中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)，建設(shè)以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)已成為共識(shí)。由于新能源發(fā)電的波動(dòng)性和隨機(jī)性，原來的“源隨荷動(dòng)”模式不再適用，必須依靠?jī)?chǔ)能等措施，實(shí)現(xiàn)“源網(wǎng)荷儲(chǔ)”的協(xié)調(diào)互動(dòng)，以保證電力供需的動(dòng)態(tài)平衡。
在各種新型儲(chǔ)能技術(shù)中，電化學(xué)儲(chǔ)能由于具備良好的實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)性能和較高的能量密度，成為了中短期內(nèi)主流儲(chǔ)能技術(shù)，其中鋰電池儲(chǔ)能由于具有高功率密度、長(zhǎng)循環(huán)壽命和無記憶效應(yīng)等特點(diǎn)而成為技術(shù)主流。
對(duì)鋰電池儲(chǔ)能電站而言，安全、循環(huán)壽命和成本控制的關(guān)鍵在于能否提供準(zhǔn)確實(shí)時(shí)的電池狀態(tài)估計(jì)信息和便捷高效的控制方法，尤其是前者。儲(chǔ)能電站需要成組的鋰離子電池作為驅(qū)動(dòng)力，鋰離子電池的不一致性決定了電池組性能要低于單體電池的性能。在運(yùn)行過程中，常見的問題是電池狀態(tài)的估計(jì)不準(zhǔn)，進(jìn)而導(dǎo)致均衡控制失誤，這逐步放大了成組電池的不一致性，降低了電池的循環(huán)壽命和使用效率，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起起火爆炸的事故。
由于復(fù)雜的物理化學(xué)變化，電池狀態(tài)的估計(jì)問題是典型的非線性時(shí)變系統(tǒng)問題，儲(chǔ)能基礎(chǔ)系統(tǒng)的估計(jì)精度較差，同時(shí)在易用性上也有較多不足，難以滿足鋰電池儲(chǔ)能電站的發(fā)展需求。
而智能運(yùn)維系統(tǒng)則能較好地滿足這一需求。該系統(tǒng)是一種基于數(shù)字模型和數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的儲(chǔ)能增值業(yè)務(wù)系統(tǒng)，它結(jié)合人工智能、數(shù)字孿生等新技術(shù)，可以通過建立儲(chǔ)能電站的數(shù)字模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)電站電池和系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)分析和預(yù)測(cè)預(yù)警等功能，并提供動(dòng)態(tài)三維展示，以便于實(shí)現(xiàn)電池的高效精準(zhǔn)控制，為最終提升安全性和電池循環(huán)壽命、降低全壽命周期的成本提供了條件。
鋰電池儲(chǔ)能電站智能運(yùn)維系統(tǒng)有哪些關(guān)鍵技術(shù)？
鋰電池儲(chǔ)能電站智能運(yùn)維系統(tǒng)的建設(shè)需要多方面技術(shù)的融合，其中最為關(guān)鍵的技術(shù)有：高精度電池狀態(tài)估計(jì)算法和高性能計(jì)算技術(shù)、三維數(shù)字孿生技術(shù)、微服務(wù)和組件化代碼開發(fā)技術(shù)、高可靠組網(wǎng)通訊技術(shù)、電池管理專家?guī)旒夹g(shù)。
高精度電池狀態(tài)估計(jì)算法和高性能計(jì)算技術(shù)
電池狀態(tài)估計(jì)是實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)管控的基礎(chǔ)，是保持電池一致性、提升運(yùn)行效率和循環(huán)壽命、提升安全性的最關(guān)鍵因素。
電池狀態(tài)估計(jì)算法利用全維度特征提取技術(shù)和層次化識(shí)別方法，實(shí)現(xiàn)非介入式建模，開展全方位電池模型畫像分析，有效提高電池荷電狀態(tài)估計(jì)精準(zhǔn)性，降低荷電狀態(tài)不確定性，通過對(duì)出力最優(yōu)化配置，實(shí)現(xiàn)規(guī)范性控制。
具體來看，運(yùn)行中電池狀態(tài)包括電池荷電狀態(tài)（SOC）、電池剩余能量狀態(tài)(SOE)、電池健康狀態(tài)（SOH）等，以電池荷電狀態(tài)（SOC）估計(jì)為根本，其他狀態(tài)估計(jì)可依托于SOC估計(jì)展開。
對(duì)SOC估計(jì)而言，目前的主要研究方法分為傳統(tǒng)開環(huán)估計(jì)、基于電路模型的方法、基于電化學(xué)模型的方法和數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的方法四類，各類方法應(yīng)用情況不同：傳統(tǒng)開環(huán)估計(jì)算法簡(jiǎn)單，但精度不足，一般較少應(yīng)用；電化學(xué)模型過于復(fù)雜，不具備實(shí)用性，目前還未見商業(yè)應(yīng)用；電路模型的方法精度和復(fù)雜度適中，是目前商用產(chǎn)品的主流技術(shù)，但仍存有精度不足的缺點(diǎn)；數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的方法具備較強(qiáng)的潛力，是目前研究的熱點(diǎn)。
智能運(yùn)維系統(tǒng)采用數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)與電路模型融合的算法，結(jié)合深度學(xué)習(xí)強(qiáng)大的擬合能力和電路模型較強(qiáng)的狀態(tài)空間抽象能力，提升電池狀態(tài)估計(jì)精度和穩(wěn)健性。
然而，電池智能狀態(tài)估計(jì)高精度算法同時(shí)帶來了高算力消耗和長(zhǎng)時(shí)耗，基于全壽命周期公開數(shù)據(jù)集的測(cè)試結(jié)果驗(yàn)證了這一點(diǎn)，因此，提升計(jì)算效率和實(shí)時(shí)性是應(yīng)用高精度算法的關(guān)鍵。
智能運(yùn)維系統(tǒng)采用高性能計(jì)算的主流技術(shù)是并行計(jì)算和分布式計(jì)算，以提升計(jì)算性能。并行計(jì)算用于高精度算法訓(xùn)練，分布式計(jì)算用于高精度算法的測(cè)試、輸出狀態(tài)估計(jì)結(jié)果。
數(shù)字孿生技術(shù)
數(shù)字孿生技術(shù)是智能運(yùn)維系統(tǒng)的另一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，通過建立儲(chǔ)能電站的三維數(shù)字模型，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電站設(shè)備和運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)分析和預(yù)測(cè)預(yù)警等功能。三維數(shù)字孿生技術(shù)可以將儲(chǔ)能電站的設(shè)備、管道、電纜等各個(gè)元素進(jìn)行三維建模，實(shí)現(xiàn)對(duì)電站的全面可視化和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)，從而為運(yùn)營(yíng)決策提供準(zhǔn)確可靠的數(shù)據(jù)支持。
微服務(wù)和低代碼開發(fā)技術(shù)
微服務(wù)和低代碼開發(fā)技術(shù)也是智能運(yùn)維系統(tǒng)的重要支撐技術(shù)。通過微服務(wù)架構(gòu)，可以將數(shù)字孿生平臺(tái)拆分成多個(gè)獨(dú)立的服務(wù)模塊，從而實(shí)現(xiàn)模塊化、可擴(kuò)展和快速開發(fā)的目的。低代碼開發(fā)技術(shù)可以讓運(yùn)維人員通過簡(jiǎn)單的圖形化界面和少量的編碼，快速搭建和部署數(shù)字孿生平臺(tái)，從而大大提高平臺(tái)的開發(fā)效率和靈活性。
高可靠通信技術(shù)
高可靠的通信技術(shù)也是智能運(yùn)維系統(tǒng)的重要支撐技術(shù)。儲(chǔ)能電站智能運(yùn)維系統(tǒng)需要對(duì)各種設(shè)備和運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和分析，因此需要具備高可靠的通信技術(shù)。高可靠通信技術(shù)可以確保數(shù)據(jù)在傳輸過程中的完整性、實(shí)時(shí)性和安全性，從而保證智能運(yùn)維系統(tǒng)的正常運(yùn)行和數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。
高可靠通信技術(shù)采用設(shè)備、組網(wǎng)、協(xié)議等多方面設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)QOS保障以及端到端的毫秒級(jí)保護(hù)，并利用軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SDN）與智能運(yùn)維平臺(tái)的分布式計(jì)算業(yè)務(wù)進(jìn)行聯(lián)合優(yōu)化，以提升網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算資源的利用效率。
電池管理專家?guī)旒夹g(shù)
電池管理專家?guī)旒夹g(shù)也是智能運(yùn)維系統(tǒng)的重要支撐技術(shù)。電池管理專家?guī)焓欠e累運(yùn)維經(jīng)驗(yàn)、優(yōu)化運(yùn)維策略、持續(xù)提升運(yùn)營(yíng)效率的重要技術(shù)。專家?guī)斓慕ㄔO(shè)需要將非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)以高效結(jié)構(gòu)化的方式組織，儲(chǔ)能電站智能運(yùn)維系統(tǒng)通過圖譜的方式將運(yùn)維輸入的非結(jié)構(gòu)化經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的組織，并通過圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行模式識(shí)別和數(shù)據(jù)挖掘，有效提高了運(yùn)維數(shù)據(jù)資產(chǎn)的利用效率。
鋰電池儲(chǔ)能電站智能運(yùn)維系統(tǒng)的主要功能模塊
鋰電池儲(chǔ)能電站智能運(yùn)維系統(tǒng)功能模塊包括三維用戶駕駛艙、智能監(jiān)視、智能巡視、智能安全、智能操作、智能分析等。
鋰電池儲(chǔ)能電站智能運(yùn)維系統(tǒng)的未來展望
相比于傳統(tǒng)的電力設(shè)施數(shù)字化業(yè)務(wù)需求，鋰電池儲(chǔ)能電站智能運(yùn)維系統(tǒng)在電池狀態(tài)估計(jì)業(yè)務(wù)上的需求更為強(qiáng)烈，因?yàn)樗鼘?duì)整站效率的提升有基礎(chǔ)性作用。準(zhǔn)確可靠的電池狀態(tài)估計(jì)主要依賴于算法，高精度算法帶來的高算力消耗和長(zhǎng)時(shí)耗，又引發(fā)了對(duì)高性能計(jì)算及高可靠通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的需求。同時(shí)，作為新興事物，智能運(yùn)維系統(tǒng)的需求多且變化快，微服務(wù)和組件化的低代碼開發(fā)模式可以低成本快速地應(yīng)對(duì)需求變化，運(yùn)維專家?guī)斓慕ㄔO(shè)則可以快速整合新的運(yùn)維經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，優(yōu)化運(yùn)維策略，提升運(yùn)維效率。
鋰電池儲(chǔ)能作為新型電力系統(tǒng)建設(shè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)的主流技術(shù)之一，其市場(chǎng)正在飛速發(fā)展，終局規(guī)?？善?。由于電芯數(shù)量大，它的智能運(yùn)維顯得尤為必要，鋰電池儲(chǔ)能電站智能運(yùn)維系統(tǒng)具有廣闊的應(yīng)用前景。
作者為中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)廣東省電力設(shè)計(jì)研究院有限公司儲(chǔ)能技術(shù)中心工程師。
