儲能科普(二)3S系統(tǒng)詳細介紹

上一期，小固分享了《儲能科普（一）電池基礎知識》， 本期小固分享儲能系統(tǒng)里的“3S系統(tǒng)”。

所謂“3S系統(tǒng)”指的就是儲能系統(tǒng)中核心的幾個部件：儲能變流器（PCS）、電池管理系統(tǒng)（BMS）和能量管理系統(tǒng)（EMS）。

儲能“3S系統(tǒng)”的運行邏輯是：電池組將狀態(tài)信息反饋給BMS，BMS將其共享給EMS和PCS；EMS根據(jù)優(yōu)化及調度決策將控制信息下發(fā)至PCS與BMS，控制儲能電池完成充放電等工作?！?S系統(tǒng)”緊密協(xié)作、通力配合，共同確保儲能系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、高效運行。

01

PCS（儲能變流器）

—

PCS即儲能變流器，是儲能系統(tǒng)與電網(wǎng)之間實現(xiàn)電能雙向流動的核心部件，負責控制電池的充電和放電過程，進行交直流的變換。

固德威PCS包括戶用混合型3-12kW（儲能電池系統(tǒng)電壓 48V）、戶用混合型6-30KW(儲能電池系統(tǒng)電壓＜1000V）、工商業(yè)型100-125kW（儲能電池系統(tǒng)電壓＜1000V）、地面型200-215kW（儲能電池系統(tǒng)電壓＜1500V）系列。

固德威相關PCS產(chǎn)品

固德威125kW PCS優(yōu)勢：① PCS具備快速響應能力，額定功率切換時間應不大于100ms（實際測試≤50ms）

② PCS應具備恒流、恒壓和恒功率三種充放電模式；

③ 當PCS在運行溫度范圍內工作于自供電模式且在PCS的工作溫度范圍內，額定功率下PCS充放電效率應不低于98.0%。（實測最大效率≥98.6%）

④ PCS能滿足在整流和逆變兩個過程中，儲能變流器交流側電流在110%額定電流下，持續(xù)運行能力。

02

BMS（電池管理系統(tǒng)）

—

電池管理系統(tǒng)（Battery Management System），主要功能對電池的基本參數(shù)進行測量，包括電壓、電流、溫度等，延長電池的使用壽命。同時計算分析電池的SOC（電池剩余容量）和SOH（電池健康狀態(tài)），進行電池充放電管理，防止電池出現(xiàn)過充電和過放電并及時上報異常信息。

電池管理系統(tǒng)（BMS）一般有兩種典型結構：兩級拓撲結構和三級拓撲結構，我司ESA 261kWh為兩層拓撲結構。

兩級拓撲結構圖 三級拓撲結構圖 （點圖片可放大）

| 底層：從控BMU，為單體電池管理層。

BMU（Battery Module Unit）由電池監(jiān)控芯片及其附屬電路構成，負責采集單體電池的各類信息，計算分析電池的SOC（電池剩余容量）和SOH（電池健康狀態(tài)），實現(xiàn)對單體電池的主動均衡，并將單體異常信息上傳給主控。

|中間層：主控BCU，為電池組管理層。

BCU（Battery Control Unit） 基于 BMU 提供的數(shù)據(jù)，執(zhí)行電池的控制策略。它能夠控制電池的充放電過程，包括充電電流和電壓的調節(jié)、放電截止電壓的設置等。同時，BCU 還負責電池組的均衡管理，以維持電池組內單體電池的一致性。

|上層：總控BAU，為電池簇管理層。

BAU（Battery Array Unit）對整個電池系統(tǒng)進行綜合管理和協(xié)調。它整合了 BMU 和 BCU 的功能，并具備更高級的功能，如故障診斷與預警、系統(tǒng)狀態(tài)評估等。BAU 負責系統(tǒng)內部的整體協(xié)調以及與EMS、PCS的外部信息交互，根據(jù)外部請求控制整個BMS系統(tǒng)的運行過程。

03

EMS（能量管理系統(tǒng)）

—

能源管理系統(tǒng)（Energy Management System）是一套集監(jiān)控、控制、分析和優(yōu)化于一體的軟硬件系統(tǒng)，專門用于能源系統(tǒng)的管理。EMS通過儲能系統(tǒng)設備(PCS、BMS、電表、消防、空調等)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析展示以及能量調度，控制整個儲能系統(tǒng)有序、穩(wěn)健運行。

EMS系統(tǒng)的主要構成

一般分為設備層、通訊層、信息層和應用層。其中：

① 設備層需要能量采集變換(PCS、BMS)做支撐；

② 通訊層主要包括鏈路、協(xié)議、傳輸?shù)龋?/p>

③ 信息層主要包括緩存中間件、數(shù)據(jù)庫、服務器 ；

④ 應用層表現(xiàn)形式包括APP、WEB等，為管理人員提供可視化的監(jiān)控與操作界面。如下：

EMS設計的一般要求

（1）全量接入：

EMS需要對接BMS、PCS、空調、消防、指示燈、各類傳感器等眾多設備，兼容支持各種協(xié)議，讓設備數(shù)據(jù)全量接入，為后續(xù)智能決策、調控提供數(shù)據(jù)支持，提升決策精準度。

（2）云邊一體：

為了實現(xiàn)儲能站端和云平臺的數(shù)據(jù)雙向流動，EMS必須在系統(tǒng)層實現(xiàn)云邊一體的效果，即保障站端數(shù)據(jù)無損實時的上報到云平臺，云平臺的指令能安全實時地傳遞給站端。

（3）拓展靈活：

工商業(yè)儲能容量從100kWh到幾十MWh依據(jù)實際項目而定，并且在當前儲能標準柜產(chǎn)品逐漸成為主流的趨勢下，柜子如積木般拼接，實現(xiàn)不同能量訴求，則要求EMS需要有靈活的拓展能力，可以快速兼容不同數(shù)量的儲能柜，實現(xiàn)不同數(shù)量級的設備對接，尤其是對PCS的對接和群控，從而能讓項目快速建設交付，盡快投運。

（4）策略智能：

工商業(yè)儲能以削峰填谷為主要應用場景，配合需量控制策略，防逆流保護等實現(xiàn)諸如動態(tài)擴容，離網(wǎng)備電等目的。其中由于實地變壓器數(shù)量，容量的差異，EMS在需量控制，防逆流保護上出現(xiàn)多樣的需求，例如多個并網(wǎng)點下，對某些變壓器做需量保護，對總變壓器做防逆流，需要在EMS里可以靈活配置，實現(xiàn)保護目的。

小結

—

在儲能系統(tǒng)中，BMS擔任感知角色，負責電池的監(jiān)測、評估、保護、均衡等，PCS擔任執(zhí)行角色，負責控制電池組的充放電過程、交直流變換等，EMS擔任決策角色，負責數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控、能量調度等，三者缺一不可。

以上是小固整理的關于“3S系統(tǒng)”的知識，供大家參考學習，如有疑問，歡迎評論區(qū)留言探討~下期我們著重講儲能系統(tǒng)的“熱管理技術”。