中國儲能網訊：實現(xiàn)“雙碳”目標，建設以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)已成為共識。由于新能源發(fā)電的波動性和隨機性，原來的“源隨荷動”模式不再適用，必須依靠儲能等措施，實現(xiàn)“源網荷儲”的協(xié)調互動，以保證電力供需的動態(tài)平衡。
在各種新型儲能技術中，電化學儲能由于具備良好的實時調節(jié)性能和較高的能量密度，成為了中短期內主流儲能技術，其中鋰電池儲能由于具有高功率密度、長循環(huán)壽命和無記憶效應等特點而成為技術主流。
對鋰電池儲能電站而言，安全、循環(huán)壽命和成本控制的關鍵在于能否提供準確實時的電池狀態(tài)估計信息和便捷高效的控制方法，尤其是前者。儲能電站需要成組的鋰離子電池作為驅動力，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。在運行過程中，常見的問題是電池狀態(tài)的估計不準，進而導致均衡控制失誤，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，嚴重時會引起起火爆炸的事故。
由于復雜的物理化學變化，電池狀態(tài)的估計問題是典型的非線性時變系統(tǒng)問題，儲能基礎系統(tǒng)的估計精度較差，同時在易用性上也有較多不足，難以滿足鋰電池儲能電站的發(fā)展需求。
而智能運維系統(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)據驅動的儲能增值業(yè)務系統(tǒng)，它結合人工智能、數(shù)字孿生等新技術，可以通過建立儲能電站的數(shù)字模型，實現(xiàn)對電站電池和系統(tǒng)設備運行狀態(tài)的實時監(jiān)測、數(shù)據分析和預測預警等功能，并提供動態(tài)三維展示，以便于實現(xiàn)電池的高效精準控制，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。
鋰電池儲能電站智能運維系統(tǒng)有哪些關鍵技術？
鋰電池儲能電站智能運維系統(tǒng)的建設需要多方面技術的融合，其中最為關鍵的技術有：高精度電池狀態(tài)估計算法和高性能計算技術、三維數(shù)字孿生技術、微服務和組件化代碼開發(fā)技術、高可靠組網通訊技術、電池管理專家?guī)旒夹g。
高精度電池狀態(tài)估計算法和高性能計算技術
電池狀態(tài)估計是實現(xiàn)精準管控的基礎，是保持電池一致性、提升運行效率和循環(huán)壽命、提升安全性的最關鍵因素。
電池狀態(tài)估計算法利用全維度特征提取技術和層次化識別方法，實現(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)估計精準性，降低荷電狀態(tài)不確定性，通過對出力最優(yōu)化配置，實現(xiàn)規(guī)范性控制。
具體來看，運行中電池狀態(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）估計為根本，其他狀態(tài)估計可依托于SOC估計展開。
對SOC估計而言，目前的主要研究方法分為傳統(tǒng)開環(huán)估計、基于電路模型的方法、基于電化學模型的方法和數(shù)據驅動的方法四類，各類方法應用情況不同：傳統(tǒng)開環(huán)估計算法簡單，但精度不足，一般較少應用；電化學模型過于復雜，不具備實用性，目前還未見商業(yè)應用；電路模型的方法精度和復雜度適中，是目前商用產品的主流技術，但仍存有精度不足的缺點；數(shù)據驅動的方法具備較強的潛力，是目前研究的熱點。
智能運維系統(tǒng)采用數(shù)據驅動與電路模型融合的算法，結合深度學習強大的擬合能力和電路模型較強的狀態(tài)空間抽象能力，提升電池狀態(tài)估計精度和穩(wěn)健性。
然而，電池智能狀態(tài)估計高精度算法同時帶來了高算力消耗和長時耗，基于全壽命周期公開數(shù)據集的測試結果驗證了這一點，因此，提升計算效率和實時性是應用高精度算法的關鍵。
智能運維系統(tǒng)采用高性能計算的主流技術是并行計算和分布式計算，以提升計算性能。并行計算用于高精度算法訓練，分布式計算用于高精度算法的測試、輸出狀態(tài)估計結果。
數(shù)字孿生技術
數(shù)字孿生技術是智能運維系統(tǒng)的另一項關鍵技術，通過建立儲能電站的三維數(shù)字模型，可以實現(xiàn)對電站設備和運行狀態(tài)的實時監(jiān)測、數(shù)據分析和預測預警等功能。三維數(shù)字孿生技術可以將儲能電站的設備、管道、電纜等各個元素進行三維建模，實現(xiàn)對電站的全面可視化和實時數(shù)據監(jiān)測，從而為運營決策提供準確可靠的數(shù)據支持。
微服務和低代碼開發(fā)技術
微服務和低代碼開發(fā)技術也是智能運維系統(tǒng)的重要支撐技術。通過微服務架構，可以將數(shù)字孿生平臺拆分成多個獨立的服務模塊，從而實現(xiàn)模塊化、可擴展和快速開發(fā)的目的。低代碼開發(fā)技術可以讓運維人員通過簡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，從而大大提高平臺的開發(fā)效率和靈活性。
高可靠通信技術
高可靠的通信技術也是智能運維系統(tǒng)的重要支撐技術。儲能電站智能運維系統(tǒng)需要對各種設備和運行參數(shù)進行實時監(jiān)測和分析，因此需要具備高可靠的通信技術。高可靠通信技術可以確保數(shù)據在傳輸過程中的完整性、實時性和安全性，從而保證智能運維系統(tǒng)的正常運行和數(shù)據準確性。
高可靠通信技術采用設備、組網、協(xié)議等多方面設計，實現(xiàn)業(yè)務QOS保障以及端到端的毫秒級保護，并利用軟件定義網絡（SDN）與智能運維平臺的分布式計算業(yè)務進行聯(lián)合優(yōu)化，以提升網絡和計算資源的利用效率。
電池管理專家?guī)旒夹g
電池管理專家?guī)旒夹g也是智能運維系統(tǒng)的重要支撐技術。電池管理專家?guī)焓欠e累運維經驗、優(yōu)化運維策略、持續(xù)提升運營效率的重要技術。專家?guī)斓慕ㄔO需要將非結構化數(shù)據以高效結構化的方式組織，儲能電站智能運維系統(tǒng)通過圖譜的方式將運維輸入的非結構化經驗數(shù)據進行有效的組織，并通過圖神經網絡進行模式識別和數(shù)據挖掘，有效提高了運維數(shù)據資產的利用效率。
鋰電池儲能電站智能運維系統(tǒng)的主要功能模塊
鋰電池儲能電站智能運維系統(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。
鋰電池儲能電站智能運維系統(tǒng)的未來展望
相比于傳統(tǒng)的電力設施數(shù)字化業(yè)務需求，鋰電池儲能電站智能運維系統(tǒng)在電池狀態(tài)估計業(yè)務上的需求更為強烈，因為它對整站效率的提升有基礎性作用。準確可靠的電池狀態(tài)估計主要依賴于算法，高精度算法帶來的高算力消耗和長時耗，又引發(fā)了對高性能計算及高可靠通信網絡技術的需求。同時，作為新興事物，智能運維系統(tǒng)的需求多且變化快，微服務和組件化的低代碼開發(fā)模式可以低成本快速地應對需求變化，運維專家?guī)斓慕ㄔO則可以快速整合新的運維經驗數(shù)據，優(yōu)化運維策略，提升運維效率。
鋰電池儲能作為新型電力系統(tǒng)建設關鍵環(huán)節(jié)的主流技術之一，其市場正在飛速發(fā)展，終局規(guī)模可期。由于電芯數(shù)量大，它的智能運維顯得尤為必要，鋰電池儲能電站智能運維系統(tǒng)具有廣闊的應用前景。
作者為中國能源建設集團廣東省電力設計研究院有限公司儲能技術中心工程師。
