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摘 要:提出一種預(yù)制艙式儲(chǔ)能系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案,將主要的儲(chǔ)能、變流設(shè)備及二次監(jiān)控設(shè)備集成于標(biāo)準(zhǔn)集裝箱內(nèi)。通過合理的分區(qū)和布局,該方案具有集成化程度高、占地面積小、運(yùn)輸安裝便利等優(yōu)點(diǎn),適用于市區(qū)內(nèi)電動(dòng)公交車充電站。設(shè)計(jì)了智能監(jiān)控系統(tǒng),對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)運(yùn)行、環(huán)境、安防進(jìn)行集中監(jiān)控,保障了系統(tǒng)的安全高效運(yùn)行。
關(guān)鍵詞:電動(dòng)公交車充電站;儲(chǔ)能系統(tǒng);預(yù)制艙;智能監(jiān)控
0引言
相比于傳統(tǒng)燃油公交車,電動(dòng)公交車以電代油,具有低噪音、低能耗等優(yōu)勢。隨著、車載電機(jī)等相關(guān)技術(shù)的不斷發(fā)展,電動(dòng)公交車在國內(nèi)乃至范圍內(nèi)逐步推廣應(yīng)用。動(dòng)力電池是電動(dòng)公交車的重要部件之一,其壽命及性能影響著車輛的正常營運(yùn)。為保障車輛正常行駛并具備一定的應(yīng)急能力和安全裕量,根據(jù)國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),當(dāng)電池容量衰減至80%以下時(shí)即無法繼續(xù)應(yīng)用于交通工具,需進(jìn)行回收處理。根據(jù)目前電池技術(shù)及電動(dòng)公交車營運(yùn)經(jīng)驗(yàn),動(dòng)力電池在3~5年后便不適合在電動(dòng)公交車上使用,但可繼續(xù)應(yīng)用于其它場合。通過充電站內(nèi)新建儲(chǔ)能系統(tǒng),可平抑多臺(tái)快充樁同時(shí)使用對(duì)配電線路帶來的功率沖擊,并利用電價(jià)峰谷價(jià)差節(jié)約站用電成本,是提高退役動(dòng)力電池利用率、降低充電站運(yùn)營成本、提升充電站內(nèi)供電可靠性的有效手段。傳統(tǒng)儲(chǔ)能系統(tǒng)均采用戶內(nèi)設(shè)備,需在充電站生產(chǎn)綜合用房內(nèi)專門設(shè)置儲(chǔ)能單元室,以布置儲(chǔ)能系統(tǒng)一次設(shè)備(包括電池、匯流箱、變流器等);儲(chǔ)能系統(tǒng)二次控制屏柜布置于充電站生產(chǎn)綜合用房二次設(shè)備室內(nèi),其集成化、模塊化程度較低,運(yùn)輸、施工難度較大。此類儲(chǔ)能系統(tǒng)僅適用于規(guī)模較大、建設(shè)有生產(chǎn)綜合用房的大型公交充電站。對(duì)于規(guī)模較小、因采用戶外設(shè)備而未建設(shè)生產(chǎn)綜合用房的充電站,新建此類儲(chǔ)能系統(tǒng)的土建施工量較大,且對(duì)場地、進(jìn)出通道要求較高,難以推廣應(yīng)用。本文提出了一種應(yīng)用于電動(dòng)公交車充電站內(nèi)的預(yù)制艙式儲(chǔ)能系統(tǒng),該系統(tǒng)采用模塊化建設(shè)思路,將儲(chǔ)能單元、變流設(shè)備以及二次監(jiān)控系統(tǒng)集成于標(biāo)準(zhǔn)集裝箱內(nèi),克服傳統(tǒng)儲(chǔ)能系統(tǒng)占地大、建設(shè)困難的缺點(diǎn),且便于運(yùn)輸和現(xiàn)場安裝,具備更好的經(jīng)濟(jì)效益和應(yīng)用前景。
1.典型接入方式與運(yùn)行模式
儲(chǔ)能系統(tǒng)接入充電站內(nèi)380V母線,接受充電站內(nèi)監(jiān)控系統(tǒng)的控制,電動(dòng)公交充電站內(nèi)接線方式如圖1所示。在電動(dòng)公交車充電站內(nèi),儲(chǔ)能系統(tǒng)典型運(yùn)行模式包括以下兩種。
(1)并網(wǎng)運(yùn)行模式:當(dāng)電價(jià)處于谷時(shí),儲(chǔ)能系統(tǒng)吸收電能并存儲(chǔ);當(dāng)電價(jià)為峰且站內(nèi)有車輛進(jìn)行充電時(shí),儲(chǔ)能系統(tǒng)通過380V母線為充電樁供電,通過峰谷價(jià)差提升充電站經(jīng)濟(jì)效益。
(2)離網(wǎng)運(yùn)行模式:當(dāng)充電站10kV進(jìn)線因故退出運(yùn)行而造成全站失電時(shí),由儲(chǔ)能系統(tǒng)提供應(yīng)急電源,為充電站內(nèi)應(yīng)急用電負(fù)荷及部分充電樁供電,保障充電站正常運(yùn)行;當(dāng)充電站10kV進(jìn)線恢復(fù)供電后,再由儲(chǔ)能系統(tǒng)存儲(chǔ)所需電能。以儲(chǔ)能系統(tǒng)作為“熱備用”,提高充電站運(yùn)行可靠性。
2.總體結(jié)構(gòu)
儲(chǔ)能系統(tǒng)由一次部分和二次部分共同構(gòu)成,實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)能量存儲(chǔ)、變換、運(yùn)行環(huán)境監(jiān)控等功能,其總體結(jié)構(gòu)如圖2所示。
儲(chǔ)能系統(tǒng)一次部分主要由雙向變流器(pcs)、直流匯流箱、電池柜等主要設(shè)備組成。雙向pcs實(shí)現(xiàn)交直流電能轉(zhuǎn)換,連接儲(chǔ)能系統(tǒng)直流部分與充電站內(nèi)交流部分,可根據(jù)控制系統(tǒng)下發(fā)的指令,改變功率流向,實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能系統(tǒng)充電/放電。直流匯流箱內(nèi)設(shè)直流母線和熔斷器,聯(lián)接雙向pcs和電池柜,實(shí)現(xiàn)電能的匯集和分配,當(dāng)某個(gè)電池柜發(fā)生短路故障時(shí),短路電流使熔斷器斷開,切除故障設(shè)備,保護(hù)整個(gè)儲(chǔ)能系統(tǒng)。電池柜主體由多個(gè)電池組串并聯(lián)而成,電池柜容量及數(shù)量由儲(chǔ)能系統(tǒng)總?cè)萘繘Q定。每個(gè)電池柜內(nèi)設(shè)電池管理系統(tǒng)(bms)和均衡/采集模塊,實(shí)現(xiàn)電池組動(dòng)態(tài)檢測和組間均衡。
儲(chǔ)能系統(tǒng)二次部分由智能控制系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)控設(shè)備及電池柜內(nèi)bms組成。智能控制系統(tǒng)由多臺(tái)服務(wù)器及相關(guān)后臺(tái)軟件組成,安裝在一面屏柜內(nèi),具有人機(jī)交互界面。智能控制系統(tǒng)為儲(chǔ)能系統(tǒng)的核心控制器,執(zhí)行充電站控制系統(tǒng)下發(fā)的指令,實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能系統(tǒng)輸出/接收電能控制,并對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)內(nèi)部運(yùn)行環(huán)境進(jìn)行監(jiān)控。
3.布置方案
儲(chǔ)能系統(tǒng)采用標(biāo)準(zhǔn)集裝箱式安裝方案,根據(jù)儲(chǔ)能系統(tǒng)電池容量的不同,采取不同規(guī)格的集裝箱。對(duì)于容量在800kW·h以下的儲(chǔ)能系統(tǒng),采用20英尺標(biāo)準(zhǔn)集裝箱;對(duì)于800-1500kW·h的儲(chǔ)能系統(tǒng),采用40英尺標(biāo)準(zhǔn)集裝箱;對(duì)于容量大于1500kW·h的儲(chǔ)能系統(tǒng),采用40英尺超高集裝箱。標(biāo)準(zhǔn)集裝箱內(nèi)進(jìn)行分區(qū)布置,根據(jù)設(shè)備功能和運(yùn)行特性將一次、二次設(shè)備布置于不同區(qū)域,便于運(yùn)維人員操作和檢修。集裝箱底部為電纜夾層,作為電氣設(shè)備一次、二次電纜的主要通道;集裝箱主體分為電池室和控制室兩部分。
(1)電池室:電池柜及匯流箱等主要一次設(shè)備安裝在電池室內(nèi)。電池柜內(nèi)安裝的電池組由退役電動(dòng)公交車動(dòng)力電池構(gòu)成。根據(jù)常用電動(dòng)公交車動(dòng)力電池的一般參數(shù)估算,每電池柜容量約為40~60kW·h,電池柜尺寸為600mm×500mm×1200mm(長×寬×高),采用雙列布置的方式放置于電池室兩側(cè)。兩列電池柜中間預(yù)留檢修通道,便于運(yùn)行人員日常巡檢及故障設(shè)備搬運(yùn)。匯流箱與電池柜并排,布置在電池室內(nèi)靠近控制室的一側(cè),以便于匯流箱與雙向pcs之間的接線。蓄電池、匯流箱與雙向pcs之間的一次電纜,連接至智能控制屏柜的二次電纜均引下至電纜夾層后敷設(shè)。除濕空調(diào)、感煙探測器、視頻監(jiān)控槍機(jī)等環(huán)境監(jiān)控設(shè)備布置在集裝箱頂部,其電源電纜和控制電纜穿pvc管后沿集裝箱壁敷設(shè),連接至智能控制屏柜相應(yīng)接口。
(2)控制室:控制室內(nèi)并排布置雙向pcs和智能控制屏柜。智能控制屏柜內(nèi)安裝多臺(tái)組屏式服務(wù)器,運(yùn)行智能控制屏柜相關(guān)軟件,且集成顯示屏,通過人機(jī)交互界面展示儲(chǔ)能系統(tǒng)運(yùn)行情況及溫度、濕度等集裝箱內(nèi)環(huán)境狀況。顯示屏面向檢修通道方向,以方便運(yùn)維人員觀察和操作。設(shè)備一次、二次電纜敷設(shè)方式同電池室;環(huán)境監(jiān)控設(shè)備布
置方式同電池室。
為方便運(yùn)維人員巡檢,在朝向檢修道路的方向開設(shè)巡視小門,便于人員在日常維護(hù)時(shí)進(jìn)入電池室或控制室查看設(shè)備運(yùn)行情況。同時(shí)在集裝箱兩側(cè)窄邊設(shè)置檢修大門,當(dāng)電池室或控制室內(nèi)電氣設(shè)備出現(xiàn)故障需要更換時(shí),通過小室內(nèi)預(yù)留的檢修通道和檢修大門移出故障設(shè)備。正常工作時(shí)檢修大門保持閉鎖狀態(tài),人員由巡視小門出入。布置方案如圖3所示。
4.智能控制系統(tǒng)
智能控制系統(tǒng)由控制屏柜及環(huán)境監(jiān)控傳感器共同構(gòu)成。智能控制屏柜為儲(chǔ)能系統(tǒng)的核心控制器,安裝有服務(wù)器、后臺(tái)軟件和人機(jī)交互界面。智能控制屏柜通過控制總線,接收每個(gè)電池柜內(nèi)電池管理系統(tǒng)上傳的運(yùn)行數(shù)據(jù),對(duì)電池柜進(jìn)行監(jiān)控;同時(shí)接收來自充電站監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行指令,生成控制策略發(fā)送至雙向pcs,實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能系統(tǒng)輸出/接收電能控制。
智能控制屏柜通過布置于集裝箱內(nèi)的各類環(huán)境監(jiān)控傳感器,對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測和調(diào)節(jié),并把運(yùn)行數(shù)據(jù)及環(huán)境數(shù)據(jù)上傳至充電站監(jiān)控系統(tǒng)以便于運(yùn)行人員實(shí)時(shí)觀察。智能控制系統(tǒng)主要包括如下功能。
(1)溫度監(jiān)控。通過除濕空調(diào)內(nèi)置溫度傳感器檢測預(yù)制艙內(nèi)溫度,當(dāng)艙內(nèi)溫度高于30℃或低于0℃時(shí),智能監(jiān)控系統(tǒng)啟動(dòng)除濕空調(diào)制冷或制熱功能;當(dāng)艙內(nèi)溫度高于50℃或低于-10℃時(shí),除開啟空調(diào)制冷或制熱功能外,智能監(jiān)控系統(tǒng)還下發(fā)指令停止雙向pcs運(yùn)行,斷開電池柜內(nèi)斷路器,并向充電站站內(nèi)監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)出高溫或者低溫報(bào)警。
(2)消防監(jiān)控。通過感煙探測器,對(duì)預(yù)制艙內(nèi)進(jìn)行消防監(jiān)控。當(dāng)探測到煙霧時(shí),智能監(jiān)控系統(tǒng)下發(fā)指令停止雙向pcs運(yùn)行,斷開電池柜內(nèi)斷路器,并向充電站站內(nèi)監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)出火災(zāi)報(bào)警。
(3)濕度監(jiān)控。通過除濕空調(diào)內(nèi)濕度傳感器檢測預(yù)制艙內(nèi)濕度,當(dāng)艙內(nèi)濕度超過50%時(shí)啟動(dòng)除濕空調(diào)通風(fēng)除濕功能。
(4)安防監(jiān)控。將預(yù)制艙內(nèi)視頻監(jiān)控槍機(jī)拍攝內(nèi)容存儲(chǔ)至后臺(tái),當(dāng)充電站站內(nèi)監(jiān)控系統(tǒng)下發(fā)調(diào)用指令時(shí),將視頻數(shù)據(jù)上傳至站內(nèi)監(jiān)控系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)操作人員遠(yuǎn)方查看。
5.安科瑞Acrel-2000ES儲(chǔ)能能量管理系統(tǒng)概述
5.1概述
安科瑞Acrel-2000ES儲(chǔ)能能量管理系統(tǒng),專門針對(duì)工商業(yè)儲(chǔ)能柜、儲(chǔ)能集裝箱研發(fā)的一款儲(chǔ)能EMS,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。在高級(jí)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、防逆流等控制功能。
5.2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
Acrel-2000ES,可通過直采或者通過通訊管理或串口服務(wù)器將儲(chǔ)能柜或者儲(chǔ)能集裝箱內(nèi)部的設(shè)備接入系統(tǒng)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下:
5.3接入設(shè)備
Acrel-2000ES,具備多種接口,多種協(xié)議對(duì)接的能力,支持多種設(shè)備接入。
5.4系統(tǒng)功能
5.4.1實(shí)時(shí)監(jiān)測
系統(tǒng)人機(jī)界面友好,能夠顯示儲(chǔ)能柜的運(yùn)行狀態(tài),實(shí)時(shí)監(jiān)測 PCS、BMS 以及環(huán)境參數(shù)信息,如電參量、溫度、濕度等。實(shí)時(shí)顯示有關(guān)故障、告警、收益等信息。
5.4.2設(shè)備監(jiān)控
系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測 PCS、BMS、電表、空調(diào)、消防、除濕機(jī)等設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)及運(yùn)行模式。
PCS 監(jiān)控:滿足儲(chǔ)能變流器的參數(shù)與限值設(shè)置;運(yùn)行模式設(shè)置;實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能變流器交直流側(cè) 電壓、電流、功率及充放電量參數(shù)的采集與展示;實(shí)現(xiàn) PCS 通訊狀態(tài)、啟停狀態(tài)、開關(guān)狀態(tài)、 異常告警等狀態(tài)監(jiān)測。
BMS 監(jiān)控:滿足電池管理系統(tǒng)的參數(shù)與限值設(shè)置;實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能電池的電芯、電池簇的溫度、
電壓、電流的監(jiān)測;實(shí)現(xiàn)電池充放電狀態(tài)、電壓、電流及溫度異常狀態(tài)的告警。