“秦”你聊储能-一文详解工商业储能3S系统

人们对气候变化以及煤炭和石油等传统能源的有害影响的认识正在不断提高，同时，可再生能源的成本降低和效率逐步增高，对投资者和消费者更具吸引力，因此，全球对可再生能源的需求一直在稳步增长。目前，可再生能源约占全球发电量的28%,包括水力发电、风能、太阳能和生物质能等来源,预计到2028年，中国新增可再生能源装机容量将占全球新增可再生能源装机容量的近60%。

普及可再生能源需要克服的一个难题是发电持续性，常见的可再生能源为太阳能、风能，其发电能力受到自然天气条件的限制，发电的波动性较大。因此，储能便成为可再生能源中必不可少的环节，可以在能源闲置期间进行能量储存，而在能源需求高峰期进行释放，以便提高电力系统的稳定性和可靠性，最终降低能源成本和碳排放量。

此背景下，高效的储能技术和安全经济的储能产品正在飞速发展。完整的电化学储能系统主要由电池组、电池管理系统(BMS)、能量管理系统(EMS)、储能变流器(PCS)以及其他电气设备构成。

今天讲讲储能系统中大家经常听到的3S模块：BMS、EMS、PCS。

电池管理系统BMS：担任感知角色，主要负责电池的监测、评估、保护以及均衡等;能量管理系统EMS：担任决策角色，主要负责数据采集、网络监控和能量调度等;储能变流器PCS：担任执行角色，主要功能为控制储能电池组的充电和放电过程，进行交直流的变换。

BMS

BatteryManagementSystem，(电池管理系统)，BMS电池系统俗称为电池保姆或电池管家，是配合监控储能电池状态的设备，电芯一起组成电池系统。

◆BMS对电池的基本参数进行测量，包括电压、电流、温度等，防止电池出现过充电和过放电，延长电池的使用寿命。

◆BMS需要计算分析电池的SOC(电池剩余容量)和SOH(电池健康状态)，并及时上报异常信息。

BMS系统大多都是三层架构，硬件主要分成从控单元、主控单元和总控单元。

底层：

从控BMU，为单体电池管理层。由电池监控芯片及其附属电路构成，负责采集单体电池的各类信息，计算分析电池的SOC(电池剩余容量)和SOH(电池健康状态)，实现对单体电池的主动均衡，并将单体异常信息上传给主控。

中间层

主控BCU，为电池组管理层。收集BMU上传的各种单体电池信息，采集电池组信息。计算分析电池组的SOC和SOH。

上层

总控，为电池簇管理层。负责系统内部的整体协调以及与EMS、PCS的外部信息交互，根据外部请求控制整个BMS系统的运行过程。

EMS

Energy Management System(能量管理系统)，是整个储能系统中极为重要的核心构件。

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，起到及时快速保护设备、保障安全性的重要作用。

EMS能量管理系统构成一般分为设备层、通讯层和应用层。

1 设备层：需要能量采集变换(PCS、BMS)做支撑

2 通讯层：主要包括链路、协议、传输等

3 信息层：主要包括缓存中间件、数据库、服务器，其中数据库系统负责数据处理和数据存储，记录实时数据和重要历史数据，并提供历史信息查询;

4 应用层：表现形式包括APP、Web等，为管理人员提供可视化的监控与操作界面，具体功能涵盖能量变换决策、能源数据传输和采集、实时监测控制、运维管理分析、电能/电量可视分析、远程实时控制等。

EMS的主体功能：

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，是业主最关心的功能。

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。

PCS

储能变流器PCS，又称双向储能逆变器，是储能系统与电网中间实现电能双向流动的核心部件，用作控制电池的充电和放电过程，进行交直流的变换。

PCS组成及特点：PCS由IGBT(绝缘栅双极型晶体管)、PCB板(印刷电路板)、电线电缆等硬件组成，其主要功能包括平抑功率、信息交互、保护等，PCS决定了输出电能质量和动态特性，也很大程度影响电池的使用寿命。

PCS应用场景

1)储能电站PCS的功率一般大于10MW，选取级联型多电平拓扑，采用IGBT模块设计，一般N个交流器安装到集装箱内部，支持多机并联运行，需变压器升压接入电网。

2)集中式PCS的功率在250KW以上，当前多采用两电平拓扑，同样采用IGBT模块化设计，使用功率器件较少，单机功率可达MW级，对系统可靠性要求较高。

3)工商业PCS的功率一般在250KW以下，当前多采用三电平拓扑，与分布式光伏相结合，可以实现自发自用，还可利用电网峰谷差价获利。

4)家庭户用PCS的功率在10KW以下，与户用光伏相结合，作为应急电源、电费管理等，对安全规范、噪声等要求较高。随着储能市场规模的不断扩大，储能系统PCS设备不再是简单的转换设备，而是要求具备更高的集成能力。未来，储能系统PCS将越来越倾向于集成设备，通过软件的开发、升级、优化，实现储能系统的智能化控制、安全性能保障等，从而实现储能技术在电网中的更好应用。

总的来说，在储能系统中，电池组将状态信息反馈给电池管理系统BMS，BMS将其共享给能源管理系统EMS和储能变流器PCS;EMS根据优化及调度决策将控制信息下发至PCS与BMS，控制单体电池/电池组完成充放电等。3S之间相互通讯、互相收集信息反馈状态，保证整个储能系统按照制定的策略高效、准确、安全的运行。

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在国家大力推行“碳达峰、碳中和”目标的友好政策和产业链的蓬勃发展的双重推动下，储能大规模市场已经悄然而至。

随着市场规模的扩大，储能领域也日益多元化，家庭储能、大型电力储能和工商业储能等领域各具特色，相互之间可以互为补充。因此，新型储能建设前景非常广阔，而电化学储能则是其中增长最快、发展最为稳定的领域之一，未来有望得到更广泛的应用和推广。