新型电力系统储能EMS在广西储能项目中的应用

摘要：文章从储能EMS系统架构和实现功能出发，分析了新型电力系统储能EMS的设计，并探讨了新型电力系统储能EMS在广西储能项目中的应用，旨在提升储能在新型电力系统中的管理效率，保障储能电站的安全管理。

关键词：独立储能；EMS；新型电力系统；电站管理
1.背景

新型电力系统是以确保能源电力安全为基本前提，以满足经济社会高质量发展的电力需求为首要目标，以高比例新能源供给消纳体系建设为主线任务，以源网荷储多向协同、灵活互动为有力支撑，以坚强、智能、柔性电网为平台，以技术创新和体制机制创新为基础能保障的新时代电力系统，是新型能源体系的重要组成部分和实现“双碳"目标的关键载体。
新型电力系统发展过程中，以压缩空气储能、电化学储能等日内调节为主的新型储能技术，依托“新能源+储能"电站、电网侧独立储能、用户侧储能削峰填谷、共享储能等模式，满足了新型电力系统日内调节需求。据国家能源局2024年1月25日新闻发布会相关内容显示，截2023年底，全国已建成投运新型储能项目累计装机规模达3139万kW/6687万kW·h，从投资规模来看，“十四五"以来，新增新型储能装机直接推动投资经济超1000亿元，带动产业链上下游进一步拓展，成为我国经济发展“新动能"。

能量管理系统（EMS）是电化学储能电站的决策设备，与BMS、PCS统称为“3S"系统，是储能电站监控系统站控层的设备。EMS通过计算机、网络和通信技术，实现电站内储能系统、变配电系统和辅助系统等设备的信息采集、监视、控制等功能。

不同应用场景、建设规模的储能电站EMS功能差别较大。用户侧储能电站以峰谷电价差套利为主，不接受电网的调度管理，EMS通过配置单台服务器即可实现监控和执行充放电策略等功能。新能源侧和电网侧大中型储能电站面临监控数据信息量大、调度管理系统复杂程度多样化需求，EMS一般需具备场站设备监控、调度控制、数据转发、电力交易等功能。

2.储能EMS系统架构和实现功能

2.1EMS系统架构

2.1.1用户侧工商业储能

EMS常采用微电网管理架构，将储能、光伏、负荷以以太网、RS485、4G等方式，接入到能源管理系统主站。

2.1.2独立储能

独立储能EMS系统架构更为复杂，不仅需要具备电网的调度接口，还需要满足源网荷储等多能互补的能量管理和监控功能。独立储能EMS系统架构如图1所示。

2.2EMS功能实现

2.2.1用户侧工商业储能

用户侧工商业储能主要应用场景包括能量时移、需量管理、削峰填谷及参与电力交易，能够帮助用户节省电费，在平复用户负荷波动的同时实现套利。其功能包括数据采集处理与存储、系统监视、能量管理、计量计费、统计分析、操作与控制。此外，还可以整合功率基础分配、需求侧响应、防逆流控制、削峰填谷等功能。

2.2.2独立储能

独立储能的应用场景包括现货市场、调峰调频辅助服务、能量转移、无功支撑、新能源消纳等，对应的功能层次也更多，基础的独立储能功能包括数据可视化、运行监控、报警、分时分区控制，进阶的功能包括电力交易辅助决策、电站安全管理等。

图1独立储能EMS系统架构

3.新型电力系统储能EMS设计

独立储能容量较大，其运行会给新型电力系统带来较大的冲击，同时由于独立储能所包含的电池数量众多，控制难度大幅增加，对于电芯的安全运行要求也更为严苛。因此，文章以独立储能为研究对象，进行新型电力系统储能EMS设计开发。

传统的EMS存在无法适配电力市场体系改革的缺点，无法适配新型电力系统下复杂多场景的调度需求，也无法兼顾储能电站日益增加的电站安全运维要求。考虑到储能电站属于重资产投资，电站资产管理和全生命周期的资产价值计算若能纳入到储能EMS中，能使得储能项目的资产评估和风险评估更加清晰。

基于此，文章在传统储能EMS基础上，从三个角度对新型电力系统储能EMS进行设计。

3.1储能电站在不同电力市场规则和调度规则下的相应功能需求与适配性设计

通过研究不同区域和省份的电力市场规则和调度机制，总结各个市场调度对储能子站的控制需求，将复杂的功率基准信号和辅助服务功率信号进行分解、叠加和计算，终转换成标准控制指令，下发到储能电站对应单元执行，支持储能电站在不同电力市场中运营。

在多堆的储能电站场景，由于维护、分片调度等工况不同，各堆实时容量存在偏差。EMS功能上需考虑各堆充、放电功率分配功能，优化各堆实时充、放电功率，使各堆电池循环次数趋于平衡，在单次循环中实现储能电站充、放电量大化，提高储能电站收益。根据储能电站实际运营经验，EMS可考虑以下3种功率分配功能。

（1）手动分配。通过手动给定百分比的方式，实现各堆充、放电功率分配。

（2）平均分配。按电池堆数量、各堆实时平均分配充、放电功率。

（3）自动分配。根据各堆额定容量、SOC实时分配各堆放电功率，同时单堆所分配的功率大于堆额定功率时，设计再分配功能，实现储能电站调度功率大化响应。

3.2电站健康管理需求和功能开发

通过将大数据技术应用到电池系统中，一站式对储能电池进行数据收集、存储、处理和分析。研究储能电池和其他设备健康监控技术，建立电池健康管理模型，实现储能系统实时监测、预测和优化调控，并采用人工智能深度学习算法，实现监控和智能运维，定期进行电池安全AI健康评估，保障储能安全。

3.2.1电池SOX状态估计算法

基于深度学习的电池SOX状态估计算法，预测电池荷电状态SOC、健康状态SOH，实现监控和智能运维，保障电池安全和延长电池寿命。

3.2.2电池热失控中长期预测算法

利用深度学习时序异常检测算法，在多层次深度特征中捕获热失控表征量之间潜在的时序关联，预测未来较长一段时间电芯热失控风险。
3.2.3电芯故障异常检测算法
采用深度学习时序异常检测算法，对采集到的数据通过小波、傅里叶等数据变换，提取数据时域、频域特征工程；探寻电池内短路、析锂等故障和表征量之间的关系，建立分析预测模型，研发高性能和高精度的故障预测算法。

3.3电站资产全生命周期价值评估

本研究考虑未来储能项目市场环境，以保障电站投资收益为目标，基于电站采集数据对电站运行状态进行评价，并结合收益和成本，创新性的建立融合多源数据的电站资产全生命周期价值评估方法，对中广核新能源投资（深圳）有限公司现有及未来储能项目的资产价值评估提供重要依据。

4.新型电力系统储能EMS在广西储能项目中的应用情况

4.1多类型电站、多省份规则适配、调度响应和复杂AGC信号计算

储能电站可选择电站类型及参与的电力市场省份，根据省份配置市场选项供储能电站选择。根据储能电站可参与的电力市场类型，如电能量市场和辅助服务市场，基于电站参数获取智能交易策略，支持多个电力市场出力曲线叠加，生成策略生成申报功率建议和实时运行功率曲线，还可展示包括SOC情况和价格基准等重要的数据曲线。

4.2分区/块调度、分时复用和一储多用

可分区/分块和分时配置电站在电力市场中运行的模式，查看各个区块参与电力市场的情况。可选择手动配置和AI自动配置，支持点选各分区名称查看各分区配置情况，支持编辑修改各PCS分区。

（1）电站概况。包括电站额定容量、电站额定功率、本日可用容量和本日可用功率。

（2）充放电情况。包括电站SOC、当前可放电量、实时有功/无功功率、本日充/放电量和累计充/放电量等数据。

（3）调频里程。显示调频时刻里程。

（4）有功功率曲线。实际运行功率和本地计划功率运行曲线。

（5）电站分区运行情况。显示电站所配置各分区的运行模式、运行场景、受控PCS台数、额定容量占比、

当前可用PCS台数、可用容量占比、平均SOC、大可充/可放电量、有功/无功指令、实时有功/无功数据、AGC/AVC允许情况和AGC/AVC投入情况等。

4.3电池寿命RUL预测、安全故障和热失控中长期预警

基于储能电池和其他设备健康监控技术，建立电池健康管理模型，实现对储能系统的实时监测、预测和优化调控，实现高性和高可靠性的电池健康评估结果。

（1）电芯总览。展示当前整站电池SOC和SOH情况及大/小SOC/SOH数据及所在位置。

（2）电芯电压/温度。展示各堆平均电压（温度）、电压（温度）大/小的电芯编号及电压（温度）。

（3）电芯状态诊断。展示电芯SOH、RUL预测及电芯SOC预测，预测误差小于±5%。

（4）电芯故障诊断。支持热失控监控、电芯内短路等故障检测和展示，实现热失控前30min实现报警；检出率>92%，误报率<10%；电芯内短路等故障检出率>92%，误报率<10%；支持故障日历功能，统计和查看各月故障情况。

4.4电站功率分配

支持电站功率分配并优化，使得每个电池堆根据拟充放电功率进行输出后，终的SOC一致。电站功率分配情况总览支持展示当前电站各储能单元功率分配情况、当前状态、总功率、分配数量及分配方式。支持功率分配方式选择：自动分配、手动分配及平均分配。

4.5储能电站运行状态及资产评估
基于电站采集数据对电站运行状态进行评价，结合收益和成本建立融合多源数据的

电站资产全生命周期价值评估方法，对储能电站资产价值评估提供重要依据。

（1）电站基本信息：包括电站总投资金额、电站状态、规模、项目地址及电站投运时间等。

（2）电站运行情况：包括电站投运总天数、电站累计充/放电时长、电站累计充/放电量、参与电能量市场、辅助服务市场、调度响应次数、电站容量租赁情况、当前电站电池状态等。

（3）充放电概况：充放电量和充放电时长的展示。

考虑电池SOH、电站RTE、储能损耗率、实际可放电功率、实际可放电量、可用系数等多种指标，建立储能电站运行状态评价算法，实现电站运行状态的评价。

5.安科瑞Acrel-2000ES储能能量管理系统概述

5.1概述

安科瑞Acrel-2000ES储能能量管理系统，专门针对工商业储能柜、储能集装箱研发的一款储能EMS，具有完善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。

5.2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接入设备

Acrel-2000ES，具备多种接口，多种协议对接的能力，支持多种设备接入。

5.4系统功能

5.4.1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。

5.4.2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。

5.4.3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。

5.4.4策略配置

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。

5.4.5实时报警

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。

5.4.6事件查询统计

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。

5.4.7遥控操作

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。

5.4.8用户权限管理

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。

5.4.9安科瑞配套产品

6.结束语

文章在新型电力系统下独立储能快速发展的背景下，对独立储能EMS的系统平台进行了设计搭建，并通过广西独立储能项目的实践应用，验证了平台的可行性。

参考文献

[1]孙二平，孙亚茹，李海峰，普睿.新型电力系统储能EMS在广西储能项目中的应用

[2]郑瑞春，王焕忠，孙中兴，等.基于新型电力系统的电网储能控制方法研究[J].自动化技术与应用，2023，42（12）：29-33.
[3]安科瑞企业微电网设计与应用手册.2022.05