0引言

相比于傳統燃油公交車(chē)，電動(dòng)公交車(chē)以電代油，具有低噪音、低能耗等優(yōu)勢。隨著(zhù)電池、車(chē)載電機等相關(guān)技術(shù)的不斷發(fā)展，電動(dòng)公交車(chē)在國內乃至世界范圍內逐步推廣應用。動(dòng)力電池是電動(dòng)公交車(chē)的重要部件之一，其壽命及性能影響著(zhù)車(chē)輛的正常營(yíng)運。為保障車(chē)輛正常行駛并具備一定的應急能力和安全裕量，根據國家相關(guān)標準，當電池容量衰減至80％以下時(shí)即無(wú)法繼續應用于交通工具，需進(jìn)行回收處理。根據目前電池技術(shù)及電動(dòng)公交車(chē)營(yíng)運經(jīng)驗，動(dòng)力電池在3~5年后便不適合在電動(dòng)公交車(chē)上使用，但可繼續應用于其它場(chǎng)合。通過(guò)充電站內新建儲能系統，可平抑多臺快充樁同時(shí)使用對配電線(xiàn)路帶來(lái)的功率沖擊，并利用電價(jià)峰谷價(jià)差節約站用電成本，是提高退役動(dòng)力電池利用率、降低充電站運營(yíng)成本、提升充電站內供電可靠性的有效手段。傳統儲能系統均采用戶(hù)內設備，需在充電站生產(chǎn)綜合用房?jì)葘?zhuān)門(mén)設置儲能單元室，以布置儲能系統一次設備（包括電池、匯流箱、變流器等）；儲能系統二次控制屏柜布置于充電站生產(chǎn)綜合用房二次設備室內，其集成化、模塊化程度較低，運輸、施工難度較大。此類(lèi)儲能系統僅適用于規模較大、建設有生產(chǎn)綜合用房的大型公交充電站。對于規模較小、因采用戶(hù)外設備而未建設生產(chǎn)綜合用房的充電站，新建此類(lèi)儲能系統的土建施工量較大，且對場(chǎng)地、進(jìn)出通道要求較高，難以推廣應用。本文提出了一種應用于電動(dòng)公交車(chē)充電站內的預制艙式儲能系統，該系統采用模塊化建設思路，將儲能單元、變流設備以及二次監控系統集成于標準集裝箱內，克服傳統儲能系統占地大、建設困難的缺點(diǎn)，且便于運輸和現場(chǎng)安裝，具備更好的經(jīng)濟效益和應用前景。

1.典型接入方式與運行模式

儲能系統接入充電站內380V母線(xiàn)，接受充電站內監控系統的控制，電動(dòng)公交充電站內接線(xiàn)方式如圖１所示。在電動(dòng)公交車(chē)充電站內，儲能系統典型運行模式包括以下兩種。

(1)并網(wǎng)運行模式：當電價(jià)處于谷時(shí)，儲能系統吸收電能并存儲；當電價(jià)為峰且站內有車(chē)輛進(jìn)行充電時(shí)，儲能系統通過(guò)380V母線(xiàn)為充電樁供電，通過(guò)峰谷價(jià)差提升充電站經(jīng)濟效益。

(2)離網(wǎng)運行模式：當充電站10kV進(jìn)線(xiàn)因故退出運行而造成全站失電時(shí)，由儲能系統提供應急電源，為充電站內應急用電負荷及部分充電樁供電，保障充電站正常運行；當充電站10kV進(jìn)線(xiàn)恢復供電后，再由儲能系統存儲所需電能。以?xún)δ芟到y作為“熱備用"，提高充電站運行可靠性。

2.總體結構

儲能系統由一次部分和二次部分共同構成，實(shí)現系統能量存儲、變換、運行環(huán)境監控等功能，其總體結構如圖2所示。

儲能系統一次部分主要由雙向變流器（pcs）、直流匯流箱、電池柜等主要設備組成。雙向pcs實(shí)現交直流電能轉換，連接儲能系統直流部分與充電站內交流部分，可根據控制系統下發(fā)的指令，改變功率流向，實(shí)現儲能系統充電／放電。直流匯流箱內設直流母線(xiàn)和熔斷器，聯(lián)接雙向pcs和電池柜，實(shí)現電能的匯集和分配，當某個(gè)電池柜發(fā)生短路故障時(shí)，短路電流使熔斷器斷開(kāi)，切除故障設備，保護整個(gè)儲能系統。電池柜主體由多個(gè)電池組串并聯(lián)而成，電池柜容量及數量由儲能系統總容量決定。每個(gè)電池柜內設電池管理系統（bms）和均衡／采集模塊，實(shí)現電池組動(dòng)態(tài)檢測和組間均衡。

儲能系統二次部分由智能控制系統、環(huán)境監控設備及電池柜內bms組成。智能控制系統由多臺服務(wù)器及相關(guān)后臺軟件組成，安裝在一面屏柜內，具有人機交互界面。智能控制系統為儲能系統的核心控制器，執行充電站控制系統下發(fā)的指令，實(shí)現儲能系統輸出／接收電能控制，并對儲能系統內部運行環(huán)境進(jìn)行監控。

3.布置方案

儲能系統采用標準集裝箱式安裝方案，根據儲能系統電池容量的不同，采取不同規格的集裝箱。對于容量在800kW·ｈ以下的儲能系統，采用２０英尺標準集裝箱；對于800-1500kW·ｈ的儲能系統，采用４０英尺標準集裝箱；對于容量大于1500kW·ｈ的儲能系統，采用40英尺超高集裝箱。標準集裝箱內進(jìn)行分區布置，根據設備功能和運行特性將一次、二次設備布置于不同區域，便于運維人員操作和檢修。集裝箱底部為電纜夾層，作為電氣設備一次、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備安裝在電池室內。電池柜內安裝的電池組由退役電動(dòng)公交車(chē)動(dòng)力電池構成。根據常用電動(dòng)公交車(chē)動(dòng)力電池的一般參數估算，每電池柜容量約為40~60kW·ｈ，電池柜尺寸為600ｍｍ×500ｍｍ×1200ｍｍ（長(cháng)×寬×高），采用雙列布置的方式放置于電池室兩側。兩列電池柜中間預留檢修通道，便于運行人員日常巡檢及故障設備搬運。匯流箱與電池柜并排，布置在電池室內靠近控制室的一側，以便于匯流箱與雙向pcs之間的接線(xiàn)。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。除濕空調、感煙探測器、視頻監控槍機等環(huán)境監控設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，連接至智能控制屏柜相應接口。

（2）控制室：控制室內并排布置雙向pcs和智能控制屏柜。智能控制屏柜內安裝多臺組屏式服務(wù)器，運行智能控制屏柜相關(guān)軟件，且集成顯示屏，通過(guò)人機交互界面展示儲能系統運行情況及溫度、濕度等集裝箱內環(huán)境狀況。顯示屏面向檢修通道方向，以方便運維人員觀(guān)察和操作。設備一次、二次電纜敷設方式同電池室；環(huán)境監控設備布

置方式同電池室。

為方便運維人員巡檢，在朝向檢修道路的方向開(kāi)設巡視小門(mén)，便于人員在日常維護時(shí)進(jìn)入電池室或控制室查看設備運行情況。同時(shí)在集裝箱兩側窄邊設置檢修大門(mén)，當電池室或控制室內電氣設備出現故障需要更換時(shí)，通過(guò)小室內預留的檢修通道和檢修大門(mén)移出故障設備。正常工作時(shí)檢修大門(mén)保持閉鎖狀態(tài)，人員由巡視小門(mén)出入。布置方案如圖３所示。

4.智能控制系統

智能控制系統由控制屏柜及環(huán)境監控傳感器共同構成。智能控制屏柜為儲能系統的核心控制器，安裝有服務(wù)器、后臺軟件和人機交互界面。智能控制屏柜通過(guò)控制總線(xiàn)，接收每個(gè)電池柜內電池管理系統上傳的運行數據，對電池柜進(jìn)行監控；同時(shí)接收來(lái)自充電站監控系統的運行指令，生成控制策略發(fā)送至雙向pcs，實(shí)現儲能系統輸出／接收電能控制。

智能控制屏柜通過(guò)布置于集裝箱內的各類(lèi)環(huán)境監控傳感器，對儲能系統的運行環(huán)境進(jìn)行監測和調節，并把運行數據及環(huán)境數據上傳至充電站監控系統以便于運行人員實(shí)時(shí)觀(guān)察。智能控制系統主要包括如下功能。

（１）溫度監控。通過(guò)除濕空調內置溫度傳感器檢測預制艙內溫度，當艙內溫度高于30℃或低于0℃時(shí)，智能監控系統啟動(dòng)除濕空調制冷或制熱功能；當艙內溫度高于50℃或低于－10℃時(shí)，除開(kāi)啟空調制冷或制熱功能外，智能監控系統還下發(fā)指令停止雙向pcs運行，斷開(kāi)電池柜內斷路器，并向充電站站內監控系統發(fā)出高溫或者低溫報警。

（２）消防監控。通過(guò)感煙探測器，對預制艙內進(jìn)行消防監控。當探測到煙霧時(shí)，智能監控系統下發(fā)指令停止雙向pcs運行，斷開(kāi)電池柜內斷路器，并向充電站站內監控系統發(fā)出火災報警。

（３）濕度監控。通過(guò)除濕空調內濕度傳感器檢測預制艙內濕度，當艙內濕度超過(guò)50％時(shí)啟動(dòng)除濕空調通風(fēng)除濕功能。

（４）安防監控。將預制艙內視頻監控槍機拍攝內容存儲至后臺，當充電站站內監控系統下發(fā)調用指令時(shí)，將視頻數據上傳至站內監控系統，實(shí)現操作人員遠方查看。

5.安科瑞Acrel-2000ES儲能能量管理系統概述

5.1概述

安科瑞Acrel-2000ES儲能能量管理系統，專(zhuān)門(mén)針對工商業(yè)儲能柜、儲能集裝箱研發(fā)的一款儲能EMS，具有完善的儲能監控與管理功能,涵蓋了儲能系統設備(PCS、BMS、電表、消防、空調等)的詳細信息,實(shí)現了數據采集、數據處理、數據存儲、數據查詢(xún)與分析、可視化監控、報警管理、統計報表等功能。在高級應用上支持能量調度,具備計劃曲線(xiàn)、削峰填谷、需量控制、防逆流等控制功能。

5.2系統結構

Acrel-2000ES，可通過(guò)直采或者通過(guò)通訊管理或串口服務(wù)器將儲能柜或者儲能集裝箱內部的設備接入系統。系統結構如下：

5.3接入設備

Acrel-2000ES，具備多種接口，多種協(xié)議對接的能力，支持多種設備接入。

5.4系統功能

5.4.1實(shí)時(shí)監測

系統人機界面友好，能夠顯示儲能柜的運行狀態(tài)，實(shí)時(shí)監測 PCS、BMS 以及環(huán)境參數信息，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設備監控

系統能夠實(shí)時(shí)監測 PCS、BMS、電表、空調、消防、除濕機等設備的運行狀態(tài)及運行模式。

PCS 監控：滿(mǎn)足儲能變流器的參數與限值設置；運行模式設置；實(shí)現儲能變流器交直流側 電壓、電流、功率及充放電量參數的采集與展示；實(shí)現 PCS 通訊狀態(tài)、啟停狀態(tài)、開(kāi)關(guān)狀態(tài)、 異常告警等狀態(tài)監測。

BMS 監控：滿(mǎn)足電池管理系統的參數與限值設置；實(shí)現儲能電池的電芯、電池簇的溫度、

電壓、電流的監測；實(shí)現電池充放電狀態(tài)、電壓、電流及溫度異常狀態(tài)的告警。

空調監控：滿(mǎn)足環(huán)境溫度的監測，可根據設置的閾值進(jìn)行空調溫度的聯(lián)動(dòng)調節，并實(shí)時(shí)監測空調的運行狀態(tài)及溫濕度數據，以曲線(xiàn)形式進(jìn)行展示。

UPS 監控：滿(mǎn)足 UPS 的運行狀態(tài)及相關(guān)電參量監測。

5.4.3 曲線(xiàn)報表

系統能夠對 PCS 充放電功率曲線(xiàn)、SOC 變換曲線(xiàn)、及電壓、電流、溫度等歷史曲線(xiàn)的查詢(xún)與展示。

5.4.4策略配置

滿(mǎn)足儲能系統設備參數的配置、電價(jià)參數與時(shí)段的設置、控制策略的選擇。目前支持的控制策略包含計劃曲線(xiàn)、削峰填谷、需量控制等。

5.4.5實(shí)時(shí)報警

儲能能量管理系統具有實(shí)時(shí)告警功能，系統能夠對儲能充放電越限、溫度越限、設備故障或通信故障等事件發(fā)出告警。

5.4.6事件查詢(xún)統計

儲能能量管理系統能夠對遙信變位，溫濕度、電壓越限等事件記錄進(jìn)行存儲和管理，方便用戶(hù)對系統事件和報警進(jìn)行歷史追溯，查詢(xún)統計、事故分析。

5.4.7遙控操作

可以通過(guò)每個(gè)設備下面的紅色按鈕對 PCS、風(fēng)機、除濕機、空調控制器、照明等設備進(jìn)行相應的控制，但是當設備未通信上時(shí)，控制按鈕會(huì )顯示無(wú)效狀態(tài)。

5.4.8用戶(hù)權限管理

儲能能量管理系統為保障系統安全穩定運行，設置了用戶(hù)權限管理功能。通過(guò)用戶(hù)權限管理能夠防止未經(jīng)授權的操作（如遙控的操作，數據庫修改等）?？梢远x不同級別用戶(hù)的登錄名、密碼及操作權限，為系統運行、維護、管理提供可靠的安全保障。

5.4.9安科瑞配套產(chǎn)品

6 結語(yǔ)

本文研究了一種適用于電動(dòng)公交車(chē)充電站的預制艙式儲能系統。不同于傳統的儲能系統，本系統采用模塊化設計思路，將主要設備集成在標準集裝箱內，具有占地小、接線(xiàn)簡(jiǎn)單、便于運輸及安裝的特點(diǎn)，適用于布置緊湊、缺少大型生產(chǎn)綜合用房的城市電動(dòng)公交車(chē)充電站，具有較好的應用推廣前景。除儲能單元、變流單元等一次設備外，預制艙式儲能系統同時(shí)集成了智能控制屏柜，對整體系統的運行環(huán)境、控制策略、安防等方面進(jìn)行集中監控，保障了預制艙式儲能系統安全高效運行。

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