一種移動儲能車的研發設計分析

廣東電網有限責任公司東莞供電局 王凱亮 黃學勁 鐘錦星

1 移動儲能車的應用前景

移動儲能車功率自適應控制模塊開發與應用，實現移動儲能車自動調節功率應對實際負荷達到精準出力，實現自動化、程序化、智能化操作，提高移動儲能車在臺區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公司的各個部門和供電局應急保供電的工作，可以較好實現不停電作業，市場應用前景非常大。

2 技術原理

以增容供電時段功率調節為主、充電時段SOC調節為主為原則設計自動控制回路，實現自動調節PCS功率，自動增容供電和自動充電，控制SOC在合理區間運行，并能通過人機界面，在不同的保電場景時設置調節參數，如臺變容量、動作閾值等，滿足不同場景需求。

3 技術關鍵點及創新點

移動儲能車功率自適應多變量自動控制。增容供電時段功率調節為主、充電時段SOC調節為主，實現自動調節PCS功率，自動增容供電和自動充電，控制SOC在合理區間運行；

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，解決現場布線困難問題，實現現場無人值班目標，設計近距離無線傳感測量方法，并設計通過5G/4G無線通信實現平臺遙控。

4 技術原理

4.1 電氣工作原理

移動儲能車電氣拓撲如圖1所示，儲能電池經過匯流后，經過雙向整流逆變電路，與電網或用電負荷連接。

圖1 移動儲能車電氣拓撲

儲能變流器（Power Conversion System，PCS）是電化學儲能系統中連接電池系統與電網（和/或負荷）之間的實現電能雙向轉換的裝置，可以控制蓄電池的充電和放電過程，進行交直流的變換，在無電網情況下可以直接為交流負荷供電，是儲能系統的核心設備，采用高品質性能良好的成熟產品。

PCS 由DC/AC 雙向變流器、控制單元等構成。PCS控制器通過通信接收后臺控制指令，根據功率指令的符號及大小控制變流器對電池進行充電或放電，實現對電網有功功率及無功功率的調節。同時PCS與BMS通信，獲取電池組狀態信息，可以實現對電池的保護性充放電，確保電池運行安全。

PCS 具有虛擬同步機（VSG）功能，主要有下垂特性，一次調頻特性、一次調壓特性、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，建立柔性網絡，實現多臺電壓源的有效并聯。

本系列儲能雙向變流器采用四象限變流技術，實現交流系統和直流系統的能量雙向流動。產品支持對儲能電池進行充放電管理。交流側采用電壓定向矢量控制策略。系統具有輸入輸出功率因數可調、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

移動儲能車通信拓撲如圖3所示，移動儲能車能量管理系統通過通信監控雙向變流器（PCS）、鋰電池系統，采集北斗定位裝置的位置信息，通過5G通信模塊和5G虛擬專用網絡（VPN）通道實現與站平臺的5G通信。

圖3 移動儲能車通信拓撲

5 技術開發設計

5.1 移動儲能車能量管理系統開發

移動儲能車能量管理系統開發工具使用通用型的人機可視化監控組態軟件為北京力控通用監控組態軟件ForceControl，是國內率先以分布式實時數據庫技術作為內核的自動化軟件產品。軟件提供良好的用戶開發界面和簡捷的工程實現方法，支持和國內外各種工業控制廠家的設備進行網絡通信，提供軟、硬件全部接口實現與第三方的軟、硬件系統集成。使用此工具開發了能量管理系統人機界面和控制器硬件的通信。移動儲能車能量管理系統主界面如圖4所示。

圖4 移動儲能車能量管理系統主界面

5.2 能量管理系統控制器開發

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 開發環境開發能量管理系統下層應用軟件。能量管理系統下層應用軟件開發如圖5所示。

圖5 能量管理系統下層應用軟件開發

5.3 5G通信系統開發

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

6 結構設計

6.1 電池架結構、動力布線、低壓布線、封閉形式等

鋰電池系統具有單簇退出功能。電池架及鋰電池pack的強度和抗震性能必須滿足車載要求，電池架應比地面普通電池架強度高，電池架尺寸總寬2750mm，包含高壓盒側出線預留動力線走線槽寬度（50mm），電池架由兩列、三列組合。電池架頂部預留吊環螺絲孔（車廠需要與集裝箱頂部固定）。鋰電池pack后進風前散熱，每個pack有2個風扇，每個pack正面設置電纜蓋板，pack正面無裸露金屬。鋰電池監控系統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，作為鋰電池監控系統工作電源。此電源預留一輸出，作為另一DCDC的使能信號。鋰電池系統輸出線纜，為方便現場敷設和長度裁剪，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，即火災發生后，所有電源應自動關停，BMS預留一保護接入點，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出廠前接線銅排預留好接線口。本項目不設置匯流柜。

6.3 進排風系統

電池間通風系統。電池架后部與車廂側板之間預留50mm，電池架頂部約300～400mm 間隙以便空氣流通，電池間通過空調與外部通風。設備間進風通道。在充電樁上側板及充電樁門上的手動開合百葉，作為設備間的進風通道。設備間排風通道。PCS頂部作風道，背部與車廂內側板之間不留間隙或≤10mm間隙，頂部留300mm間隙PCS封閉排風道，風道通到車后雙開門，車后門有手動開合百葉。設備間PCS設備帶有頂部排風扇，在PCS頂部制作風道，通向尾門手動百葉，作為設備間空氣流通。

6.4 電池間空調制冷量

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

6.5 電池間與設備間隔離門

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

6.6 消防系統

消防系統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，可設定報警時間，15s 或30s，報警中人工可手動關閉，以防系統誤報警，如無人員手動關閉，系統將啟動消防模式，自動噴出消防劑七氟丙烷。

6.7 關于火災預警自動斷電，實現自動閉鎖輸出的問題

車內火警，車內消防裝置判斷車內火警后，送出干接點信號，PCS 和鋰電池系統具有自動斷電；車外火警，儲能車收到車外火警后，EMS能發出火警停機指令，各系統能根據指令自動停機。

6.8 DCDC直流充電樁的結構改裝及車載布置

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，布置在絞盤側面。配電箱內布置空調、車內燈光、排風扇、絞盤等電源開關。電纜盤線為YC185，單線長度為50m。

6.10 設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；設備間信號電纜為0.3mm2。

7 結語

移動儲能車機動支援臺區，在負荷低谷時自動蓄能，在負荷高峰期自動“頂峰發電”，也能實現對重要場所和重要負荷的綠色環保供電。移動儲能車功率自適應控制模塊，通過采集臺區的實際負荷，使儲能車自動調節功率應對實際負荷達到精準出力的效果，減少臺區低壓開關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。