一种移动储能车的研发设计分析

广东电网有限责任公司东莞供电局 王凯亮 黄学劲 钟锦星

1 移动储能车的应用前景

移动储能车功率自适应控制模块开发与应用，实现移动储能车自动调节功率应对实际负荷达到精准出力，实现自动化、程序化、智能化操作，提高移动储能车在台区临时增容供电的安全性与可靠性。研究成果可以运用到广东电网公司的各个部门和供电局应急保供电的工作，可以较好实现不停电作业，市场应用前景非常大。

2 技术原理

以增容供电时段功率调节为主、充电时段SOC调节为主为原则设计自动控制回路，实现自动调节PCS功率，自动增容供电和自动充电，控制SOC在合理区间运行，并能通过人机界面，在不同的保电场景时设置调节参数，如台变容量、动作阈值等，满足不同场景需求。

3 技术关键点及创新点

移动储能车功率自适应多变量自动控制。增容供电时段功率调节为主、充电时段SOC调节为主，实现自动调节PCS功率，自动增容供电和自动充电，控制SOC在合理区间运行；

移动储能车无线感知及无线遥控方法及装置。针对移动储能车场景变动频繁的特点，解决现场布线困难问题，实现现场无人值班目标，设计近距离无线传感测量方法，并设计通过5G/4G无线通信实现平台遥控。

4 技术原理

4.1 电气工作原理

移动储能车电气拓扑如图1所示，储能电池经过汇流后，经过双向整流逆变电路，与电网或用电负荷连接。

图1 移动储能车电气拓扑

储能变流器（Power Conversion System，PCS）是电化学储能系统中连接电池系统与电网（和/或负荷）之间的实现电能双向转换的装置，可以控制蓄电池的充电和放电过程，进行交直流的变换，在无电网情况下可以直接为交流负荷供电，是储能系统的核心设备，采用高品质性能良好的成熟产品。

PCS 由DC/AC 双向变流器、控制单元等构成。PCS控制器通过通信接收后台控制指令，根据功率指令的符号及大小控制变流器对电池进行充电或放电，实现对电网有功功率及无功功率的调节。同时PCS与BMS通信，获取电池组状态信息，可以实现对电池的保护性充放电，确保电池运行安全。

PCS 具有虚拟同步机（VSG）功能，主要有下垂特性，一次调频特性、一次调压特性、惯性阻尼特性等，可模拟器频率-有功下垂、电压-无功下垂特性，建立柔性网络，实现多台电压源的有效并联。

本系列储能双向变流器采用四象限变流技术，实现交流系统和直流系统的能量双向流动。产品支持对储能电池进行充放电管理。交流侧采用电压定向矢量控制策略。系统具有输入输出功率因数可调、自动软启动等功能[1]。PCS主电路如图2所示。

图2 PCS主电路

4.2 控制工作原理

移动储能车通信拓扑如图3所示，移动储能车能量管理系统通过通信监控双向变流器（PCS）、锂电池系统，采集北斗定位装置的位置信息，通过5G通信模块和5G虚拟专用网络（VPN）通道实现与站平台的5G通信。

图3 移动储能车通信拓扑

5 技术开发设计

5.1 移动储能车能量管理系统开发

移动储能车能量管理系统开发工具使用通用型的人机可视化监控组态软件为北京力控通用监控组态软件ForceControl，是国内率先以分布式实时数据库技术作为内核的自动化软件产品。软件提供良好的用户开发界面和简捷的工程实现方法，支持和国内外各种工业控制厂家的设备进行网络通信，提供软、硬件全部接口实现与第三方的软、硬件系统集成。使用此工具开发了能量管理系统人机界面和控制器硬件的通信。移动储能车能量管理系统主界面如图4所示。

图4 移动储能车能量管理系统主界面

5.2 能量管理系统控制器开发

控制器硬件选用嵌入式高性能双核控制器，配置Intel®Core ™i7-6600U2.6GHz 双核， 使用CodeSysV3.5 开发环境开发能量管理系统下层应用软件。能量管理系统下层应用软件开发如图5所示。

图5 能量管理系统下层应用软件开发

5.3 5G通信系统开发

能量管理系统通过5G通信模块与核心网基站通信，再通过虚拟专用网络（VPN）实现与平台监控系统的通信，包含四遥（遥信、遥测、遥控、遥调）信号，5G无线通信具有流量大、低延时特性，满足储能车监控要求。

6 结构设计

6.1 电池架结构、动力布线、低压布线、封闭形式等

锂电池系统具有单簇退出功能。电池架及锂电池pack的强度和抗震性能必须满足车载要求，电池架应比地面普通电池架强度高，电池架尺寸总宽2750mm，包含高压盒侧出线预留动力线走线槽宽度（50mm），电池架由两列、三列组合。电池架顶部预留吊环螺丝孔（车厂需要与集装箱顶部固定）。锂电池pack后进风前散热，每个pack有2个风扇，每个pack正面设置电缆盖板，pack正面无裸露金属。锂电池监控系统工作电源约定为每个高压盒安装DCDC24V，正极接二极管后引出并联，作为锂电池监控系统工作电源。此电源预留一输出，作为另一DCDC的使能信号。锂电池系统输出线缆，为方便现场敷设和长度裁剪，锂电池厂家提供35mm²整卷线和接头给车改厂。为满足消防要求，即火灾发生后，所有电源应自动关停，BMS预留一保护接入点，能够接收一无源干接点信号。三级总控与BMS触摸屏安装电池架空缺处[2-3]。

6.2 锂电池直流输出汇流方式

锂电池共7 簇，7 簇连接电缆和充电桩电缆共8对电缆直接接入PCS。PCS出厂前接线铜排预留好接线口。本项目不设置汇流柜。

6.3 进排风系统

电池间通风系统。电池架后部与车厢侧板之间预留50mm，电池架顶部约300～400mm 间隙以便空气流通，电池间通过空调与外部通风。设备间进风通道。在充电桩上侧板及充电桩门上的手动开合百叶，作为设备间的进风通道。设备间排风通道。PCS顶部作风道，背部与车厢内侧板之间不留间隙或≤10mm间隙，顶部留300mm间隙PCS封闭排风道，风道通到车后双开门，车后门有手动开合百叶。设备间PCS设备带有顶部排风扇，在PCS顶部制作风道，通向尾门手动百叶，作为设备间空气流通。

6.4 电池间空调制冷量

综合多方实际经验，电池间空调配置两台分体空调， 空调型号为美的KFR-72GW/DN8YDA400(D3)。

6.5 电池间与设备间隔离门

电池间与设备间隔离门使用平开门，平开门尺寸由车改厂根据实际情况确定，平开门上开300×300防爆玻璃窗，方便监视电池间状况。

6.6 消防系统

消防系统火警探头为两种方式，一种是温度感知，一种是烟雾感知，感知后发出报警，两种警报，一种是声音（即铃声），一种是光亮（即灯光闪烁），同时输出一组信号，可设定报警时间，15s 或30s，报警中人工可手动关闭，以防系统误报警，如无人员手动关闭，系统将启动消防模式，自动喷出消防剂七氟丙烷。

6.7 关于火灾预警自动断电，实现自动闭锁输出的问题

车内火警，车内消防装置判断车内火警后，送出干接点信号，PCS 和锂电池系统具有自动断电；车外火警，储能车收到车外火警后，EMS能发出火警停机指令，各系统能根据指令自动停机。

6.8 DCDC直流充电桩的结构改装及车载布置

充电桩翻开门尺寸为1200W×700H。操作屏尽量做低。

6.9 配电箱及绞盘

配电箱及绞盘操作面板整合，布置在绞盘侧面。配电箱内布置空调、车内灯光、排风扇、绞盘等电源开关。电缆盘线为YC185，单线长度为50m。

6.10 设备之间接线方式及线径大小

锂电池至PCS 直流输入电缆为7×35mm²。PCS交流输出电缆为U、V、W、N 相输出电缆均为4×120mm²。地线为3×120mm²。充电桩输入电缆为2×95mm²；设备间信号电缆为0.3mm²。

7 结语

移动储能车机动支援台区，在负荷低谷时自动蓄能，在负荷高峰期自动“顶峰发电”，也能实现对重要场所和重要负荷的绿色环保供电。移动储能车功率自适应控制模块，通过采集台区的实际负荷，使储能车自动调节功率应对实际负荷达到精准出力的效果，减少台区低压开关因过载跳闸停电的情况，不仅提升了供电可靠性，并且提高了居民用电的体验。