淺談風(fēng)儲(chǔ)電池能量管理系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)及測(cè)試分析

安科瑞 陳聰

摘要：主要對(duì)10kW/20kWh風(fēng)儲(chǔ)鋰電池的能量管理系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)共包括2部分：儲(chǔ)能管理單元和電池管理單元。其中的儲(chǔ)能管理單元不僅可控制電池儲(chǔ)能系統(tǒng)充電和放電、還可監(jiān)測(cè)其狀態(tài)并對(duì)所收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析；電池管理單元可通過監(jiān)測(cè)電池的溫度和電壓等對(duì)電池進(jìn)行實(shí)時(shí)保護(hù)和均壓控制，通過這2個(gè)系統(tǒng)的相互協(xié)調(diào)可對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)的充放電過程進(jìn)行安全動(dòng)態(tài)管理。通過實(shí)驗(yàn)對(duì)所設(shè)計(jì)系統(tǒng)的有效性進(jìn)行驗(yàn)證，從而為鋰電池儲(chǔ)能系統(tǒng)在工程中的應(yīng)用奠定一定的基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：儲(chǔ)能管理；電池管理；均壓控制

0引言

由于風(fēng)能的間歇性、隨機(jī)性及不可預(yù)測(cè)性，使得風(fēng)電的并網(wǎng)對(duì)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定及安全有一定的威脅，這在一定程度上限制了對(duì)風(fēng)能的有效利用。由于電池儲(chǔ)能技術(shù)可使風(fēng)電功率實(shí)現(xiàn)時(shí)空的轉(zhuǎn)移，所以該技術(shù)是提高風(fēng)電并網(wǎng)能力的有效手段，而一套可靠又安全的能量管理系統(tǒng)對(duì)電池儲(chǔ)能技術(shù)是至關(guān)重要的，通過該系統(tǒng)可對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)等，同時(shí)還可實(shí)現(xiàn)對(duì)蓄電池的實(shí)時(shí)保護(hù)等。目前，大規(guī)模的電池儲(chǔ)能技術(shù)在我國還處于發(fā)展階段，相關(guān)能量管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)仍需進(jìn)一步的探索。

1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

風(fēng)-儲(chǔ)聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的組成主要包括發(fā)電機(jī)組、電網(wǎng)及BESS(電池儲(chǔ)能系統(tǒng))等，風(fēng)-儲(chǔ)聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的運(yùn)行圖如圖1所示。電網(wǎng)根據(jù)自身需求和調(diào)度周期內(nèi)風(fēng)電的出力大小向ESMU(儲(chǔ)能管理單元)發(fā)送指令，在每個(gè)控制周期內(nèi)ESMU會(huì)根據(jù)所得信息向變流器的控制系統(tǒng)發(fā)送充放電指令，即通過調(diào)節(jié)儲(chǔ)能電池充電功率的值對(duì)BESS(電池儲(chǔ)能系統(tǒng))的工作狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，根據(jù)充放電的功率和鋰電池的荷電狀態(tài)(簡(jiǎn)稱SOC)對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)的充放電功率進(jìn)行調(diào)整，從而提高系統(tǒng)的安全性。

圖一風(fēng)-儲(chǔ)聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的運(yùn)行圖

2能量管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 ESMU設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)的ESMU主要包括控制、通信、監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)管理四個(gè)模塊，如圖2所示。通信模塊的設(shè)計(jì)主要基于Modbus協(xié)議，通信介質(zhì)為串口線，與變流器之間的數(shù)據(jù)通信的建立通過RS-485接口，通信介質(zhì)為基于Modbus_TCP協(xié)議的網(wǎng)線，與電池之間的數(shù)據(jù)通信主要通過RJ-45接口建立。

通過通信模塊可以與BESS中的某些部分實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，但所使用的數(shù)據(jù)均為符合Modbus應(yīng)用協(xié)議的報(bào)文，這不利于實(shí)現(xiàn)人機(jī)之間的交互。通過控制與監(jiān)測(cè)模塊可很好地實(shí)現(xiàn)人機(jī)之間的交互，完成對(duì)交互指令的翻譯和通信的報(bào)文，同時(shí)通過與通信模塊之間的配合可對(duì)BESS的狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)和控制?？刂颇K還可對(duì)變流器的工作時(shí)間、工作模式等進(jìn)行設(shè)定，監(jiān)測(cè)模塊可對(duì)電池的電流、電壓及溫度等狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視，同時(shí)還可動(dòng)態(tài)監(jiān)視變流器的交直流側(cè)的電流、電壓、功率等。

通過監(jiān)控和通信模塊可對(duì)BESS的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制，但無法保存其運(yùn)行時(shí)的數(shù)據(jù)，同時(shí)無法對(duì)其工作性能進(jìn)行分析。通過數(shù)據(jù)管理模塊可將ESMU的狀態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和控制指令信息實(shí)時(shí)導(dǎo)入，同時(shí)可實(shí)時(shí)地分析BESS的工作性能?？煽康臄?shù)據(jù)基礎(chǔ)是實(shí)現(xiàn)對(duì)BESS數(shù)據(jù)管理和分析的前提，本文的ESMU以SQLserver為基礎(chǔ)建立了實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)庫用于對(duì)所監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)。本文所建立的數(shù)據(jù)庫中共包括電池信息表、變流器信息表、指令信息表、調(diào)度功率信息表4個(gè)父表，每個(gè)父表中還包括各子表的屬性信息，父表下屬的4個(gè)子表分別記錄電池的狀態(tài)、變流器狀態(tài)、控制指令的數(shù)據(jù)和調(diào)度功率的數(shù)據(jù)。

2.2 BMU設(shè)計(jì)

電池組中的每箱電池配備一套用于采集每節(jié)電池電流、溫度、電壓等信息的子能量管理單元，子能量管理單元負(fù)責(zé)將所采集到的信息發(fā)送到主控管理單元，從而將信息傳至ESMU。圖3所示為BMU工作原理的示意圖。

BMU將所得的電池信息與電壓、溫度的預(yù)設(shè)值相比較，當(dāng)總電壓或單體電壓或溫度等高于告警值時(shí)，BMU將發(fā)出警告信號(hào)，當(dāng)總電壓或單體電壓或溫度等高于保護(hù)值時(shí)，BMU內(nèi)的接觸器將會(huì)被觸發(fā)，電池停止工作。

3能量管理系統(tǒng)各功能的實(shí)現(xiàn)

3.1 ESMU功能實(shí)現(xiàn)

ESMU中主要包括監(jiān)測(cè)、控制、數(shù)據(jù)管理3個(gè)主界面，通過這3個(gè)主界面可以實(shí)現(xiàn)對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)的狀態(tài)監(jiān)測(cè)、充放電控制及數(shù)據(jù)管理。

ESMU控制主要由4部分組成。可以對(duì)BESS的控制模式進(jìn)行設(shè)置，主要包括恒流、恒功率、恒壓充/放電及自定義充放電7種模式，自定義充放電模式以所導(dǎo)入的調(diào)度指令功率為依據(jù)控制BESS，同時(shí)通過調(diào)整BESS的充放電功率來滿足相應(yīng)的約束條件，避免電池充放電過度；可以對(duì)電流、功率及充放電的時(shí)間進(jìn)行設(shè)置；也可以用于顯示系統(tǒng)時(shí)間；以及對(duì)電池及變流器運(yùn)行時(shí)的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。

ESMU的監(jiān)測(cè)共包括2部分?？梢杂糜陲@示變流器的相關(guān)信息，如電壓、交直流側(cè)電流及故障信息等；也可以用于顯示電池的單體電壓、荷電狀態(tài)及故障信息等。

ESMU數(shù)據(jù)管理主要包括4部分。主要用于導(dǎo)入調(diào)度功率等，對(duì)充放電的電流、電壓等進(jìn)行選擇；對(duì)查看的時(shí)間段進(jìn)行設(shè)置；用于顯示所查看的結(jié)果；用于導(dǎo)出結(jié)果。

3.2 BMU功能實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)的壽命受電池電壓的影響很大，本研究中對(duì)每箱電池均進(jìn)行均勻控制。均勻控制的過程為，對(duì)箱體內(nèi)每節(jié)電池的電壓進(jìn)行定時(shí)監(jiān)測(cè)，當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)行充電時(shí)，如果箱體中單節(jié)電池的電壓與箱體中電池電壓的平均值相差20mV以上時(shí)，啟動(dòng)均衡電路，此時(shí)單體電池中電壓值較高的會(huì)向整箱電池放電，直至箱體中電壓的平均值與其端電壓的差值小于20mV；若二者之間的差值小于20mV時(shí)，則不啟動(dòng)均衡電路。

當(dāng)系統(tǒng)放電時(shí)，與充電時(shí)所采用策略類似，圖4所示為控制的具體方法。較大放電與充電均衡的電流均為10A。

電池組充電時(shí)，當(dāng)電池組的總電壓大于690V或單體電壓值大于3.60V時(shí)，BMU會(huì)發(fā)出告警信號(hào)；當(dāng)電池組的總電壓大于700V或單體電壓值大于3.65V時(shí)，BMU會(huì)向電池組與變流器間的斷路器發(fā)出相應(yīng)信號(hào)，斷開變流器與電池組之間的連接，同時(shí)停止對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)的充電。電池組放電時(shí)，當(dāng)電池組的總電壓大于550V或單體電壓值大于2.90V時(shí)，BMU會(huì)發(fā)出告警信號(hào)；當(dāng)電池組的總電壓大于520V或單體電壓值大于2.70V時(shí)，BMU會(huì)向電池組與變流器間的斷路器發(fā)出相應(yīng)信號(hào)，斷開變流器與電池組之間的連接，同時(shí)停止對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)的放電。當(dāng)單節(jié)電池的溫度小于15℃或大于35℃時(shí)，BMU會(huì)發(fā)出告警信號(hào)；當(dāng)單節(jié)電池的溫度小于10℃或大于40℃時(shí)，BMU內(nèi)的接觸器會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)動(dòng)作，停止充放電。

4安科瑞Acrel-2000ES儲(chǔ)能能量管理系統(tǒng)解決方案

4.1概述

安科瑞Acrel-2000ES儲(chǔ)能能量管理系統(tǒng)具有完善的儲(chǔ)能監(jiān)控與管理功能，涵蓋了儲(chǔ)能系統(tǒng)設(shè)備(PCS、BMS、電表、消防、空調(diào)等)的詳細(xì)信息，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)查詢與分析、可視化監(jiān)控、報(bào)警管理、統(tǒng)計(jì)報(bào)表等功能。在應(yīng)用上支持能量調(diào)度，具備計(jì)劃曲線、削峰填谷、需量控制、備用電源等控制功能。系統(tǒng)對(duì)電池組性能進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及歷史數(shù)據(jù)分析、根據(jù)分析結(jié)果采用智能化的分配策略對(duì)電池組進(jìn)行充放電控制，優(yōu)化了電池性能，提高電池壽命。系統(tǒng)支持Windows操作系統(tǒng)，數(shù)據(jù)庫采用SQLServer。本系統(tǒng)既可以用于儲(chǔ)能一體柜，也可以用于儲(chǔ)能集裝箱，是專門用于儲(chǔ)能設(shè)備管理的一套軟件系統(tǒng)平臺(tái)。

4.2適用場(chǎng)合

系統(tǒng)可應(yīng)用于城市、高速公路、工業(yè)園區(qū)、工商業(yè)區(qū)、居民區(qū)、智能建筑、海島、無電地區(qū)可再生能源系統(tǒng)監(jiān)控和能量管理需求。

工商業(yè)儲(chǔ)能四大應(yīng)用場(chǎng)景

1）工廠與商場(chǎng)：工廠與商場(chǎng)用電習(xí)慣明顯，安裝儲(chǔ)能以進(jìn)行削峰填谷、需量管理，能夠降低用電成本，并充當(dāng)后備電源應(yīng)急；

2）光儲(chǔ)充電站：光伏自發(fā)自用、供給電動(dòng)車充電站能源，儲(chǔ)能平抑大功率充電站對(duì)于電網(wǎng)的沖擊；

3）微電網(wǎng)：微電網(wǎng)具備可并網(wǎng)或離網(wǎng)運(yùn)行的靈活性，以工業(yè)園區(qū)微網(wǎng)、海島微網(wǎng)、偏遠(yuǎn)地區(qū)微網(wǎng)為主，儲(chǔ)能起到平衡發(fā)電供應(yīng)與用電負(fù)荷的作用；

4）新型應(yīng)用場(chǎng)景：工商業(yè)儲(chǔ)能探索融合發(fā)展新場(chǎng)景，已出現(xiàn)在5G基站、換電重卡、港口岸電等眾多應(yīng)用場(chǎng)景。

4.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

4.4系統(tǒng)功能

4.4.1實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)

微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)人機(jī)界面友好，應(yīng)能夠以系統(tǒng)一次電氣圖的形式直觀顯示各電氣回路的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各回路電壓、電流、功率、功率因數(shù)等電參數(shù)信息，動(dòng)態(tài)監(jiān)視各回路斷路器、隔離開關(guān)等合、分閘狀態(tài)及有關(guān)故障、告警等信號(hào)。其中，各子系統(tǒng)回路電參量主要有：三相電流、三相電壓、總有功功率、總無功功率、總功率因數(shù)、頻率和正向有功電能累計(jì)值；狀態(tài)參數(shù)主要有：開關(guān)狀態(tài)、斷路器故障脫扣告警等。

系統(tǒng)應(yīng)可以對(duì)分布式電源、儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行發(fā)電管理，使管理人員實(shí)時(shí)掌握發(fā)電單元的出力信息、收益信息、儲(chǔ)能荷電狀態(tài)及發(fā)電單元與儲(chǔ)能單元運(yùn)行功率設(shè)置等。

系統(tǒng)應(yīng)可以對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行狀態(tài)管理，能夠根據(jù)儲(chǔ)能系統(tǒng)的荷電狀態(tài)進(jìn)行及時(shí)告警，并支持定期的電池維護(hù)。

微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)界面包括系統(tǒng)主界面，包含微電網(wǎng)光伏、風(fēng)電、儲(chǔ)能、充電樁及總體負(fù)荷組成情況，包括收益信息、天氣信息、節(jié)能減排信息、功率信息、電量信息、電壓電流情況等。根據(jù)不同的需求，也可將充電，儲(chǔ)能及光伏系統(tǒng)信息進(jìn)行顯示。

圖2系統(tǒng)主界面

子界面主要包括系統(tǒng)主接線圖、光伏信息、風(fēng)電信息、儲(chǔ)能信息、充電樁信息、通訊狀況及一些統(tǒng)計(jì)列表等。

光伏界面

圖3光伏系統(tǒng)界面

本界面用來展示對(duì)光伏系統(tǒng)信息，主要包括逆變器直流側(cè)、交流側(cè)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)及報(bào)警、逆變器及電站發(fā)電量統(tǒng)計(jì)及分析、并網(wǎng)柜電力監(jiān)測(cè)及發(fā)電量統(tǒng)計(jì)、電站發(fā)電量年有效利用小時(shí)數(shù)統(tǒng)計(jì)、發(fā)電收益統(tǒng)計(jì)、碳減排統(tǒng)計(jì)、輻照度/風(fēng)力/環(huán)境溫濕度監(jiān)測(cè)、發(fā)電功率模擬及效率分析；同時(shí)對(duì)系統(tǒng)的總功率、電壓電流及各個(gè)逆變器的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行展示。

儲(chǔ)能界面

圖4儲(chǔ)能系統(tǒng)界面

本界面主要用來展示本系統(tǒng)的儲(chǔ)能裝機(jī)容量、儲(chǔ)能當(dāng)前充放電量、收益、SOC變化曲線以及電量變化曲線。

圖5儲(chǔ)能系統(tǒng)PCS參數(shù)設(shè)置界面

本界面主要用來展示對(duì)PCS的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，包括開關(guān)機(jī)、運(yùn)行模式、功率設(shè)定以及電壓、電流的限值。

圖6儲(chǔ)能系統(tǒng)BMS參數(shù)設(shè)置界面

本界面用來展示對(duì)BMS的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，主要包括電芯電壓、溫度保護(hù)限值、電池組電壓、電流、溫度限值等。

圖7儲(chǔ)能系統(tǒng)PCS電網(wǎng)側(cè)數(shù)據(jù)界面

本界面用來展示對(duì)PCS電網(wǎng)側(cè)數(shù)據(jù)，主要包括相電壓、電流、功率、頻率、功率因數(shù)等。

圖8儲(chǔ)能系統(tǒng)PCS交流側(cè)數(shù)據(jù)界面

本界面用來展示對(duì)PCS交流側(cè)數(shù)據(jù)，主要包括相電壓、電流、功率、頻率、功率因數(shù)、溫度值等。同時(shí)針對(duì)交流側(cè)的異常信息進(jìn)行告警。

圖9儲(chǔ)能系統(tǒng)PCS直流側(cè)數(shù)據(jù)界面

本界面用來展示對(duì)PCS直流側(cè)數(shù)據(jù)，主要包括電壓、電流、功率、電量等。同時(shí)針對(duì)直流側(cè)的異常信息進(jìn)行告警。

圖10儲(chǔ)能系統(tǒng)PCS狀態(tài)界面

本界面用來展示對(duì)PCS狀態(tài)信息，主要包括通訊狀態(tài)、運(yùn)行狀態(tài)、STS運(yùn)行狀態(tài)及STS故障告警等。

圖11儲(chǔ)能電池狀態(tài)界面

本界面用來展示對(duì)BMS狀態(tài)信息，主要包括儲(chǔ)能電池的運(yùn)行狀態(tài)、系統(tǒng)信息、數(shù)據(jù)信息以及告警信息等，同時(shí)展示當(dāng)前儲(chǔ)能電池的SOC信息。

圖12儲(chǔ)能電池簇運(yùn)行數(shù)據(jù)界面

本界面用來展示對(duì)電池簇信息，主要包括儲(chǔ)能各模組的電芯電壓與溫度，并展示當(dāng)前電芯的電壓、溫度值及所對(duì)應(yīng)的位置。

風(fēng)電界面

圖13風(fēng)電系統(tǒng)界面

本界面用來展示對(duì)風(fēng)電系統(tǒng)信息，主要包括逆變控制一體機(jī)直流側(cè)、交流側(cè)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)及報(bào)警、逆變器及電站發(fā)電量統(tǒng)計(jì)及分析、電站發(fā)電量年有效利用小時(shí)數(shù)統(tǒng)計(jì)、發(fā)電收益統(tǒng)計(jì)、碳減排統(tǒng)計(jì)、風(fēng)速/風(fēng)力/環(huán)境溫濕度監(jiān)測(cè)、發(fā)電功率模擬及效率分析；同時(shí)對(duì)系統(tǒng)的總功率、電壓電流及各個(gè)逆變器的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行展示。

充電樁界面

圖14充電樁界面

本界面用來展示對(duì)充電樁系統(tǒng)信息，主要包括充電樁用電總功率、交直流充電樁的功率、電量、電量費(fèi)用，變化曲線、各個(gè)充電樁的運(yùn)行數(shù)據(jù)等。

視頻監(jiān)控界面

圖15微電網(wǎng)視頻監(jiān)控界面

本界面主要展示系統(tǒng)所接入的視頻畫面，且通過不同的配置，實(shí)現(xiàn)預(yù)覽、回放、管理與控制等。

4.4.2發(fā)電預(yù)測(cè)

系統(tǒng)應(yīng)可以通過歷史發(fā)電數(shù)據(jù)、實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)、未來天氣預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)分布式發(fā)電進(jìn)行短期、超短期發(fā)電功率預(yù)測(cè)，并展示合格率及誤差分析。根據(jù)功率預(yù)測(cè)可進(jìn)行人工輸入或者自動(dòng)生成發(fā)電計(jì)劃，便于用戶對(duì)該系統(tǒng)新能源發(fā)電的集中管控。

圖16光伏預(yù)測(cè)界面

4.4.3策略配置

系統(tǒng)應(yīng)可以根據(jù)發(fā)電數(shù)據(jù)、儲(chǔ)能系統(tǒng)容量、負(fù)荷需求及分時(shí)電價(jià)信息，進(jìn)行系統(tǒng)運(yùn)行模式的設(shè)置及不同控制策略配置。如削峰填谷、周期計(jì)劃、需量控制、有序充電、動(dòng)態(tài)擴(kuò)容等。

圖17策略配置界面

4.4.4運(yùn)行報(bào)表

應(yīng)能查詢各子系統(tǒng)、回路或設(shè)備規(guī)定時(shí)間的運(yùn)行參數(shù)，報(bào)表中顯示電參量信息應(yīng)包括：各相電流、三相電壓、總功率因數(shù)、總有功功率、總無功功率、正向有功電能等。

圖18運(yùn)行報(bào)表

4.4.5實(shí)時(shí)報(bào)警

應(yīng)具有實(shí)時(shí)報(bào)警功能，系統(tǒng)能夠?qū)Ω髯酉到y(tǒng)中的逆變器、雙向變流器的啟動(dòng)和關(guān)閉等遙信變位，及設(shè)備內(nèi)部的保護(hù)動(dòng)作或事故跳閘時(shí)應(yīng)能發(fā)出告警，應(yīng)能實(shí)時(shí)顯示告警事件或跳閘事件，包括保護(hù)事件名稱、保護(hù)動(dòng)作時(shí)刻；并應(yīng)能以彈窗、聲音、短信和電話等形式通知相關(guān)人員。

圖19實(shí)時(shí)告警

4.4.6歷史事件查詢

應(yīng)能夠?qū)b信變位，保護(hù)動(dòng)作、事故跳閘，以及電壓、電流、功率、功率因數(shù)、電芯溫度（鋰離子電池）、壓力（液流電池）、光照、風(fēng)速、氣壓越限等事件記錄進(jìn)行存儲(chǔ)和管理，方便用戶對(duì)系統(tǒng)事件和報(bào)警進(jìn)行歷史追溯，查詢統(tǒng)計(jì)、事故分析。

圖20歷史事件查詢

4.4.7電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)

應(yīng)可以對(duì)整個(gè)微電網(wǎng)系統(tǒng)的電能質(zhì)量包括穩(wěn)態(tài)狀態(tài)和暫態(tài)狀態(tài)進(jìn)行持續(xù)監(jiān)測(cè)，使管理人員實(shí)時(shí)掌握供電系統(tǒng)電能質(zhì)量情況，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)和消除供電不穩(wěn)定因素。

1）在供電系統(tǒng)主界面上應(yīng)能實(shí)時(shí)顯示各電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)裝置通信狀態(tài)、各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的A/B/C相電壓總畸變率、三相電壓不平衡度和正序/負(fù)序/零序電壓值、三相電流不平衡度和正序/負(fù)序/零序電流值；

2）諧波分析功能：系統(tǒng)應(yīng)能實(shí)時(shí)顯示A/B/C三相電壓總諧波畸變率、A/B/C三相電流總諧波畸變率、奇次諧波電壓總畸變率、奇次諧波電流總畸變率、偶次諧波電壓總畸變率、偶次諧波電流總畸變率；應(yīng)能以柱狀圖展示2-63次諧波電壓含有率、2-63次諧波電壓含有率、0.5～63.5次間諧波電壓含有率、0.5～63.5次間諧波電流含有率；

3）電壓波動(dòng)與閃變：系統(tǒng)應(yīng)能顯示A/B/C三相電壓波動(dòng)值、A/B/C三相電壓短閃變值、A/B/C三相電壓長閃變值；應(yīng)能提供A/B/C三相電壓波動(dòng)曲線、短閃變曲線和長閃變曲線；應(yīng)能顯示電壓偏差與頻率偏差；

4）功率與電能計(jì)量：系統(tǒng)應(yīng)能顯示A/B/C三相有功功率、無功功率和視在功率；應(yīng)能顯示三相總有功功率、總無功功率、總視在功率和總功率因素；應(yīng)能提供有功負(fù)荷曲線，包括日有功負(fù)荷曲線（折線型）和年有功負(fù)荷曲線（折線型）；

5）電壓暫態(tài)監(jiān)測(cè)：在電能質(zhì)量暫態(tài)事件如電壓暫升、電壓暫降、短時(shí)中斷發(fā)生時(shí)，系統(tǒng)應(yīng)能產(chǎn)生告警，事件能以彈窗、閃爍、聲音、短信、電話等形式通知相關(guān)人員；系統(tǒng)應(yīng)能查看相應(yīng)暫態(tài)事件發(fā)生前后的波形。

6）電能質(zhì)量數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)：系統(tǒng)應(yīng)能顯示1min統(tǒng)計(jì)整2h存儲(chǔ)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，包括均值、95%概率值、方均根值。

7）事件記錄查看功能：事件記錄應(yīng)包含事件名稱、狀態(tài)（動(dòng)作或返回）、波形號(hào)、越限值、故障持續(xù)時(shí)間、事件發(fā)生的時(shí)間。

圖21微電網(wǎng)系統(tǒng)電能質(zhì)量界面

4.4.8遙控功能

應(yīng)可以對(duì)整個(gè)微電網(wǎng)系統(tǒng)范圍內(nèi)的設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程遙控操作。系統(tǒng)維護(hù)人員可以通過管理系統(tǒng)的主界面完成遙控操作，并遵循遙控預(yù)置、遙控返校、遙控執(zhí)行的操作順序，可以及時(shí)執(zhí)行調(diào)度系統(tǒng)或站內(nèi)相應(yīng)的操作命令。

圖22遙控功能

4.4.9曲線查詢

應(yīng)可在曲線查詢界面，可以直接查看各電參量曲線，包括三相電流、三相電壓、有功功率、無功功率、功率因數(shù)、SOC、SOH、充放電量變化等曲線。

圖23曲線查詢

4.4.10統(tǒng)計(jì)報(bào)表

具備定時(shí)抄表匯總統(tǒng)計(jì)功能，用戶可以自由查詢自系統(tǒng)正常運(yùn)行以來任意時(shí)間段內(nèi)各配電節(jié)點(diǎn)的用電情況，即該節(jié)點(diǎn)進(jìn)線用電量與各分支回路消耗電量的統(tǒng)計(jì)分析報(bào)表。對(duì)微電網(wǎng)與外部系統(tǒng)間電能量交換進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析；對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行的節(jié)能、收益等分析；具備對(duì)微電網(wǎng)供電可靠性分析，包括年停電時(shí)間、年停電次數(shù)等分析；具備對(duì)并網(wǎng)型微電網(wǎng)的并網(wǎng)點(diǎn)進(jìn)行電能質(zhì)量分析。

圖24統(tǒng)計(jì)報(bào)表

4.4.11網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

系統(tǒng)支持實(shí)時(shí)監(jiān)視接入系統(tǒng)的各設(shè)備的通信狀態(tài)，能夠完整的顯示整個(gè)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；可在線診斷設(shè)備通信狀態(tài)，發(fā)生網(wǎng)絡(luò)異常時(shí)能自動(dòng)在界面上顯示故障設(shè)備或元件及其故障部位。

圖25微電網(wǎng)系統(tǒng)拓?fù)浣缑?/span>

本界面主要展示微電網(wǎng)系統(tǒng)拓?fù)?，包括系統(tǒng)的組成內(nèi)容、電網(wǎng)連接方式、斷路器、表計(jì)等信息。

4.4.12通信管理

可以對(duì)整個(gè)微電網(wǎng)系統(tǒng)范圍內(nèi)的設(shè)備通信情況進(jìn)行管理、控制、數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。系統(tǒng)維護(hù)人員可以通過管理系統(tǒng)的主程序右鍵打開通信管理程序，然后選擇通信控制啟動(dòng)所有端口或某個(gè)端口，快速查看某設(shè)備的通信和數(shù)據(jù)情況。通信應(yīng)支持ModbusRTU、ModbusTCP、CDT、IEC60870-5-101、IEC60870-5-103、IEC60870-5-104、MQTT等通信規(guī)約。

圖26通信管理

4.4.13用戶權(quán)限管理

應(yīng)具備設(shè)置用戶權(quán)限管理功能。通過用戶權(quán)限管理能夠防止未經(jīng)授權(quán)的操作（如遙控操作，運(yùn)行參數(shù)修改等）?？梢远x不同級(jí)別用戶的登錄名、密碼及操作權(quán)限，為系統(tǒng)運(yùn)行、維護(hù)、管理提供可靠的安全保障。

圖27用戶權(quán)限

4.4.14故障錄波

應(yīng)可以在系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，自動(dòng)準(zhǔn)確地記錄故障前、后過程的各相關(guān)電氣量的變化情況，通過對(duì)這些電氣量的分析、比較，對(duì)分析處理事故、判斷保護(hù)是否正確動(dòng)作、提高電力系統(tǒng)安全運(yùn)行水平有著重要作用。其中故障錄波共可記錄16條，每條錄波可觸發(fā)6段錄波，每次錄波可記錄故障前8個(gè)周波、故障后4個(gè)周波波形，總錄波時(shí)間共計(jì)46s。每個(gè)采樣點(diǎn)錄波至少包含12個(gè)模擬量、10個(gè)開關(guān)量波形。

圖28故障錄波

4.4.15事故追憶

可以自動(dòng)記錄事故時(shí)刻前后一段時(shí)間的所有實(shí)時(shí)掃描數(shù)據(jù)，包括開關(guān)位置、保護(hù)動(dòng)作狀態(tài)、遙測(cè)量等，形成事故分析的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

用戶可自定義事故追憶的啟動(dòng)事件，當(dāng)每個(gè)事件發(fā)生時(shí)，存儲(chǔ)事故前*個(gè)掃描周期及事故后10個(gè)掃描周期的有關(guān)點(diǎn)數(shù)據(jù)。啟動(dòng)事件和監(jiān)視的數(shù)據(jù)點(diǎn)可由用戶規(guī)定和隨意修改。

圖29事故追憶

4.5系統(tǒng)硬件配置清單

5結(jié)　論

在設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)風(fēng)儲(chǔ)電池能量管理系統(tǒng)的過程中,除了著眼于基本的控制策略功能實(shí)現(xiàn)以外,還需對(duì)其他影響系統(tǒng)可用性的因素加以關(guān)注。為避免電池、PCS、BMS、EMS、溫控系統(tǒng)和消防系統(tǒng)的能量損耗導(dǎo)致儲(chǔ)能系統(tǒng)的能量持續(xù)降低,在風(fēng)儲(chǔ)能量管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中需要對(duì)上述損耗加以補(bǔ)償,選擇性功率偏置可以起到良好的效果。通過該系統(tǒng)可控制對(duì)電池的充放電、狀態(tài)監(jiān)測(cè)和運(yùn)行狀態(tài)、性能的分析，同時(shí)可對(duì)電池的溫度、電壓進(jìn)行實(shí)時(shí)保護(hù)及告警，從而保證系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定及安全。

參考文獻(xiàn):

[1]余福斌,魏濤,滕國棟,等.基于FPGA的鋰電池組能量管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電源技術(shù)，2015，39(9):1879-1881.

[2]劉建偉,尹虎臣,韓民曉,等.靜止伏安發(fā)生裝置中的鋰電池充放電控制[J].大功率變流技術(shù),2011(4):75-80.

[3]吉小鵬,金強(qiáng),喬峰,等.海島微網(wǎng)能量管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].中南大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2013,S1:420-424.

[4]馬榮華，趙嵩，魏鑫.風(fēng)儲(chǔ)電池能量管理系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn)分析.

[5]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè).2022年05版.