中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：4月24-26日，由中國(guó)化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會(huì)儲(chǔ)能應(yīng)用分會(huì)主辦的第九屆中國(guó)國(guó)際儲(chǔ)能大會(huì)在浙江省杭州市洲際酒店召開(kāi)。在4月25日上午的“儲(chǔ)能電站與技術(shù)應(yīng)用（二）專(zhuān)場(chǎng)”，長(zhǎng)園深瑞繼保自動(dòng)化有限公司研發(fā)經(jīng)理張?jiān)圃跁?huì)上分享了主題報(bào)告《長(zhǎng)園深瑞電化學(xué)儲(chǔ)能智能控制、安全運(yùn)維技術(shù)應(yīng)用》，以下為演講實(shí)錄：
張?jiān)?/strong>：各位領(lǐng)導(dǎo)專(zhuān)家，大家上午好！很榮幸能夠代表公司給大家做電化學(xué)儲(chǔ)能智能控制、安全運(yùn)維技術(shù)應(yīng)用。我今天匯報(bào)的內(nèi)容分為四個(gè)部分，分別是儲(chǔ)能控制運(yùn)維領(lǐng)域亟待解決的問(wèn)題、智能控制與安全運(yùn)維方面的探索和沉淀以及對(duì)公司儲(chǔ)能產(chǎn)品與實(shí)踐的簡(jiǎn)要介紹。
亟待解決的問(wèn)題
近幾年，公司以規(guī)劃設(shè)計(jì)服務(wù)商、設(shè)備供應(yīng)與系統(tǒng)集成商、運(yùn)維服務(wù)商、投資運(yùn)營(yíng)主體等多個(gè)角色廣泛參與到了儲(chǔ)能的建設(shè)與運(yùn)營(yíng)活動(dòng)中。2018年到19年，公司參與建設(shè)了江蘇與湖南的電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能的項(xiàng)目。
在這過(guò)程中，我們深刻體會(huì)到當(dāng)前的儲(chǔ)能系統(tǒng)在監(jiān)控與運(yùn)維領(lǐng)域，存在以下幾個(gè)亟待解決的問(wèn)題。
1，儲(chǔ)能系統(tǒng)規(guī)模日漸龐大，從長(zhǎng)旺到芙蓉，儲(chǔ)能站的數(shù)據(jù)量從6萬(wàn)直接上升到了30多萬(wàn)，江蘇正在建設(shè)的南京江北與昆山兩個(gè)儲(chǔ)能站容量將達(dá)到上百兆瓦，數(shù)據(jù)量預(yù)計(jì)能達(dá)到120萬(wàn)，在江蘇鎮(zhèn)江項(xiàng)目安調(diào)過(guò)程中，不少站點(diǎn)出現(xiàn)了系統(tǒng)采集處理遇到瓶頸的問(wèn)題，面對(duì)百兆瓦級(jí)的儲(chǔ)能站，當(dāng)前架構(gòu)難以滿足其全景監(jiān)視控制需求；
2，電網(wǎng)公司快速拔高儲(chǔ)能各子系統(tǒng)在自動(dòng)化領(lǐng)域的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，第一個(gè)站用MODBUS，第二個(gè)站用61850 mms，第三個(gè)站應(yīng)用61850 Goose,能量管理系統(tǒng)的功率控制模塊成為效率的瓶頸；
3，能量管理系統(tǒng)屬于自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)管理，電池與變流器等本體運(yùn)維的專(zhuān)業(yè)管理部門(mén)缺少相應(yīng)的工具，主要依賴(lài)巡視、報(bào)警故障處理等被動(dòng)運(yùn)維手段，外包駐場(chǎng)運(yùn)維成為常態(tài)；
4，缺乏運(yùn)行數(shù)據(jù)的積累，無(wú)法把控儲(chǔ)能系統(tǒng)損耗、故障、衰減等趨勢(shì)，數(shù)據(jù)在站端產(chǎn)生就產(chǎn)生了，一年以后就被滾動(dòng)覆蓋了，這些數(shù)據(jù)最后沒(méi)有產(chǎn)生價(jià)值。
公司做了大量實(shí)踐和沉淀，力圖能夠解決上述問(wèn)題。
智能控制技術(shù)
面對(duì)海量數(shù)據(jù)處理的問(wèn)題，我們將實(shí)時(shí)庫(kù)拆分成若干個(gè)區(qū)域，每個(gè)區(qū)域均有獨(dú)立的采集、處理、計(jì)算、存儲(chǔ)進(jìn)程。
通常情況，電力網(wǎng)絡(luò)（并網(wǎng)線路、母線、儲(chǔ)能進(jìn)線、箱變、站用變等其它負(fù)荷、公共測(cè)控相關(guān)數(shù)據(jù)）為一個(gè)分區(qū)，儲(chǔ)能單元大約30MW（30W數(shù)據(jù)點(diǎn)）為一個(gè)分區(qū)。
模型分區(qū)服務(wù)負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)分區(qū)的范圍與邊界，邊界數(shù)據(jù)在分區(qū)之間進(jìn)行在線交換。如變流器交直流接觸器的狀態(tài)、電池直流開(kāi)關(guān)的狀態(tài)將作為邊界數(shù)據(jù)同步到電力網(wǎng)絡(luò)分區(qū)，支撐網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲葢?yīng)用。
各項(xiàng)基于實(shí)時(shí)庫(kù)的應(yīng)用通過(guò)總線的代理獲取實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)庫(kù)分區(qū)對(duì)應(yīng)用完全透明，主備服務(wù)器之間在線同步數(shù)據(jù)。
總結(jié)起來(lái)就是實(shí)時(shí)庫(kù)分區(qū)處理，邊界數(shù)據(jù)在線交換、應(yīng)用數(shù)據(jù)融合。
實(shí)時(shí)庫(kù)分區(qū)處理的技術(shù)，充分利用多核服務(wù)器的計(jì)算資源，僅使用1組PC服務(wù)器即可支撐百兆瓦級(jí)儲(chǔ)能站的全景采集與監(jiān)視，大幅度節(jié)省了服務(wù)器、系統(tǒng)軟件、屏柜、場(chǎng)地、電源等投入。
跨節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)交互及跨進(jìn)程交互均十分精簡(jiǎn)，在任何情況下不產(chǎn)生數(shù)據(jù)積壓，充分保證了應(yīng)用與控制的實(shí)時(shí)性。
因?yàn)轫?xiàng)目需要，我們?cè)跈?quán)威檢測(cè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行了性能專(zhuān)項(xiàng)檢測(cè)，可以看到在每秒數(shù)萬(wàn)條事項(xiàng)的雪崩環(huán)境下，系統(tǒng)CPU負(fù)荷很低，數(shù)據(jù)變位時(shí)延依然優(yōu)于各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)。
同時(shí)，系統(tǒng)平臺(tái)保持堅(jiān)強(qiáng)可靠，在雪崩條件下進(jìn)行切換、N-1故障，數(shù)據(jù)均無(wú)擾動(dòng)。
功率電壓控制方面，電池儲(chǔ)能系統(tǒng)本身就具有響應(yīng)速度快的特點(diǎn)，因此能量管理系統(tǒng)中的AGVC子站的效率對(duì)整體指令跟蹤的性能有重要的影響。
AGVC子站在進(jìn)行調(diào)節(jié)時(shí)，需要獲知全站的運(yùn)行狀態(tài)。其中：
?-電力網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)：儲(chǔ)能進(jìn)線斷路器狀態(tài)、有功無(wú)功等量測(cè)狀態(tài)以及站用變的狀態(tài)
?-拓?fù)錉顟B(tài)主要是母線分段開(kāi)關(guān)及并網(wǎng)線路狀態(tài)
?-變流器狀態(tài)主要包含：事故告警與閉鎖狀態(tài)、工作模式、以及當(dāng)前充放功率等
?-電池堆狀態(tài)主要包含：事故告警與閉鎖狀態(tài)，SOC、可充可放、空調(diào)消防狀態(tài)等
?-通信狀態(tài)主要為各項(xiàng)控制子對(duì)象的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)
傳統(tǒng)方式的AGVC子站在收到控制指令以后再收集這些信息，對(duì)20MW左右的儲(chǔ)能站來(lái)說(shuō)，這個(gè)過(guò)程會(huì)長(zhǎng)達(dá)2秒。這種設(shè)計(jì)在面向爬坡速度低的逆變器、風(fēng)機(jī)等電源時(shí)，效率上并不會(huì)有大的問(wèn)題，但直接應(yīng)用在電池儲(chǔ)能上，其毫秒級(jí)響應(yīng)的特點(diǎn)就被浪費(fèi)掉了。
因此，我們將數(shù)據(jù)的請(qǐng)求改為流方式的注冊(cè)與推送，任意狀態(tài)變化推送到AGVC模塊時(shí)延<0.2s，時(shí)刻掌握當(dāng)前運(yùn)行斷面，保證控制的速率。
通過(guò)流數(shù)據(jù)推送的拓?fù)錉顟B(tài)，可以快速更新AGVC的運(yùn)行方式。
如一個(gè)的單母3分段的儲(chǔ)能站，出線斷路器與分段母聯(lián)的狀態(tài)會(huì)直接影響AGC和AGC控制對(duì)象的閉鎖狀態(tài)與控制能力。
?-第一種運(yùn)行狀態(tài)：兩個(gè)分段開(kāi)關(guān)均為分位，處于分段運(yùn)行狀態(tài)，此時(shí)分別計(jì)算3個(gè)AVC控制對(duì)象的電壓控制能力，如可增無(wú)功與可減無(wú)功，AGC子站的有功充放電能力完整；
?-第二種運(yùn)行狀態(tài)：出線2斷路器斷開(kāi)，同時(shí)1、2分段母聯(lián)置為合位，此時(shí)出線2的AVC控制對(duì)象閉鎖，它的控制能力將轉(zhuǎn)移到對(duì)象1，AGC子站的有功充放電能力完整
?-第三種運(yùn)行狀態(tài)：出線2斷路器斷開(kāi)，同時(shí)1、2分段母聯(lián)也處于分位，此時(shí)出線2的AVC控制對(duì)象閉鎖，分別計(jì)算1、3個(gè)控制對(duì)象的電壓控制能力，AGC與AVC的控制能力均降低
在執(zhí)行AGC指令時(shí)，為了能夠得到更好的精度、提升可用率與經(jīng)濟(jì)效益，我們也實(shí)現(xiàn)了一些優(yōu)化控制策略。
?-損耗修正控制:對(duì)站用損耗、變壓器損耗、集電線路損耗進(jìn)行補(bǔ)償，疊加歷史數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)當(dāng)前指令對(duì)應(yīng)的損耗加以補(bǔ)償，并根據(jù)實(shí)時(shí)采樣持續(xù)修正，利用變流器長(zhǎng)時(shí)10%超額運(yùn)行的能力補(bǔ)償滿放損耗
?-SOC加權(quán)控制：為了保持各電池堆容量的一致性，采用SOC加權(quán)，差異化控制每個(gè)電池堆充放電功率，如放電時(shí)，高SOC的儲(chǔ)能單元的放電功率會(huì)適當(dāng)高一些，
?-經(jīng)濟(jì)優(yōu)化控制：在拒絕執(zhí)行指令遭受罰款、立即響應(yīng)指令取得收益、防止電池深度充放電折損壽命三者間取得平衡。
這是我們其中一個(gè)項(xiàng)目上調(diào)度主站視角的AGC隨動(dòng)曲線，其中黃色曲線是調(diào)度指令，綠色的并網(wǎng)點(diǎn)有功，可以看到指令的跟隨幾乎重疊。隨動(dòng)時(shí)延約3s，精度<1%，AVC調(diào)節(jié)時(shí)間<5s，一般2輪即可調(diào)節(jié)到位。
AGC隨動(dòng)時(shí)延大部分在協(xié)議轉(zhuǎn)換上（MODUBS轉(zhuǎn)104），以后儲(chǔ)能站的設(shè)計(jì)普遍拔高，全面采用61850 mms，控制速度進(jìn)一步提升。
能量管理系統(tǒng)AGC模塊自身，在百兆瓦級(jí)儲(chǔ)能測(cè)試環(huán)境下，有功與無(wú)功控制時(shí)延小于0.2秒。
智能運(yùn)維技術(shù)
通過(guò)儲(chǔ)能項(xiàng)目的咨詢(xún)、建設(shè)運(yùn)營(yíng)，我們發(fā)現(xiàn)有多個(gè)主體需要采集儲(chǔ)能站的各項(xiàng)信息。電網(wǎng)公司一側(cè)主要有：
?-省調(diào)水新處
?-設(shè)備部，是運(yùn)維的主要?dú)w口部門(mén)，智輔中心將在各個(gè)地市建設(shè)，其中儲(chǔ)能站直流側(cè)的全量信息采集是其中一個(gè)重要部分
?-省電科院，基于電網(wǎng)調(diào)度與運(yùn)檢業(yè)務(wù)支撐的目的
投資主體主要是：
?-電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能的投資主體，如省綜合能源服務(wù)公司；
?-電源側(cè)儲(chǔ)能的投資主體；
?-用戶側(cè)儲(chǔ)能的投資主體。
各主體均強(qiáng)烈希望能夠得到全量的數(shù)據(jù)，以支撐起其自身科研、運(yùn)維、考核評(píng)價(jià)等業(yè)務(wù)。
目前電力系統(tǒng)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸主要有兩種方式：電力規(guī)約與E文件。
電力規(guī)約適用于廠站與調(diào)度中心通信，主要依賴(lài)點(diǎn)表進(jìn)行約定，不能自描述，錄入與調(diào)試?yán)щy。單鏈路承載數(shù)據(jù)量有限，104單鏈路大約能支持25000個(gè)數(shù)據(jù)，只能支撐2MW電池信息的傳遞，大型儲(chǔ)能站可能需要數(shù)十個(gè)鏈路。自定義擴(kuò)展困難，以104為例，無(wú)標(biāo)準(zhǔn)歷史數(shù)據(jù)傳遞ASDU，私有擴(kuò)展缺乏普適性
E文件適用于調(diào)度中心系統(tǒng)之間簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)交換。E文件同樣沒(méi)有模式文件，格式同樣依賴(lài)約定。行列模式，不支持增量信息傳遞，帶寬成本高，擴(kuò)展困難。
綜合起來(lái)看，目前兩種成熟協(xié)議均難以適用儲(chǔ)能站的場(chǎng)景。
因此，從自描述、高效、易擴(kuò)展、安全四個(gè)方面綜合考慮，我們采用了REST接口+JSON的通信方式。其中JSON分為兩個(gè)部分，靜態(tài)描述與動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)。
靜態(tài)描述JSON類(lèi)似于智能變電站的SCD文件，當(dāng)然結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單易讀，提供全站所有設(shè)備數(shù)據(jù)模板及其實(shí)例、相關(guān)的報(bào)警限值、一二次設(shè)備對(duì)應(yīng)關(guān)系等描述。既適用于智能設(shè)備，也適用于電度表等非智能設(shè)備。站端在完成模型與數(shù)據(jù)調(diào)試后，離線提供描述JSON到運(yùn)維數(shù)據(jù)平臺(tái)。
動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)JSON類(lèi)似于電力規(guī)約，描述帶時(shí)標(biāo)的數(shù)據(jù)，支持召喚與突變。描述JSON充分?jǐn)U展了標(biāo)簽的描述能力，可以描述通用變位、SOE、數(shù)組類(lèi)型數(shù)據(jù)、補(bǔ)招數(shù)據(jù)以及數(shù)據(jù)質(zhì)量位等。
同時(shí)，在傳輸過(guò)程中采用gzip壓縮，整體帶寬占用相比電力歸于沒(méi)有顯著的增大。
最后，信息子站通過(guò)REST接口與數(shù)據(jù)中心交互，采用TLS加密的鏈路，保證數(shù)據(jù)安全。
在電網(wǎng)側(cè)、電源側(cè)的場(chǎng)景下，儲(chǔ)能信息子站采用二、三區(qū)跨區(qū)部署的方式，其中二區(qū)部署數(shù)據(jù)鏡像服務(wù)器，采集站內(nèi)的全量數(shù)據(jù)，三區(qū)部署數(shù)據(jù)匯聚服務(wù)器，負(fù)責(zé)與運(yùn)維數(shù)據(jù)平臺(tái)的交互。傳輸通道主要依賴(lài)調(diào)度信息網(wǎng)。
在用戶側(cè)場(chǎng)景下，數(shù)據(jù)鏡像與匯聚服務(wù)器合二為一，并可以通過(guò)通過(guò)加密鏈路在公共網(wǎng)絡(luò)上實(shí)現(xiàn)安全的數(shù)據(jù)交互。
平臺(tái)端采用OpenShift容器云構(gòu)建。每個(gè)儲(chǔ)能站均有一組采集、存儲(chǔ)、計(jì)算、人機(jī)界面服務(wù)容器組合共同支撐。容器所需的資源，如塊存儲(chǔ)、計(jì)算核數(shù)、內(nèi)存可針對(duì)儲(chǔ)能站的規(guī)模彈性擴(kuò)展。如1MW的用戶側(cè)儲(chǔ)能分配60G的塊存儲(chǔ)即可滿足2年的存儲(chǔ)需求，而10MW則可以按需分配，隨著服務(wù)時(shí)長(zhǎng)分階段分配存儲(chǔ)空間。
這套架構(gòu)的技術(shù)特點(diǎn)是：
?-客戶空間進(jìn)程級(jí)、文件級(jí)隔離，安全可靠；
?-采集、存儲(chǔ)、計(jì)算、人機(jī)交互松耦合，由OpenStack引擎自動(dòng)監(jiān)視維護(hù)容器的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)高可用；
?-模型、數(shù)據(jù)使用REST接口對(duì)客戶開(kāi)放，支持二次開(kāi)發(fā)，客戶可據(jù)此實(shí)現(xiàn)自有的報(bào)表、分析等應(yīng)用。
以上是平臺(tái)目前已經(jīng)構(gòu)建的應(yīng)用以及部分截圖。
關(guān)于我們
長(zhǎng)園深瑞繼保自動(dòng)化有限公司于1994年成立，是電力系統(tǒng)自動(dòng)化和智能化知名品牌。
公司圍繞圍繞“發(fā)、輸、變、配、用”5大電力環(huán)節(jié)，為用戶提供電力行業(yè)設(shè)備、解決方案和系統(tǒng)集成與咨詢(xún)?cè)O(shè)計(jì)服務(wù)。
近年來(lái)，公司充分利用多年產(chǎn)品技術(shù)和工程經(jīng)驗(yàn)，推出了一系列完善的儲(chǔ)能解決方案。產(chǎn)品涵蓋儲(chǔ)能監(jiān)控與能量管理系統(tǒng)、微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)、儲(chǔ)能運(yùn)維系統(tǒng)、儲(chǔ)能變流器、協(xié)調(diào)控制器、智能并網(wǎng)柜、DC-DC變換器以及相關(guān)的仿真培訓(xùn)與檢測(cè)智能化工具。
長(zhǎng)園深瑞的儲(chǔ)能產(chǎn)品線已經(jīng)在諸如鎮(zhèn)江長(zhǎng)旺、長(zhǎng)沙芙蓉等電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能以及其它類(lèi)型的項(xiàng)目中實(shí)現(xiàn)了高質(zhì)量交付。公司將持續(xù)以技術(shù)創(chuàng)新為動(dòng)力，在服務(wù)能源行業(yè)道路上不斷前行。
以上是我報(bào)告的全部?jī)?nèi)容，歡迎各位領(lǐng)導(dǎo)專(zhuān)家批評(píng)指正，謝謝！
