BMS、EMS PCS 简介

1 储能系统的构成

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。

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。

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。 

2 BMS（电池管理系统）

BMS（BatteryManagementSystem，电池管理系统），BMS电池系统俗称之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。

3 EMS（能量管理系统）

EMS（Energy Management System）又称能量管理系统，虽然在整个储能系统中占比并不是很大，但是却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。

4 PCS（双向逆变器）

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。

4.1 PCS工作原理

储能变流器的工作原理是交、直流侧可控的四象限运行的变流装置，实现对电能的交直流双向转换。该原理就是通过微网监控指令进行恒功率或恒流控制，给电池充电或放电，同时平滑风电、太阳能等波动性电源的输出。

4.2 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。

4.3 PCS的主要功能

包括过欠压、过载、过流、短路、过温等的保护、具备孤岛检测能力进行模式切换、实现对上级控制系统及能量交换机的通信功能、并网-离网平滑切换控制等。

4.4 PCS的工作模式

双向储能变流器pcs的工作模式分为并网模式、离网模式和混合模式。

1、并网模式

并网模式下包括充电功能和放电功能，此时用户可以选择自动模式和手动模式。

在自动模式下，如果用户选择并网充电或放电状态，储能逆变器将以之前设定好的值对蓄电池进行充电或放电。在手动模式下，用户可以通过手动修改充电或放电电流、电压和时间值，使储能逆变器工作在设定的充电或放电状态。

并网模式中，储能逆变器连接在一个大容量公用电网中，大容量是指该电网的总容量至少比储能逆变器容量大10倍以上。并网模式的主要特征是储能逆变器必须与存在的电网频率同步。要做到与电网同步，储能逆变器相对于电网来说作为一个电流源。有些情况下，储能逆变器必须能通过无功控制为电网提供电压支持。该模式常用于削峰填谷、电力负载平衡和调节电能质量。

2、离网模式

孤岛系统是一个或多个发电系统并联形成一个局部的“微网”。孤岛系统的主要特征是局部电网与所有的大电网脱离，储能系统的额定功率与局部电网产生的总功率大致相等。在这个系统中，储能系统必须可以充当网路电源，给局部电网提供电压和频率控制。另一方面，如果一个发电装置不能与其他发电装置同步，比如一个柴油发电机连接在局部电网上，那么储能系统必须作为一个电源之同步。有些情况下，储能系统还要在作为电源和与发电装置同步之间转换。

孤岛系统的特征是储能系统与局部电网相连，这些情形可能存在于偏远山区或小岛屿。常见应用包括平滑由可变电源可变负载引起的功率波动，稳定电网，优化燃料的使用和调节电能质量。

3、混合模式

储能系统能够在并网模式和离网模式之间进行切换。储能系统处于微网中，微网与公共电网接，正常工作状态下作为并网系统运行如果微网与公共电网脱离，储能系统将工作在离网模式为微网提供主电源。常见应用包括滤波，稳定电网，调节电能质量和创造自愈网。

4.5 PCS的应用场景

按照应用场景的不同，PCS可以分为储能电站、集中式或组串式、工商业及户用四大类，主要区别是功率大小。

• 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。
• 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。
• 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。
• 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。

4.6 PCS的知名企业

2023年，在起点研究(SPIR)整理的储能PCS厂商TOP 10中，西班牙企业Power Electronics以12.5%的市场份额占据第一，阳光电源以10.7%的市场份额排名第二，SMA以9.6%的市场份额排名第三，从第四到第十则是科华数能、上能电气、盛弘股份、索英电气、南瑞继保、许继电气、汇川技术。