中國儲能網(wǎng)訊：4月24-26日，由中國化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會儲能應(yīng)用分會主辦的第九屆中國國際儲能大會在浙江省杭州市洲際酒店召開。在4月25日上午的“儲能電站與技術(shù)應(yīng)用（二）專場”，長園深瑞繼保自動化有限公司研發(fā)經(jīng)理張云在會上分享了主題報告《長園深瑞電化學(xué)儲能智能控制、安全運維技術(shù)應(yīng)用》，以下為演講實錄：
張云：各位領(lǐng)導(dǎo)專家，大家上午好！很榮幸能夠代表公司給大家做電化學(xué)儲能智能控制、安全運維技術(shù)應(yīng)用。我今天匯報的內(nèi)容分為四個部分，分別是儲能控制運維領(lǐng)域亟待解決的問題、智能控制與安全運維方面的探索和沉淀以及對公司儲能產(chǎn)品與實踐的簡要介紹。
亟待解決的問題
近幾年，公司以規(guī)劃設(shè)計服務(wù)商、設(shè)備供應(yīng)與系統(tǒng)集成商、運維服務(wù)商、投資運營主體等多個角色廣泛參與到了儲能的建設(shè)與運營活動中。2018年到19年，公司參與建設(shè)了江蘇與湖南的電網(wǎng)側(cè)儲能的項目。
在這過程中，我們深刻體會到當前的儲能系統(tǒng)在監(jiān)控與運維領(lǐng)域，存在以下幾個亟待解決的問題。
1，儲能系統(tǒng)規(guī)模日漸龐大，從長旺到芙蓉，儲能站的數(shù)據(jù)量從6萬直接上升到了30多萬，江蘇正在建設(shè)的南京江北與昆山兩個儲能站容量將達到上百兆瓦，數(shù)據(jù)量預(yù)計能達到120萬，在江蘇鎮(zhèn)江項目安調(diào)過程中，不少站點出現(xiàn)了系統(tǒng)采集處理遇到瓶頸的問題，面對百兆瓦級的儲能站，當前架構(gòu)難以滿足其全景監(jiān)視控制需求；
2，電網(wǎng)公司快速拔高儲能各子系統(tǒng)在自動化領(lǐng)域的建設(shè)標準，第一個站用MODBUS，第二個站用61850 mms，第三個站應(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)屬于自動化專業(yè)管理，電池與變流器等本體運維的專業(yè)管理部門缺少相應(yīng)的工具，主要依賴巡視、報警故障處理等被動運維手段，外包駐場運維成為常態(tài)；
4，缺乏運行數(shù)據(jù)的積累，無法把控儲能系統(tǒng)損耗、故障、衰減等趨勢，數(shù)據(jù)在站端產(chǎn)生就產(chǎn)生了，一年以后就被滾動覆蓋了，這些數(shù)據(jù)最后沒有產(chǎn)生價值。
公司做了大量實踐和沉淀，力圖能夠解決上述問題。
智能控制技術(shù)
面對海量數(shù)據(jù)處理的問題，我們將實時庫拆分成若干個區(qū)域，每個區(qū)域均有獨立的采集、處理、計算、存儲進程。
通常情況，電力網(wǎng)絡(luò)（并網(wǎng)線路、母線、儲能進線、箱變、站用變等其它負荷、公共測控相關(guān)數(shù)據(jù)）為一個分區(qū)，儲能單元大約30MW（30W數(shù)據(jù)點）為一個分區(qū)。
模型分區(qū)服務(wù)負責協(xié)調(diào)分區(qū)的范圍與邊界，邊界數(shù)據(jù)在分區(qū)之間進行在線交換。如變流器交直流接觸器的狀態(tài)、電池直流開關(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)拓撲著色等應(yīng)用。
各項基于實時庫的應(yīng)用通過總線的代理獲取實時數(shù)據(jù)，實時庫分區(qū)對應(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)起來就是實時庫分區(qū)處理，邊界數(shù)據(jù)在線交換、應(yīng)用數(shù)據(jù)融合。
實時庫分區(qū)處理的技術(shù)，充分利用多核服務(wù)器的計算資源，僅使用1組PC服務(wù)器即可支撐百兆瓦級儲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、場地、電源等投入。
跨節(jié)點數(shù)據(jù)交互及跨進程交互均十分精簡，在任何情況下不產(chǎn)生數(shù)據(jù)積壓，充分保證了應(yīng)用與控制的實時性。
因為項目需要，我們在權(quán)威檢測機構(gòu)進行了性能專項檢測，可以看到在每秒數(shù)萬條事項的雪崩環(huán)境下，系統(tǒng)CPU負荷很低，數(shù)據(jù)變位時延依然優(yōu)于各項標準。
同時，系統(tǒng)平臺保持堅強可靠，在雪崩條件下進行切換、N-1故障，數(shù)據(jù)均無擾動。
功率電壓控制方面，電池儲能系統(tǒng)本身就具有響應(yīng)速度快的特點，因此能量管理系統(tǒng)中的AGVC子站的效率對整體指令跟蹤的性能有重要的影響。
AGVC子站在進行調(diào)節(jié)時，需要獲知全站的運行狀態(tài)。其中：
?-電力網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)：儲能進線斷路器狀態(tài)、有功無功等量測狀態(tài)以及站用變的狀態(tài)
?-拓撲狀態(tài)主要是母線分段開關(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)主要為各項控制子對象的網(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20MW左右的儲能站來說，這個過程會長達2秒。這種設(shè)計在面向爬坡速度低的逆變器、風機等電源時，效率上并不會有大的問題，但直接應(yīng)用在電池儲能上，其毫秒級響應(yīng)的特點就被浪費掉了。
因此，我們將數(shù)據(jù)的請求改為流方式的注冊與推送，任意狀態(tài)變化推送到AGVC模塊時延<0.2s，時刻掌握當前運行斷面，保證控制的速率。
通過流數(shù)據(jù)推送的拓撲狀態(tài)，可以快速更新AGVC的運行方式。
如一個的單母3分段的儲能站，出線斷路器與分段母聯(lián)的狀態(tài)會直接影響AGC和AGC控制對象的閉鎖狀態(tài)與控制能力。
?-第一種運行狀態(tài)：兩個分段開關(guān)均為分位，處于分段運行狀態(tài)，此時分別計算3個AVC控制對象的電壓控制能力，如可增無功與可減無功，AGC子站的有功充放電能力完整；
?-第二種運行狀態(tài)：出線2斷路器斷開，同時1、2分段母聯(lián)置為合位，此時出線2的AVC控制對象閉鎖，它的控制能力將轉(zhuǎn)移到對象1，AGC子站的有功充放電能力完整
?-第三種運行狀態(tài)：出線2斷路器斷開，同時1、2分段母聯(lián)也處于分位，此時出線2的AVC控制對象閉鎖，分別計算1、3個控制對象的電壓控制能力，AGC與AVC的控制能力均降低
在執(zhí)行AGC指令時，為了能夠得到更好的精度、提升可用率與經(jīng)濟效益，我們也實現(xiàn)了一些優(yōu)化控制策略。
?-損耗修正控制:對站用損耗、變壓器損耗、集電線路損耗進行補償，疊加歷史數(shù)據(jù)預(yù)測當前指令對應(yīng)的損耗加以補償，并根據(jù)實時采樣持續(xù)修正，利用變流器長時10%超額運行的能力補償滿放損耗
?-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)，差異化控制每個電池堆充放電功率，如放電時，高SOC的儲能單元的放電功率會適當高一些，
?-經(jīng)濟優(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。
這是我們其中一個項目上調(diào)度主站視角的AGC隨動曲線，其中黃色曲線是調(diào)度指令，綠色的并網(wǎng)點有功，可以看到指令的跟隨幾乎重疊。隨動時延約3s，精度<1%，AVC調(diào)節(jié)時間<5s，一般2輪即可調(diào)節(jié)到位。
AGC隨動時延大部分在協(xié)議轉(zhuǎn)換上（MODUBS轉(zhuǎn)104），以后儲能站的設(shè)計普遍拔高，全面采用61850 mms，控制速度進一步提升。
能量管理系統(tǒng)AGC模塊自身，在百兆瓦級儲能測試環(huán)境下，有功與無功控制時延小于0.2秒。
智能運維技術(shù)
通過儲能項目的咨詢、建設(shè)運營，我們發(fā)現(xiàn)有多個主體需要采集儲能站的各項信息。電網(wǎng)公司一側(cè)主要有：
?-省調(diào)水新處
?-設(shè)備部，是運維的主要歸口部門，智輔中心將在各個地市建設(shè)，其中儲能站直流側(cè)的全量信息采集是其中一個重要部分
?-省電科院，基于電網(wǎng)調(diào)度與運檢業(yè)務(wù)支撐的目的
投資主體主要是：
?-電網(wǎng)側(cè)儲能的投資主體，如省綜合能源服務(wù)公司；
?-電源側(cè)儲能的投資主體；
?-用戶側(cè)儲能的投資主體。
各主體均強烈希望能夠得到全量的數(shù)據(jù)，以支撐起其自身科研、運維、考核評價等業(yè)務(wù)。
目前電力系統(tǒng)遠程數(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，主要依賴點表進行約定，不能自描述，錄入與調(diào)試困難。單鏈路承載數(shù)據(jù)量有限，104單鏈路大約能支持25000個數(shù)據(jù)，只能支撐2MW電池信息的傳遞，大型儲能站可能需要數(shù)十個鏈路。自定義擴展困難，以104為例，無標準歷史數(shù)據(jù)傳遞ASDU，私有擴展缺乏普適性
E文件適用于調(diào)度中心系統(tǒng)之間簡單數(shù)據(jù)交換。E文件同樣沒有模式文件，格式同樣依賴約定。行列模式，不支持增量信息傳遞，帶寬成本高，擴展困難。
綜合起來看，目前兩種成熟協(xié)議均難以適用儲能站的場景。
因此，從自描述、高效、易擴展、安全四個方面綜合考慮，我們采用了REST接口+JSON的通信方式。其中JSON分為兩個部分，靜態(tài)描述與動態(tài)數(shù)據(jù)。
靜態(tài)描述JSON類似于智能變電站的SCD文件，當然結(jié)構(gòu)非常簡單易讀，提供全站所有設(shè)備數(shù)據(jù)模板及其實例、相關(guān)的報警限值、一二次設(shè)備對應(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到運維數(shù)據(jù)平臺。
動態(tài)數(shù)據(jù)JSON類似于電力規(guī)約，描述帶時標的數(shù)據(jù)，支持召喚與突變。描述JSON充分擴展了標簽的描述能力，可以描述通用變位、SOE、數(shù)組類型數(shù)據(jù)、補招數(shù)據(jù)以及數(shù)據(jù)質(zhì)量位等。
同時，在傳輸過程中采用gzip壓縮，整體帶寬占用相比電力歸于沒有顯著的增大。
最后，信息子站通過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)的場景下，儲能信息子站采用二、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，負責與運維數(shù)據(jù)平臺的交互。傳輸通道主要依賴調(diào)度信息網(wǎng)。
在用戶側(cè)場景下，數(shù)據(jù)鏡像與匯聚服務(wù)器合二為一，并可以通過通過加密鏈路在公共網(wǎng)絡(luò)上實現(xiàn)安全的數(shù)據(jù)交互。
平臺端采用OpenShift容器云構(gòu)建。每個儲能站均有一組采集、存儲、計算、人機界面服務(wù)容器組合共同支撐。容器所需的資源，如塊存儲、計算核數(shù)、內(nèi)存可針對儲能站的規(guī)模彈性擴展。如1MW的用戶側(cè)儲能分配60G的塊存儲即可滿足2年的存儲需求，而10MW則可以按需分配，隨著服務(wù)時長分階段分配存儲空間。
這套架構(gòu)的技術(shù)特點是：
?-客戶空間進程級、文件級隔離，安全可靠；
?-采集、存儲、計算、人機交互松耦合，由OpenStack引擎自動監(jiān)視維護容器的運行狀態(tài)，實現(xiàn)高可用；
?-模型、數(shù)據(jù)使用REST接口對客戶開放，支持二次開發(fā)，客戶可據(jù)此實現(xiàn)自有的報表、分析等應(yīng)用。
以上是平臺目前已經(jīng)構(gòu)建的應(yīng)用以及部分截圖。
關(guān)于我們
長園深瑞繼保自動化有限公司于1994年成立，是電力系統(tǒng)自動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)集成與咨詢設(shè)計服務(wù)。
近年來，公司充分利用多年產(chǎn)品技術(shù)和工程經(jīng)驗，推出了一系列完善的儲能解決方案。產(chǎn)品涵蓋儲能監(jiān)控與能量管理系統(tǒng)、微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)、儲能運維系統(tǒng)、儲能變流器、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)與檢測智能化工具。
長園深瑞的儲能產(chǎn)品線已經(jīng)在諸如鎮(zhèn)江長旺、長沙芙蓉等電網(wǎng)側(cè)儲能以及其它類型的項目中實現(xiàn)了高質(zhì)量交付。公司將持續(xù)以技術(shù)創(chuàng)新為動力，在服務(wù)能源行業(yè)道路上不斷前行。
以上是我報告的全部內(nèi)容，歡迎各位領(lǐng)導(dǎo)專家批評指正，謝謝！
