什么是EMS储能系统?

2023-07-04 11:56:27

什么是EMS(Energy Management System)?

说到储能,大众首先想到的就是电池,其好坏关系到能量转换效率、系统寿命和安全等重要方面,但储能要想作为一个系统发挥价值,其中作为“大脑”的核心构件---EMS(能量管理系统)作用同等重要。

EMS一方面直接负责储能系统的控制策略,而控制策略则影响系统内电池的衰减速率和循环寿命,从而决定储能的经济性;另一方面还监控系统运行中的故障异常,起到及时快速?;ど璞?、保障安全性的重要作用。如果说将储能系统比做人体,那么EMS则是人的大脑心智。大脑心智决定一个人从事什么工作,也决定人体合理的劳作休息,和发生意外时的自我?;?。

源网侧储能与工商业储能对EMS的不同诉求

由于储能行业初兴起是从大储开始,即电源侧与电网侧,因此储能EMS一开始就是在源网侧场景下设计实现的??悸堑皆赐嗟氖莘獗招?,以及电力系统SCADA的产品设计惯性,储能EMS被设计为:单机版、本地化。由于数据默认无法外传,所以需要电站本地配置运维班底,有人值守。加上源网侧相关的监控规范,EMS还需要配置相关硬件,包括不限于:工作站、打印机、故障录波器、远动机等。我们可以把这类储能EMS称为传统储能EMS。

那么传统EMS可以直接用在工商业储能吗?答案是:不能。因为场景不同,成本要求也不同。

工商业储能站点容量小、数量多、分散广、运维成本要求高,无法支持本地有人值守,势必要求远程运维监控。即安排区域级别的运维班组,借助数字化运维平台,对多个储能站进行系统性整体运维。数字化运维平台要求工商业储能电站的数据实时上云,且通过云边互动提升运维效率。传统EMS的本地化/单机版设计在这个场景下天然不匹配,因此工商业储能EMS需要新的产品设计。

工商业储能EMS的设计原则

根据上述的场景差异,工商业储能EMS需要如下设计原则:

01 全量接入

工商业储能虽然容量较小,但麻雀虽小,五脏俱全,EMS需要对接的设备依然众多:PCS、BMS、空调、电表、智能断路器、消防主机、各类传感器,指示灯等等,因此EMS首先需要兼容支持各种协议,将设备及其数据全量接入进来。尤其是设备告警信息的接入,需要做到实时。此处考验的是EMS的采集性能,为了实现相关?;?,EMS需做到1秒一次的采集。

02 云边一体

为了实现储能站端和云平台的数据双向流动,EMS在系统层实现云边一体的效果,即保障站端数据无损实时的上报到云平台,云平台的指令能安全实时地传递给站端。

云边一体的技术路线有很多种选择,但以实际运行效果为依归??悸堑胶芏喙ど桃荡⒛芡ü?G方式上网(不具备有线网络架设的条件),在通信中断时有发生的工况下,如何保障云边两侧的数据一致性,断点数据如何续传,中断信道如何快速自愈,云到边??厝绾伪U习踩缘瓤翁?,都是需要着重考虑的。

常见的技术路线是以当前主流的物联网协议(MQTT)链接云和边,但区别于光伏,楼宇能源等场景,储能由于电池巨量的数据采集传输,云到边的实时安全的??匦枨?,若使用此类技术路线,易捉襟见肘,无论和成本还是风险都非常高,需要谨慎选择。

因此新的技术路线开始出现,例如轻舟能科研发的Nova物联平台,包括分布式时序数据库,加密网络隧道等核心技术,用以解决数据全量秒级同步和数据压缩问题;云边通信金融级安全问题。旨在降低网络通信成本,服务器存储成本和电站安全运维风险。

03 拓展灵活

工商业储能容量从100kWh到几十MWh依据实际项目而定,并且在当前储能标准柜产品逐渐成为主流的趋势下,柜子如积木般拼接,实现不同能量诉求,则要求EMS需要有灵活的拓展能力,可以快速兼容不同数量的储能柜,实现不同数量级的设备对接,尤其是对PCS的对接和群控,从而能让项目快速建设交付,尽快投运。

04 策略智能

工商业储能以削峰填谷为主要应用场景,配合需量控制策略,防逆流?;さ仁迪种钊缍┤?,离网备电等目的。其中由于实地变压器数量,容量的差异,EMS在需量控制,防逆流?;ど铣鱿侄嘌男枨?,例如多个并网点下,对某些变压器做需量?;?,对总变压器做防逆流,需要再EMS里可以灵活配置,实现?;つ康?。

同时伴随近年来工商业光伏的火热,储能和光伏的配合在工商业端也逐渐增多,对储能的策略也提出了新的要求,例如储能需要根据光伏发电的情况,合理安排电池充放,以达成清洁能源使用,同时又要做到相关?;げ呗?。由于光伏发电的不确定性,负载的波动性,静态的储能策略很难满足此类场景,需要更动态的智能策略。

智能策略结合分时电价,光伏预测,负载波动,?;つ勘甑?,实时动态地制定充放策略,才能有效地达成全局的经济性,通过合理地使用电池,减少电池的过度衰减,保障储能自身的经济性。

EMS在储能系统安全上也需要相应的策略?;?,不仅针对设备告警及时的协调不同设备,有效地完成本地?;?,还需要基于相关算法预知风险,提前发出安全预警。

EMS主体功能

工商业储能EMS功能方面和传统储能EMS有相似的地方,也有差异,一般包括:

1、系统概况:展示当前储能系统的运行概况,包括:储能充放电量、实时功率、SOC、收益,能量图,多功率运行图等,作为监测的主页面。

2、设备监控:按设备查看各类设备,包括不限于PCS、BMS、空调、电表、智能断路器、消防主机、各类传感器等实时运行数据,并支持设备调控。

3、运行收益:展示储能的收益和电量信息,是业主关心的功能。

4、故障告警:汇总各类设备的故障告警,按时间,状态,等级等进行查询。

5、统计分析:查询设备的历史运行数据和相关报表,同时支持数据导出。

6、能量管理:EMS的核心功能,配置储能的策略,包括手动和自动等模式,满足调试,检修,日常运行,保养等场景需求。

7、系统管理:包括电站基本信息,设备管理,电价时段管理,操作日志,账号管理,语言切换等功能。

EMS评价金字塔

如上所述,EMS是储能的大脑,当我们选购储能时除了关注电池参数,还应该关注EMS功能和参数。我们该如何选购和评判EMS的优劣呢?一个EMS评价金字塔模型供参考:稳

金字塔的底座是根基:EMS是软硬一体的产品,没有稳定的硬件和软件,则其他都是空谈。

硬件方面我们关注质量,包括高低温运行,电磁兼容性,MTBF(无故障运行时间)等。

软件方面关注在云边通信的稳定和自愈性,软件的MTBF等。

建议选购经过多个项目验证的硬件以及大厂的供应,以获得稳定的产品和售后服务。

金字塔中层是连接:在调试和交付阶段,EMS需要提供南向接入功能,支持快速的设备管理和对接,展示页面定义配置,调试查错。在日常运维阶段,EMS需要提供安全实时的远程??毓δ?,以支撑日常的策略调整,设备启停,问题排查纠正,减少高成本的到场维保。同时EMS也能非常便利的接入地调等北向设备,实现储能的本地托管模式,融入到更多样的应用场景 。

金字塔上层是效用:智能的策略是能量管理的核心,AI和算法是EMS的核心竞争力。除了当前覆盖全面的工商业储能场景的策略,EMS更应该关注智能策略的实现,从而将风、光、储、充、柴等资产更好地在用电端打通,从而迎接绿电时代的到来。

智能的策略还应该具备自我迭代和升级的功能,随着储能的多年运行,根据电池参数,用能需求,算法可以不断进化,并给出分析报告,辅助电站运维决策。

更进一步的,智能还体现在储能风险的预警方面,结合云平台的强大算力,实现电池早期故障,设备隐患等进行识别和报警。从而提升电站寿命,保障电站安全。

结语

如同信息在网络中双向高速流动,成就了今天的互联网。

由于储能的双向特性,储能节点的存在让电能的双向高速流动和存储成为可能,我们才能从当前的中心化的电力系统走向未来的能源互联网。

源网荷储一体化、零碳园区、分布式微网、虚拟电厂等都将在能源互联网的的大网中成为一个个应用,造福社会和人民。

而工商业储能作为靠近用电端的储能节点,其重要性不言而喻。

工商业储能EMS就像这些节点的神经系统,是根植于节点内的信息元系统,一出生就注定是要开放互联的。

我们期待新能源汽车的L3L4级别的自动驾驶,我们也可以期待储能更高级别的自动运行。

结合中国储能产业和市场优势,随着AI的不断发展,工商业储能EMS也将不断升级迭代,我们的目标必将在不远的将来被一步步实现。


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