廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司東莞供電局 王凱亮 黃學(xué)勁 鐘錦星

1 移動儲能車的應(yīng)用前景

移動儲能車功率自適應(yīng)控制模塊開發(fā)與應(yīng)用，實現(xiàn)移動儲能車自動調(diào)節(jié)功率應(yīng)對實際負(fù)荷達(dá)到精準(zhǔn)出力，實現(xiàn)自動化、程序化、智能化操作，提高移動儲能車在臺區(qū)臨時增容供電的安全性與可靠性。研究成果可以運用到廣東電網(wǎng)公司的各個部門和供電局應(yīng)急保供電的工作，可以較好實現(xiàn)不停電作業(yè)，市場應(yīng)用前景非常大。

2 技術(shù)原理

以增容供電時段功率調(diào)節(jié)為主、充電時段SOC調(diào)節(jié)為主為原則設(shè)計自動控制回路，實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)PCS功率，自動增容供電和自動充電，控制SOC在合理區(qū)間運行，并能通過人機(jī)界面，在不同的保電場景時設(shè)置調(diào)節(jié)參數(shù)，如臺變?nèi)萘俊幼鏖撝档?，滿足不同場景需求。

3 技術(shù)關(guān)鍵點及創(chuàng)新點

移動儲能車功率自適應(yīng)多變量自動控制。增容供電時段功率調(diào)節(jié)為主、充電時段SOC調(diào)節(jié)為主，實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)PCS功率，自動增容供電和自動充電，控制SOC在合理區(qū)間運行；

移動儲能車無線感知及無線遙控方法及裝置。針對移動儲能車場景變動頻繁的特點，解決現(xiàn)場布線困難問題，實現(xiàn)現(xiàn)場無人值班目標(biāo)，設(shè)計近距離無線傳感測量方法，并設(shè)計通過5G/4G無線通信實現(xiàn)平臺遙控。

4 技術(shù)原理

4.1 電氣工作原理

移動儲能車電氣拓?fù)淙鐖D1所示，儲能電池經(jīng)過匯流后，經(jīng)過雙向整流逆變電路，與電網(wǎng)或用電負(fù)荷連接。

圖1 移動儲能車電氣拓?fù)?/p>

儲能變流器（Power Conversion System，PCS）是電化學(xué)儲能系統(tǒng)中連接電池系統(tǒng)與電網(wǎng)（和/或負(fù)荷）之間的實現(xiàn)電能雙向轉(zhuǎn)換的裝置，可以控制蓄電池的充電和放電過程，進(jìn)行交直流的變換，在無電網(wǎng)情況下可以直接為交流負(fù)荷供電，是儲能系統(tǒng)的核心設(shè)備，采用高品質(zhì)性能良好的成熟產(chǎn)品。

PCS 由DC/AC 雙向變流器、控制單元等構(gòu)成。PCS控制器通過通信接收后臺控制指令，根據(jù)功率指令的符號及大小控制變流器對電池進(jìn)行充電或放電，實現(xiàn)對電網(wǎng)有功功率及無功功率的調(diào)節(jié)。同時PCS與BMS通信，獲取電池組狀態(tài)信息，可以實現(xiàn)對電池的保護(hù)性充放電，確保電池運行安全。

PCS 具有虛擬同步機(jī)（VSG）功能，主要有下垂特性，一次調(diào)頻特性、一次調(diào)壓特性、慣性阻尼特性等，可模擬器頻率-有功下垂、電壓-無功下垂特性，建立柔性網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)多臺電壓源的有效并聯(lián)。

本系列儲能雙向變流器采用四象限變流技術(shù)，實現(xiàn)交流系統(tǒng)和直流系統(tǒng)的能量雙向流動。產(chǎn)品支持對儲能電池進(jìn)行充放電管理。交流側(cè)采用電壓定向矢量控制策略。系統(tǒng)具有輸入輸出功率因數(shù)可調(diào)、自動軟啟動等功能[1]。PCS主電路如圖2所示。

圖2 PCS主電路

4.2 控制工作原理

移動儲能車通信拓?fù)淙鐖D3所示，移動儲能車能量管理系統(tǒng)通過通信監(jiān)控雙向變流器（PCS）、鋰電池系統(tǒng)，采集北斗定位裝置的位置信息，通過5G通信模塊和5G虛擬專用網(wǎng)絡(luò)（VPN）通道實現(xiàn)與站平臺的5G通信。

圖3 移動儲能車通信拓?fù)?/p>

5 技術(shù)開發(fā)設(shè)計

5.1 移動儲能車能量管理系統(tǒng)開發(fā)

移動儲能車能量管理系統(tǒng)開發(fā)工具使用通用型的人機(jī)可視化監(jiān)控組態(tài)軟件為北京力控通用監(jiān)控組態(tài)軟件ForceControl，是國內(nèi)率先以分布式實時數(shù)據(jù)庫技術(shù)作為內(nèi)核的自動化軟件產(chǎn)品。軟件提供良好的用戶開發(fā)界面和簡捷的工程實現(xiàn)方法，支持和國內(nèi)外各種工業(yè)控制廠家的設(shè)備進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信，提供軟、硬件全部接口實現(xiàn)與第三方的軟、硬件系統(tǒng)集成。使用此工具開發(fā)了能量管理系統(tǒng)人機(jī)界面和控制器硬件的通信。移動儲能車能量管理系統(tǒng)主界面如圖4所示。

圖4 移動儲能車能量管理系統(tǒng)主界面

5.2 能量管理系統(tǒng)控制器開發(fā)

控制器硬件選用嵌入式高性能雙核控制器，配置Intel?Core ?i7-6600U2.6GHz 雙核， 使用CodeSysV3.5 開發(fā)環(huán)境開發(fā)能量管理系統(tǒng)下層應(yīng)用軟件。能量管理系統(tǒng)下層應(yīng)用軟件開發(fā)如圖5所示。

圖5 能量管理系統(tǒng)下層應(yīng)用軟件開發(fā)

5.3 5G通信系統(tǒng)開發(fā)

能量管理系統(tǒng)通過5G通信模塊與核心網(wǎng)基站通信，再通過虛擬專用網(wǎng)絡(luò)（VPN）實現(xiàn)與平臺監(jiān)控系統(tǒng)的通信，包含四遙（遙信、遙測、遙控、遙調(diào)）信號，5G無線通信具有流量大、低延時特性，滿足儲能車監(jiān)控要求。

6 結(jié)構(gòu)設(shè)計

6.1 電池架結(jié)構(gòu)、動力布線、低壓布線、封閉形式等

鋰電池系統(tǒng)具有單簇退出功能。電池架及鋰電池pack的強(qiáng)度和抗震性能必須滿足車載要求，電池架應(yīng)比地面普通電池架強(qiáng)度高，電池架尺寸總寬2750mm，包含高壓盒側(cè)出線預(yù)留動力線走線槽寬度（50mm），電池架由兩列、三列組合。電池架頂部預(yù)留吊環(huán)螺絲孔（車廠需要與集裝箱頂部固定）。鋰電池pack后進(jìn)風(fēng)前散熱，每個pack有2個風(fēng)扇，每個pack正面設(shè)置電纜蓋板，pack正面無裸露金屬。鋰電池監(jiān)控系統(tǒng)工作電源約定為每個高壓盒安裝DCDC24V，正極接二極管后引出并聯(lián)，作為鋰電池監(jiān)控系統(tǒng)工作電源。此電源預(yù)留一輸出，作為另一DCDC的使能信號。鋰電池系統(tǒng)輸出線纜，為方便現(xiàn)場敷設(shè)和長度裁剪，鋰電池廠家提供35mm2整卷線和接頭給車改廠。為滿足消防要求，即火災(zāi)發(fā)生后，所有電源應(yīng)自動關(guān)停，BMS預(yù)留一保護(hù)接入點，能夠接收一無源干接點信號。三級總控與BMS觸摸屏安裝電池架空缺處[2-3]。

6.2 鋰電池直流輸出匯流方式

鋰電池共7 簇，7 簇連接電纜和充電樁電纜共8對電纜直接接入PCS。PCS出廠前接線銅排預(yù)留好接線口。本項目不設(shè)置匯流柜。

6.3 進(jìn)排風(fēng)系統(tǒng)

電池間通風(fēng)系統(tǒng)。電池架后部與車廂側(cè)板之間預(yù)留50mm，電池架頂部約300～400mm 間隙以便空氣流通，電池間通過空調(diào)與外部通風(fēng)。設(shè)備間進(jìn)風(fēng)通道。在充電樁上側(cè)板及充電樁門上的手動開合百葉，作為設(shè)備間的進(jìn)風(fēng)通道。設(shè)備間排風(fēng)通道。PCS頂部作風(fēng)道，背部與車廂內(nèi)側(cè)板之間不留間隙或≤10mm間隙，頂部留300mm間隙PCS封閉排風(fēng)道，風(fēng)道通到車后雙開門，車后門有手動開合百葉。設(shè)備間PCS設(shè)備帶有頂部排風(fēng)扇，在PCS頂部制作風(fēng)道，通向尾門手動百葉，作為設(shè)備間空氣流通。

6.4 電池間空調(diào)制冷量

綜合多方實際經(jīng)驗，電池間空調(diào)配置兩臺分體空調(diào)， 空調(diào)型號為美的KFR-72GW/DN8YDA400(D3)。

6.5 電池間與設(shè)備間隔離門

電池間與設(shè)備間隔離門使用平開門，平開門尺寸由車改廠根據(jù)實際情況確定，平開門上開300×300防爆玻璃窗，方便監(jiān)視電池間狀況。

6.6 消防系統(tǒng)

消防系統(tǒng)火警探頭為兩種方式，一種是溫度感知，一種是煙霧感知，感知后發(fā)出報警，兩種警報，一種是聲音（即鈴聲），一種是光亮（即燈光閃爍），同時輸出一組信號，可設(shè)定報警時間，15s 或30s，報警中人工可手動關(guān)閉，以防系統(tǒng)誤報警，如無人員手動關(guān)閉，系統(tǒng)將啟動消防模式，自動噴出消防劑七氟丙烷。

6.7 關(guān)于火災(zāi)預(yù)警自動斷電，實現(xiàn)自動閉鎖輸出的問題

車內(nèi)火警，車內(nèi)消防裝置判斷車內(nèi)火警后，送出干接點信號，PCS 和鋰電池系統(tǒng)具有自動斷電；車外火警，儲能車收到車外火警后，EMS能發(fā)出火警停機(jī)指令，各系統(tǒng)能根據(jù)指令自動停機(jī)。

6.8 DCDC直流充電樁的結(jié)構(gòu)改裝及車載布置

充電樁翻開門尺寸為1200W×700H。操作屏盡量做低。

6.9 配電箱及絞盤

配電箱及絞盤操作面板整合，布置在絞盤側(cè)面。配電箱內(nèi)布置空調(diào)、車內(nèi)燈光、排風(fēng)扇、絞盤等電源開關(guān)。電纜盤線為YC185，單線長度為50m。

6.10 設(shè)備之間接線方式及線徑大小

鋰電池至PCS 直流輸入電纜為7×35mm2。PCS交流輸出電纜為U、V、W、N 相輸出電纜均為4×120mm2。地線為3×120mm2。充電樁輸入電纜為2×95mm2；設(shè)備間信號電纜為0.3mm2。

7 結(jié)語

移動儲能車機(jī)動支援臺區(qū)，在負(fù)荷低谷時自動蓄能，在負(fù)荷高峰期自動“頂峰發(fā)電”，也能實現(xiàn)對重要場所和重要負(fù)荷的綠色環(huán)保供電。移動儲能車功率自適應(yīng)控制模塊，通過采集臺區(qū)的實際負(fù)荷，使儲能車自動調(diào)節(jié)功率應(yīng)對實際負(fù)荷達(dá)到精準(zhǔn)出力的效果，減少臺區(qū)低壓開關(guān)因過載跳閘停電的情況，不僅提升了供電可靠性，并且提高了居民用電的體驗。