儲能電站監(jiān)控系統(tǒng)的多模塊集成交互技術(shù)

于 海，蔣應(yīng)偉，鐘 旭

(1.南瑞集團(tuán)公司，江蘇 南京 211000；2.國電南瑞科技股份有限公司，江蘇 南京 211000；3.國電南瑞南京控制系統(tǒng)有限公司，江蘇 南京 211000)

0 引言

新能源發(fā)電正在大力推廣，但其自身又具有隨機(jī)性，如果大規(guī)模發(fā)展，會影響電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行[1]。儲能技術(shù)在很大程度上解決了新能源發(fā)電波動和隨機(jī)性的特點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)新能源發(fā)電的平滑輸出，提高電網(wǎng)的穩(wěn)定性[2]。儲能電站監(jiān)控系統(tǒng)是儲能系統(tǒng)的重要組成部分，是儲能系統(tǒng)的大腦和交互中樞，對上負(fù)責(zé)和調(diào)度的信息交互以及數(shù)據(jù)的維護(hù)操作，對下負(fù)責(zé)整個儲能系統(tǒng)的充、放電管理和安全監(jiān)測，是儲能的關(guān)鍵技術(shù)之一[3]。

目前，已存在的大規(guī)模儲能電站僅電池單體信息量就已達(dá)百萬級別，監(jiān)控平臺需要對其進(jìn)行有秩序的管理和監(jiān)控。這就對整個電站監(jiān)控系統(tǒng)的通信和控制系統(tǒng)提出了較高的要求，在“能源互聯(lián)網(wǎng)”大背景下，實(shí)現(xiàn)“變電站”和“儲能電站”的融合尤為重要，常規(guī)監(jiān)控技術(shù)已無法滿足現(xiàn)場實(shí)際應(yīng)用需求[4]。

1 傳統(tǒng)儲能監(jiān)控系統(tǒng)

傳統(tǒng)的儲能監(jiān)控系統(tǒng)包含了監(jiān)控后臺、全站能量管理系統(tǒng)(Energy Management System，EMS)、自動發(fā)電控制裝置(Automatic Generation Control，AGC)，自動電壓控制裝置(Automatic Voltage Control，AVC)、遠(yuǎn)動工作站。其中，監(jiān)控后臺負(fù)責(zé)站內(nèi)電池管理系統(tǒng)(Battery Management System，BMS)和功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)(Power Convert System，PCS)的狀態(tài)展示，EMS負(fù)責(zé)對PCS下達(dá)控制指令，AGC負(fù)責(zé)站內(nèi)自動發(fā)電控制，AVC負(fù)責(zé)站內(nèi)電壓自動調(diào)節(jié)，遠(yuǎn)動工作站負(fù)責(zé)將站內(nèi)信號上送主站并接收主站的控制操作?，F(xiàn)有的儲能系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。可以看出，儲能站內(nèi)的遙信和遙測信息一方面?zhèn)魉徒o監(jiān)控后臺進(jìn)行界面展示，另一方面?zhèn)魉椭吝h(yuǎn)動工作站，再由遠(yuǎn)動工作站上傳給調(diào)度主站。控制指令一般由主站發(fā)起，經(jīng)過遠(yuǎn)動機(jī)轉(zhuǎn)給AGC或AVC裝置，指令最后由EMS進(jìn)行分析處理，分發(fā)給站內(nèi)的PCS裝置。傳統(tǒng)的儲能監(jiān)控系統(tǒng)存在以下幾個缺點(diǎn)。

(1)系統(tǒng)中設(shè)備過多，從主站執(zhí)行控制操作時需要經(jīng)過多個裝置才能最終將控制命令下達(dá)給站內(nèi)裝置，控制流程的復(fù)雜會導(dǎo)致控制執(zhí)行的時間過長，經(jīng)過的裝置過多會導(dǎo)致控制操作受網(wǎng)絡(luò)影響，穩(wěn)定性較差。

圖1 傳統(tǒng)儲能系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

(2)監(jiān)控后臺和EMS之間沒有交互機(jī)制，主站控制操作的詳細(xì)信息監(jiān)控后臺無法獲取展示，EMS裝置一般只有小液晶屏，所以現(xiàn)場運(yùn)行維護(hù)人員無法及時看到更全面的遠(yuǎn)方控制操作信息。

(3)監(jiān)控后臺和遠(yuǎn)動工作站間沒有交互機(jī)制，由于遠(yuǎn)動工作站基本都是不帶顯示器的工控機(jī)，導(dǎo)致遠(yuǎn)動工作站設(shè)備運(yùn)行情況現(xiàn)場的維護(hù)人員無法在監(jiān)控后臺界面上進(jìn)行監(jiān)視，存在無法及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備隱患的問題。

2 多模塊集成化儲能監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

針對傳統(tǒng)儲能系統(tǒng)中設(shè)備過多、控制流程復(fù)雜、監(jiān)控后臺和遠(yuǎn)動工作站間沒有交互機(jī)制等問題，文章優(yōu)化了儲能監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框架，設(shè)計(jì)監(jiān)控后臺和EMS、遠(yuǎn)動工作站間的內(nèi)部交互機(jī)制，實(shí)現(xiàn)儲能電站監(jiān)控系統(tǒng)多模塊集成，為“變電站”和“儲能電站”的融合打好基礎(chǔ)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 多模塊集成化的儲能系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

模塊式集成化的儲能電站綜合管理系統(tǒng)主要包含一套集成了AGC，AVC，EMS模塊的監(jiān)控后臺以及一套與監(jiān)控后臺可以進(jìn)行數(shù)據(jù)交互的遠(yuǎn)動工作站。其中，遠(yuǎn)動工作站主要用于接收調(diào)度主站下發(fā)的控制命令，并向儲能監(jiān)控后臺轉(zhuǎn)發(fā)所述的控制命令以及自身的設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。儲能監(jiān)控后臺主要接收和響應(yīng)遠(yuǎn)動工作站轉(zhuǎn)發(fā)的遠(yuǎn)方控制命令以及遠(yuǎn)動工作站的設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，將遠(yuǎn)動工作站的設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)在后臺人機(jī)界面中展示，將遠(yuǎn)動控制命令通過AGC，AVC和儲能EMS模塊處理后分發(fā)給站內(nèi)的PCS裝置。

在整套系統(tǒng)中，AGC，AVC和儲能EMS模塊之間的交互通過內(nèi)部消息總線完成，遠(yuǎn)動工作站和監(jiān)控后臺之間的交互利用UDP儲能內(nèi)部數(shù)據(jù)交互技術(shù)實(shí)現(xiàn)。

3 基于UDP的儲能內(nèi)部數(shù)據(jù)交互技術(shù)

一個典型的儲能站至少包含兩臺儲能監(jiān)控后臺和兩臺遠(yuǎn)動工作站，兩臺儲能監(jiān)控后臺互為主備機(jī)，兩臺遠(yuǎn)動工作站一般都是雙主機(jī)模式。利用UDP協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)交互可以適應(yīng)多后臺多遠(yuǎn)動的模式。

3.1 交互流程設(shè)計(jì)

(1)遠(yuǎn)動工作站和后臺定時會發(fā)送自身的基本信息，如遠(yuǎn)動工作站收到后臺的基本信息后，會將該后臺的基本信息存入該遠(yuǎn)動的信息交互表中，并將后臺的狀態(tài)寫為在線。(2)遠(yuǎn)動工作站和后臺在收到對方的基本信息后，判斷對方的轉(zhuǎn)發(fā)表版本和本地的是否一致，若一致則開始根據(jù)信息交互表中設(shè)備信息向?qū)Ψ絺魉蛿?shù)據(jù)，若不一致則產(chǎn)生告警。(3)全遙信和全遙測數(shù)據(jù)采用定時發(fā)送模式，變化遙信和變化遙測數(shù)據(jù)采用觸發(fā)發(fā)送模式。(4)主站發(fā)送遙控或遙調(diào)操作給遠(yuǎn)動工作站后，遠(yuǎn)動工作站立即將相應(yīng)遙控或遙調(diào)操作轉(zhuǎn)發(fā)給監(jiān)控后臺，監(jiān)控后臺收到命令后向遠(yuǎn)動工作站回復(fù)鏡像確認(rèn)報文。(5)后臺的EMS模塊統(tǒng)一對控制進(jìn)行策略分析處理后，向站內(nèi)裝置發(fā)送遙控或遙調(diào)操作，并返回相應(yīng)的遙控或遙調(diào)結(jié)果。UDP信號交互默認(rèn)使用2411端口如圖3所示。

圖3 基于UDP的儲能內(nèi)部數(shù)據(jù)交互流程

3.2 報文格式設(shè)計(jì)

報文基本結(jié)構(gòu)如表1所示，其數(shù)據(jù)體部分包括：基本信息、遙信、遙測、遙控和遙調(diào)5個類別。其中，基本信息報文數(shù)據(jù)體定義如表2所示，全遙信數(shù)據(jù)體定義如表3所示，全遙測數(shù)據(jù)體定義如表4所示，變化遙信數(shù)據(jù)體定義如表5所示，變化遙測數(shù)據(jù)體定義如表6所示，遙控?cái)?shù)據(jù)體定義如表7所示，遙調(diào)數(shù)據(jù)體定義如表8所示。

表1 報文基本結(jié)構(gòu)

表2 基本信息報文結(jié)構(gòu)

表3 全遙信數(shù)據(jù)體結(jié)構(gòu)

表4 全遙測數(shù)據(jù)體結(jié)構(gòu)

表5 變化遙信數(shù)據(jù)體結(jié)構(gòu)

表6 變化遙測數(shù)據(jù)體結(jié)構(gòu)

表7 遙控?cái)?shù)據(jù)體結(jié)構(gòu)

表8 遙調(diào)數(shù)據(jù)體結(jié)構(gòu)

4 現(xiàn)場應(yīng)用情況

本系統(tǒng)已在江蘇、上海、湖南等多個電網(wǎng)側(cè)大型儲能電站現(xiàn)場進(jìn)行了實(shí)際應(yīng)用。系統(tǒng)多模塊集成化使得站內(nèi)的裝置集中化，便于管理以及問題排查。遠(yuǎn)方、本地控制集中化，使相關(guān)遙控操作更加精準(zhǔn)、快速，也能實(shí)現(xiàn)多個并網(wǎng)點(diǎn)儲能功率的單獨(dú)輸出。

5 結(jié)語

儲能電站的數(shù)據(jù)量較大，具有快速控制的優(yōu)勢。文章設(shè)計(jì)的基于多模塊集成交互技術(shù)的儲能電站監(jiān)控系統(tǒng)，可有效地實(shí)現(xiàn)站內(nèi)裝置集中化管理，便于排查故障，可提供給現(xiàn)場運(yùn)行維護(hù)人員更全面的控制操作信息，提高運(yùn)行人員的工作執(zhí)行效率，更好地為儲能電站的正常運(yùn)轉(zhuǎn)服務(wù)。