衡功能，調整電池組內各電池模塊的狀態及提高系統的放電時間。BMS分為電池模塊采集管理系統(BGMS)、節點電池管理系統2個主要模塊，前者負責數據采集、能量均衡和通信功能，后者主要用于計算SOC、產生報警數據和控制充放電策略。

通過優化BMS功能和性能，實現對電池的全面監控和精確管理，提高系統的安全性和穩定性。遠程監控和數據分析可進一步優化電池的使用效率和壽命，提升電站的運行效果。

2.2.2能量管理系統

能量管理系統(EMS)用于對能源系統的監測、控制和優化，是整個儲能系統中極為重要的核心，主要包括數據采集和監測、能量調度與優化、能源控制與自動化、故障診斷與維護和數據分析與決策支持等模塊。EMS的主要目標為最大限度地提高能源效率、降低能源消耗和運營成本，同時確保能源供應的穩定性和可靠性。

2.2.3儲能逆變器

儲能逆變器(PCS)為在儲能系統與電網之間實現電能雙向流動的核心部件，用作控制電池的充電和放電過程并進行直流的交換。PCS的設計和性能對儲能系統的效率、可靠性和穩定性至關重要，在儲能系統中起到能量轉換和功率控制的關鍵作用，確保儲能系統能高效地存儲和釋放電能，從而滿足電網調度和負載需求。

2.3分布式儲能能量管理系統功能

分布式儲能能量管理系統功能主要包括數據采集與監測、遠程監控與遠程操作、能量管理與優化、數據分析與預測、能源交易、故障診斷與預警。

2.3.1數據采集與監測

實時采集和監測儲能系統關鍵參數，如電池輸出功率、儲能系統的充放電狀態、電池健康狀況等。通過傳感器和監測設備可獲取系統運行數據，并將其傳輸至數據中心或遠程監控平臺。

2.3.2遠程監控與遠程操作

相關運維人員可以通過網絡連接到儲能系統，實時監測系統的運行狀態，同時進行遠程調試和故障處理，即可對系統進行遠程監控與操作，從而大幅提升運維效率和響應速度。

2.3.3能量管理與優化

分布式儲能能量管理系統通過分析能源需求和生產情況，實現能量儲存的優化，提高能量利用效率并降低能源成本。同時，針對能量管理系統監測和響應負荷的變化，通過有效的能量調度以實現負荷平衡。根據不同時間段和負荷需求，靈活調度分布式儲能系統的能量輸出，從而滿足供電需求并降低負荷峰值。

2.3.4數據分析與預測

分布式儲能能量管理系統可以進行數據分析和預測，根據歷史數據和算法模型，預測未來的能源需求和生產情況。通過數據分析和預測，優化儲能系統的能量調度和管理策略，以提高系統的經濟性和可持續發展。

2.3.5能源交易

分布式儲能能量管理系統可以使儲能系統參與能源市場的能量交易，即可根據市場價格和需求，參與電力交易并進行能量買賣，以實現經濟效益和能源市場的參與。

2.3.6故障診斷與預警

信息化技術可用于對系統的故障診斷和預警，通過實時分析系統數據，識別潛在的故障風險并及時發出報警。故障診斷與預警有助于提前采取措施以防止故障的發生，或及時處理故障以減少系統停機時間。

3實施案例

分布式儲能技術的出現為新能源發展提供強有力的支持，儲能也在向著智能化集成化的方向發展。在當前的電力系統中，新型儲能已具備一定規模并在不斷拓展應用領域，已成為電力系統規劃、運行中不可或缺的元素。因此，完善系統規劃和加強管理新型儲能為目前確保電力系統的穩定性、可持續性和靈活性的關鍵任務，因而針對信息化技術在分布式儲能系統控制和管理中的應用案例進行詳細闡述，可為能源管理者能夠更好地掌握儲能系統的運行情況并做出相應的調整和優化提供方法。

目前，江蘇電網中的分布式儲能系統累計幾十余處，規模達到百兆瓦級，呈現分散接入、無序自主運行的態勢，且呈愈演愈烈的趨勢，不僅未能起到很好的電網支撐作用，反而對電網造成一定程度的沖擊,急需將信息化建設用于分布式儲能的管理。目前，該分布式儲能信息化平臺系統已在張家港微電網項目、上海浦東等地實際使用，并在實際使用中根據具體項目情況對系統進行定制化業務功能上的調整。

4Acrel-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。在高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。

4.3.9安科瑞配套產品

5結論

(1)信息化技術在分布式儲能系統的控制和管理中發揮著重要的作用，即分布式儲能系統通過應用信息化技術可實現更高的自動化程度、智能化水平和運維效率。

(2)結合分布式儲能能量管理系統的需求、硬件拓撲結構、網絡拓撲結構以及其信息系統實現方式等，通過分布式儲能信息化總體架構、信息平臺接入系統、主要功能及平臺界面設計，指出信息平臺接入系統包括電池管理系統(BMS)、能量管理系統(EMS)、儲能逆變器(PCS)與其他電氣設備在儲能系統中均發揮不同的作用，彼此相互寫作，實現對分布式儲能系統的監控、優化和控制，因而分布式儲能信息化系統具有較高的可靠性和穩定性，能夠適應較為復雜的工業環境。

(3)隨著信息化技術的廣泛應用，也帶來網絡安全和數據隱私等方面的巨大挑戰，因而為了確保分布式儲能信息化系統建設的安全性和數據的機密性，須對儲能信息化系統采取恰當的安全措施和隱私保護措施。