關(guān)于電池儲(chǔ)能管理云平臺(tái)的應(yīng)用場(chǎng)景研究

張敏，彭鵬

（1. 廣州調(diào)峰調(diào)頻科技發(fā)展有限公司，廣東 廣州 510000；2. 南方電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻發(fā)電有限公司，廣東 廣州 510000）

1 概述

隨著能源政策的不斷完善、電改的逐步深入，儲(chǔ)能在推動(dòng)能源變革和能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展中的多元化作用將全面體現(xiàn)。尤其是在電力現(xiàn)貨市場(chǎng)逐步建立和完善的前提下，用戶側(cè)工/商/居民儲(chǔ)能、電動(dòng)汽車(chē)移動(dòng)儲(chǔ)能等用戶側(cè)分布式儲(chǔ)能資源的多重化價(jià)值將顯現(xiàn)，使收益空間進(jìn)一步擴(kuò)大。以“互聯(lián)網(wǎng)+”為手段，以智能化為基礎(chǔ)，通過(guò)提升分布式儲(chǔ)能設(shè)施的信息化管控水平，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營(yíng)管理，將促進(jìn)分布式儲(chǔ)能資源開(kāi)放共享和高效利用[1-9]。

2 充放電運(yùn)營(yíng)管理

聚合調(diào)度云主要實(shí)現(xiàn)能量?jī)?yōu)化調(diào)度技術(shù)，面向規(guī)?；植际絻?chǔ)能系統(tǒng)的市場(chǎng)參與，從儲(chǔ)能系統(tǒng)的多元化應(yīng)用服務(wù)價(jià)值出發(fā)。提出監(jiān)測(cè)與協(xié)同控制技術(shù)，面向大規(guī)模的碎片化分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)（集裝箱儲(chǔ)能、電動(dòng)汽車(chē)等）的廣泛接入，開(kāi)發(fā)同時(shí)滿足本地實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和區(qū)域協(xié)同高效控制的監(jiān)控系統(tǒng)。

2.1 實(shí)時(shí)監(jiān)控

實(shí)時(shí)監(jiān)控所轄充電站充電設(shè)備的充電狀態(tài)，獲取充電設(shè)備和動(dòng)力電池各階段實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)充電數(shù)據(jù)，設(shè)置設(shè)備參數(shù)和控制設(shè)備啟停機(jī)。具有充放電控制功能，能夠控制充電設(shè)備的啟停機(jī)，支持用戶識(shí)別和密碼認(rèn)證，另外可以根據(jù)電網(wǎng)的需求更改充放電策略，控制功率輸出，并可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程升級(jí)智能模塊。

2.2 運(yùn)營(yíng)統(tǒng)計(jì)

統(tǒng)計(jì)充電站數(shù)量、當(dāng)日充放電量、當(dāng)日注冊(cè)和充電用戶數(shù)、累計(jì)充電次數(shù)、累計(jì)充電時(shí)長(zhǎng)、累計(jì)充電電量。統(tǒng)計(jì)最近 7 d 內(nèi)每日充電次數(shù)、時(shí)長(zhǎng)和電量，每日用戶注冊(cè)、充電數(shù)量，每日充電電費(fèi)收入、累計(jì)充電電量、放電電量、累計(jì)收益金額、累計(jì)節(jié)能減排折合碳排放量。具備報(bào)告導(dǎo)出功能。

統(tǒng)計(jì)充電站目前接入 V2G 車(chē)輛具備的電力供應(yīng)能力，與調(diào)度需求能力進(jìn)行統(tǒng)籌分析，得出具體的分配供電指令，統(tǒng)計(jì)用戶供應(yīng)電量，結(jié)算費(fèi)用。提供用戶充電、放電策略，供用戶選擇。提供用戶充電費(fèi)用與放電收費(fèi)結(jié)算賬單，并統(tǒng)計(jì)匯總，方便用戶查看，調(diào)整自己的用車(chē)習(xí)慣，達(dá)到最大的收益率。

2.3 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

能夠?qū)崿F(xiàn)充放電過(guò)程的全數(shù)據(jù)記錄，可以保證數(shù)據(jù)不丟失，并可滿足一定時(shí)間的數(shù)據(jù)量存儲(chǔ)需求，具備數(shù)據(jù)導(dǎo)出功能，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)云端處理、本地存儲(chǔ)。

2.4 計(jì)量消費(fèi)

根據(jù)市場(chǎng)交易規(guī)則固化收取、結(jié)算機(jī)制。

2.5 告警功能

能夠?qū)崟r(shí)記錄系統(tǒng)發(fā)生變化的時(shí)間信息、時(shí)間節(jié)點(diǎn)，并針對(duì)非正常事件發(fā)出告警。

3 儲(chǔ)能監(jiān)控管理

基于電池儲(chǔ)能的監(jiān)控系統(tǒng)是電池儲(chǔ)能技術(shù)的關(guān)鍵組成部分，提出了一種電池儲(chǔ)能的監(jiān)控系統(tǒng)。通過(guò)可視化人機(jī)界面實(shí)時(shí)監(jiān)控電池的電壓和溫度，支持權(quán)限管理、電池接入和接出等保護(hù)控制動(dòng)作。IEC 61850 后臺(tái)監(jiān)控與儲(chǔ)能變流器進(jìn)行電力轉(zhuǎn)換，定期分析和匯總電池性能指標(biāo)。在多地掛網(wǎng)實(shí)驗(yàn)的實(shí)踐證明，系統(tǒng)明顯提高了電池儲(chǔ)能的管控效率，提高了人機(jī)友好性和降低了人力成本。

3.1 地圖分布

設(shè)備故障狀態(tài)統(tǒng)計(jì)：統(tǒng)計(jì)正常、故障、離線設(shè)備數(shù)量。

地圖顯示站點(diǎn)位置及信息：構(gòu)建可縮放地圖，顯示接入儲(chǔ)能電站的位置及信息，可通過(guò)站點(diǎn)查詢關(guān)鍵運(yùn)行指標(biāo)。

3.2 電站實(shí)時(shí)監(jiān)控

控制模式設(shè)定：設(shè)置削峰填谷、調(diào)峰、調(diào)頻、調(diào)壓、手動(dòng)等控制邏輯。

實(shí)時(shí)監(jiān)控：針對(duì)具體電站搭建電站主接線及站內(nèi)儲(chǔ)能系統(tǒng)監(jiān)控界面，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)線路及系統(tǒng)的電壓、電流、功率等和儲(chǔ)能系統(tǒng)設(shè)備（含 PCS、BMS、電池）信息，顯示當(dāng)前控制權(quán)歸屬（云平臺(tái)/現(xiàn)地），具備儲(chǔ)能系統(tǒng)啟?？刂?、充放電功率控制、控制模式選擇等功能。

3.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

歷史曲線查詢：實(shí)時(shí)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，可保存一定時(shí)間的歷史數(shù)據(jù)，支持查詢電壓、電流、功率及儲(chǔ)能系統(tǒng)關(guān)鍵信息的分鐘、小時(shí)、日、月、年的歷史曲線。

數(shù)據(jù)分析：統(tǒng)計(jì)儲(chǔ)能系統(tǒng)正常狀態(tài)時(shí)長(zhǎng)、運(yùn)行工作時(shí)長(zhǎng)、充電時(shí)長(zhǎng)、放電時(shí)長(zhǎng)、故障時(shí)長(zhǎng)及電量等信息，分析儲(chǔ)能系統(tǒng)可靠性、充放電量、效率、經(jīng)濟(jì)效益，可生成并導(dǎo)出日?qǐng)?bào)、周報(bào)、月報(bào)、年報(bào)。

3.4 告警

告警參數(shù)設(shè)置：可設(shè)置告警規(guī)則、告警閾值等。

告警記錄：每產(chǎn)生一次告警，應(yīng)生成一條告警記錄，應(yīng)包含時(shí)間、設(shè)備、設(shè)備編號(hào)、所屬站點(diǎn)、故障類(lèi)型、故障編碼、故障描述等。

3.5 運(yùn)行日志

包含操作日志和告警日志，可記錄并導(dǎo)出儲(chǔ)能系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中狀態(tài)發(fā)生變化的事件。

3.6 通信狀態(tài)監(jiān)測(cè)

搭建通信狀態(tài)界面，管理網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備（交換機(jī)、路由器、防護(hù)墻、智能本地控制狀態(tài)），實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)通狀態(tài)。

3.7 電站管理

電站接入管理：支持電站添加、刪除、修改和查詢，需接入審批。

儲(chǔ)能系統(tǒng)接入管理：支持儲(chǔ)能系統(tǒng)添加、刪除、修改和查詢，明確填寫(xiě)規(guī)則及規(guī)范錄入信息，可遠(yuǎn)程配置參數(shù)，需接入審批。

智能本地控制終端接入管理：支持智能本地控制終端的添加、刪除、修改和查詢，明確填寫(xiě)規(guī)則及規(guī)范錄入信息，可遠(yuǎn)程配置參數(shù)，需接入審批。

4 動(dòng)力電池監(jiān)測(cè)

根據(jù)電動(dòng)汽車(chē)遠(yuǎn)程管理與故障診斷的需求，采集車(chē)輛及動(dòng)力電池實(shí)際工況數(shù)據(jù)，建立動(dòng)力電池全生命周期監(jiān)控系統(tǒng)，搭建電動(dòng)汽車(chē)電池系統(tǒng)故障、電機(jī)系統(tǒng)故障、充電系統(tǒng)故障以及整車(chē)故障的模擬測(cè)試平臺(tái)，開(kāi)展電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力電池故障的模擬與特性數(shù)據(jù)采集工作。

以動(dòng)力電池工況數(shù)據(jù)、動(dòng)力電池故障數(shù)據(jù)和車(chē)輛運(yùn)行數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，進(jìn)行新能源汽車(chē)應(yīng)用故障樹(shù)的關(guān)聯(lián)性分析，并按照車(chē)型不同、電池類(lèi)型不同進(jìn)行在線診斷技術(shù)的研究，并分析故障測(cè)試與模擬數(shù)據(jù)、車(chē)輛遠(yuǎn)程監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)以及車(chē)輛運(yùn)行反饋數(shù)據(jù)的相關(guān)關(guān)系，建立實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)縱橫對(duì)比的在線診斷模型，形成故障診斷與處理機(jī)制[10-12]。

4.1 電池實(shí)時(shí)監(jiān)控

實(shí)時(shí)監(jiān)控動(dòng)力電池 pack、模組和電池單體的電壓、電流、溫度、SOC 等參數(shù)，并計(jì)算最高最低溫度，最高最低單體電壓值。按最近 3 h、6 h、12 h和 24 h 內(nèi)，查看所有電池單體各項(xiàng)參數(shù)的變化曲線。按照指定起止時(shí)間，查詢所有電池單體各項(xiàng)參數(shù)的變化曲線。在所有電池單體各項(xiàng)參數(shù)的變化曲線上，自動(dòng)標(biāo)注最高和最低點(diǎn)，方便識(shí)別異常數(shù)據(jù)點(diǎn)。對(duì)所有電池單體各項(xiàng)參數(shù)的變化曲線，支持多Y 軸顯示，支持聯(lián)動(dòng)分析。

4.2 電池能耗分析

按月顯示每日，按年顯示每月的充電充電電量、放電電量、行駛里程等。實(shí)時(shí)顯示總平均電耗（百公里耗電量），本月平均電耗，最低月平均電耗。按月顯示每日百公里耗電量，按年顯示每月百公里耗電量，并用柱狀圖顯示。

4.3 電池續(xù)駛里程分析

實(shí)時(shí)顯示車(chē)輛剩余續(xù)駛里程，并用電池容量圖顯示效果。按月顯示每日，按年顯示每月的車(chē)輛行駛里程，并用柱狀圖顯示。

4.4 電池健康狀態(tài)預(yù)測(cè)

按月顯示每日電池 SOH 值，可以按年顯示每月電池 SOH 值，并用柱狀圖顯示。顯示動(dòng)力電池Pack、模組和電芯的 SOH，并用柱狀圖顯示。

4.5 電池故障預(yù)警預(yù)測(cè)

按月顯示每天，按年顯示每月的車(chē)輛故障分類(lèi)統(tǒng)計(jì)、并用餅狀圖顯示。實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)動(dòng)力電池發(fā)生故障的概率，并提前至少 30 min 預(yù)警，通過(guò) web、app 或者短信等方式，通知指定人員。按照故障等級(jí)，車(chē)輛類(lèi)型、運(yùn)營(yíng)區(qū)域?qū)收线M(jìn)行統(tǒng)計(jì)排名，用曲線圖或柱狀圖顯示，并能將顯示結(jié)果作為報(bào)告導(dǎo)出。

4.6 電池控制策略分析

實(shí)時(shí)顯示車(chē)輛動(dòng)力電池控制策略，并通過(guò)web、app 或者短信方式，通知指定人員。按車(chē)輛查詢指定時(shí)間段的控制策略，并結(jié)合車(chē)輛實(shí)際工況，判斷控制策略執(zhí)行效果。按控制策略進(jìn)行專(zhuān)項(xiàng)分析，識(shí)別控制策略的執(zhí)行條件是否合理，執(zhí)行成功率和時(shí)延，是否滿足整車(chē)協(xié)議要求的技術(shù)指標(biāo)。

5 新能源監(jiān)控

儲(chǔ)能系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)需求也將同步要求。儲(chǔ)能系統(tǒng)監(jiān)測(cè)方案（EMS）是儲(chǔ)能/微電網(wǎng)系統(tǒng)智能運(yùn)行的核心，也是系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的關(guān)鍵技術(shù)。EMS 在滿足用戶能源需求的前提下，協(xié)同儲(chǔ)能/微電網(wǎng)與電網(wǎng)之間的能量轉(zhuǎn)移，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行，并可根據(jù)不同控制目標(biāo)實(shí)現(xiàn)削峰填谷、需量控制、平滑波動(dòng)、需求響應(yīng)、負(fù)荷管理、并/離網(wǎng)切換與運(yùn)行控制等策略。

5.1 地圖分布

設(shè)備故障狀態(tài)統(tǒng)計(jì)：統(tǒng)計(jì)正常、故障、離線設(shè)備數(shù)量。

地圖顯示站點(diǎn)位置及信息：構(gòu)建可縮放地圖，顯示接入光伏、風(fēng)電的位置及信息，可通過(guò)站點(diǎn)查詢關(guān)鍵運(yùn)行指標(biāo)。

5.2 系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控

控制模式設(shè)定：設(shè)置控制邏輯。

實(shí)時(shí)監(jiān)控：針對(duì)具體光伏、風(fēng)電系統(tǒng)搭建監(jiān)控界面，實(shí)時(shí)監(jiān)控光伏、風(fēng)電系統(tǒng)的電壓、電流、功率等和設(shè)備信息，顯示當(dāng)前控制權(quán)歸屬（云平臺(tái)/現(xiàn)地），具備光伏、風(fēng)電系統(tǒng)的啟?？刂啤⒊浞烹姽β士刂?、控制模式選擇等功能。

5.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

歷史曲線查詢：實(shí)時(shí)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，可保存不少于1 a 的歷史數(shù)據(jù)，支持查詢電壓、電流、功率及光伏、風(fēng)電系統(tǒng)關(guān)鍵信息的分鐘、小時(shí)、日、月、年的歷史曲線。

數(shù)據(jù)分析：統(tǒng)計(jì)光伏、風(fēng)電系統(tǒng)正常狀態(tài)時(shí)長(zhǎng)、運(yùn)行工作時(shí)長(zhǎng)、充電時(shí)長(zhǎng)、放電時(shí)長(zhǎng)、故障時(shí)長(zhǎng)及電量等信息，分析儲(chǔ)能系統(tǒng)可靠性、充放電量、效率、經(jīng)濟(jì)效益，可生成并導(dǎo)出日?qǐng)?bào)、周報(bào)、月報(bào)、年報(bào)。

5.4 告警

告警參數(shù)設(shè)置：可設(shè)置告警規(guī)則、告警閾值等。

告警記錄：每產(chǎn)生一次告警，應(yīng)生成一條告警記錄，應(yīng)包含時(shí)間、設(shè)備、設(shè)備編號(hào)、所屬站點(diǎn)、故障類(lèi)型、故障編碼、故障描述等。

5.5 運(yùn)行日志

包含操作日志和告警日志，可記錄并導(dǎo)出光伏、風(fēng)電系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中狀態(tài)發(fā)生變化的事件。

5.6 通信狀態(tài)監(jiān)測(cè)

搭建通信狀態(tài)界面，管理網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備（交換機(jī)、路由器、防護(hù)墻、智能本地控制狀態(tài)），實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)通信狀態(tài)。

5.7 系統(tǒng)管理

光伏、風(fēng)電系統(tǒng)接入管理：支持光伏、風(fēng)電系統(tǒng)添加、刪除、修改和查詢，明確填寫(xiě)規(guī)則及規(guī)范錄入信息，可遠(yuǎn)程配置參數(shù)，需接入審批。

5.8 安全登錄

支持單點(diǎn)登錄功能，支持綁定操作者電腦MAC 地址，支持設(shè)置操作者電腦 IP 白名單等功能，避免賬號(hào)泄漏風(fēng)險(xiǎn)。

6 智能分析

基于大數(shù)據(jù)采用機(jī)器學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)算法，對(duì)車(chē)輛的能耗、習(xí)慣、工況等方面進(jìn)行研究。通過(guò)分析駕駛習(xí)慣、工況對(duì)于車(chē)輛能耗的影響，一方面可以了解如何更好的發(fā)揮電動(dòng)車(chē)的能源優(yōu)勢(shì)，也可以避免對(duì)電動(dòng)車(chē)造成不可逆的危害的行為。同時(shí)，目前電動(dòng)車(chē)行業(yè)的迅速發(fā)展和電動(dòng)車(chē)數(shù)量的快速增多，對(duì)電動(dòng)車(chē)上的動(dòng)力電池的評(píng)估變得尤為重要，目前電池壽命評(píng)估的一系列方法都局限于實(shí)驗(yàn)室的測(cè)試和計(jì)算研究，根據(jù)車(chē)輛上傳的大量歷史數(shù)據(jù)直接進(jìn)行評(píng)估目前還沒(méi)有達(dá)到很好的效果，這是一項(xiàng)極為重要的研究[13-15]。

● 關(guān)于智能分析，主要有以下幾方面：

● 電力市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)分析：針對(duì)運(yùn)行電站開(kāi)展經(jīng)營(yíng)數(shù)據(jù)分析，研究參與不同電力市場(chǎng)下的綜合收益。

● 電池運(yùn)維大數(shù)據(jù)分析：開(kāi)展電池?cái)?shù)據(jù)的大數(shù)據(jù)分析，在線篩選短板電池及故障電池

● 實(shí)現(xiàn)基于車(chē)輛數(shù)據(jù)和道路信息等數(shù)據(jù)計(jì)算車(chē)輛的能耗，算法要實(shí)現(xiàn)固定時(shí)間段內(nèi)的車(chē)輛在不同工況下的平均能耗，考慮實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)計(jì)算，數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)更新。

● 分析不同駕駛習(xí)慣對(duì)于車(chē)輛能耗、壽命等的影響，完成定性和定量分析。

● 基于大數(shù)據(jù)設(shè)計(jì) SOH 預(yù)測(cè)算法，使遠(yuǎn)程SOH 預(yù)測(cè)精度達(dá)到 ± 5 % 以內(nèi)，SOH 的計(jì)算結(jié)果可以實(shí)時(shí)更新和展示。

7 總結(jié)

電池儲(chǔ)能管理云平臺(tái)主要實(shí)現(xiàn)能量?jī)?yōu)化調(diào)度管理，面向規(guī)?；植际絻?chǔ)能系統(tǒng)的市場(chǎng)參與，從儲(chǔ)能系統(tǒng)的多元化應(yīng)用服務(wù)價(jià)值出發(fā)，結(jié)合監(jiān)測(cè)與協(xié)同控制技術(shù)，為大規(guī)模的碎片化分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)（集裝箱儲(chǔ)能、電動(dòng)汽車(chē)等）的廣泛接入提供了滿足本地實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和區(qū)域協(xié)同高效控制的監(jiān)控系統(tǒng)。