電池儲能智能管理平臺設計

吳斌，李毓

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

1 概述

電池儲能智能管理平臺旨在解決電池儲能、光儲充、充放電樁、光伏等系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接入、信息通信及協(xié)調控制等技術問題。主要內容包括研究海量數(shù)據(jù)分布式實時存儲計算技術，研究調峰調頻應用場景下電池儲能的聚合管理和控制策略等。

基于調頻調峰的電池儲能智能管理云平臺，接入管理分布式儲能電站、光儲充一體儲能系統(tǒng)和雙向 V2G 充電樁，能夠實現(xiàn) V2G 雙向充放電，實現(xiàn)能量的分配和調度。通過在每個節(jié)點部署一個智能本地控制終端，實現(xiàn)信息流在節(jié)點和平臺間的雙向通信。智能本地控制終端除具備 IEC 61850、AGC等通訊控制能力，滿足安全的雙向通信要求外，還能完成充電樁、儲能電站標準化接入流程，快速管理分布式系統(tǒng)，實施跨虛擬片區(qū)的能量調度[1-4]。

2 系統(tǒng)基本架構

電池儲能智能管理平臺總體架構以安全接入多種異構系統(tǒng)，實現(xiàn)多系統(tǒng)聚合調度為目標，在滿足電力二次安全防護管理規(guī)定的基礎上，實現(xiàn)布置分散的電池儲能、充電樁、光伏、光儲充等系統(tǒng)的接入與管控，具備調度 OCS 控制系統(tǒng)與云平臺進行交互的能力。

分布式站點數(shù)據(jù)主要來源于各站點生產監(jiān)控系統(tǒng)，由控制終端和安全加密裝置通過專網將數(shù)據(jù)傳輸至電池儲能智能管理云平臺。站點數(shù)據(jù)通過專網到達安全接入區(qū)后，再通過正、反向隔離裝置分別和控制Ⅰ區(qū)服務器、管理 Ⅲ 區(qū)服務器進行通信。管理 Ⅲ 區(qū)通過內外網交換平臺與阿里云服務器進行通信。

2.1 云平臺架構介紹

基于云平臺構建接入安全、響應靈活的電池儲能智能管理通信網絡，實現(xiàn)海量數(shù)據(jù)采集與處理、能量雙向流動的監(jiān)控，滿足布置分散的電池儲能系統(tǒng)、充電樁、光伏系統(tǒng)的接入與管控需求。

總體架構按照系統(tǒng)分散布置、終端安全接入、云平臺處理的設計原則。電池儲能系統(tǒng)、充電樁、光伏系統(tǒng)采用 CANBus/RS485 等方式接入控制終端，而控制終端通過專有網絡接入云平臺。云平臺具備安全防護、數(shù)據(jù)處理中臺和多場景應用管理的功能，從底層到頂層支撐分布式部署的電池儲能系統(tǒng)、充電樁、光伏系統(tǒng)的接入與管控，如圖 1 所示。

圖1 系統(tǒng)總體架構圖

2.2 安全防護方案設計

1）應對電池儲能聚合智能管理平臺上下游環(huán)境安全風險進行總體分析，主要從分布式站點接入和平臺綜合防護能力兩方面進行安全防護建設。

2）分布式站點數(shù)據(jù)主要來源于各站點生產監(jiān)控網，通過專網將數(shù)據(jù)傳輸至電池儲能聚合智能管理平臺。各站點部署安全加密裝置實現(xiàn)對傳輸數(shù)據(jù)的加密。

3）分布式站點數(shù)據(jù)通過專網到達安全接入區(qū)后，通過安全加密網關對加密數(shù)據(jù)進行解密。數(shù)據(jù)解密后由安全接入區(qū)服務器，通過正反向隔離裝置分別和生產控制Ⅰ區(qū)服務器、管理 Ⅲ 區(qū)服務器進行通信。

4）生產控制區(qū)（Ⅰ區(qū)）邊界部署縱向加密裝置，通過調度數(shù)據(jù)網和各級調度 OCS 進行通信。

5）管理區(qū)（Ⅲ區(qū)）邊界部署防火墻，通過綜合數(shù)據(jù)網和調度私有云平臺進行通信，實現(xiàn)訪問控制和邊界隔離。

6）管理區(qū)（Ⅲ區(qū)）通過內外網交換平臺與雙調租賃阿里云服務器進行通信，實現(xiàn)數(shù)據(jù)安全傳輸。

7）重要的服務器和通信網關使用國家指定部門認證的安全加固操作系統(tǒng)，并采用加密、認證和訪問控制等安全防護措施。

2.3 安全接入區(qū)

在安全接入區(qū)與生產控制大區(qū)的網絡邊界部署電力專用安全隔離裝置實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸和物理隔離。在安全接入區(qū)與專用通信網絡的邊界采用加密認證措施，為運行維護單位安全接入區(qū)和業(yè)務終端的縱向數(shù)據(jù)通信提供認證與加密服務，實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)臋C密性、完整性和抗抵賴性保護。安全接入區(qū)服務器向生產控制區(qū)（Ⅰ區(qū)）服務器和管理區(qū)（Ⅲ區(qū)）服務器，通過反向隔離傳輸 E 文件，主要用于傳輸系統(tǒng)數(shù)據(jù)。生產控制區(qū)（Ⅰ區(qū)）服務器和管理區(qū)（Ⅲ區(qū)）服務器向安全接入區(qū)，通過正向隔離傳輸E 文件，主要傳輸控制命令等數(shù)據(jù)。

2.4 儲能聚合平臺生產控制區(qū)（Ⅰ 區(qū)）

儲能聚合平臺生產控制區(qū)（Ⅰ區(qū)）按生產控制Ⅰ區(qū)安全管理，主要實現(xiàn)對接入的儲能電站和充電樁進行實時監(jiān)測和聚合控制的功能，要求數(shù)據(jù)實時性高，目前僅下發(fā)遠程控制指令。通過調度數(shù)據(jù)網，接入總調/中調/低調 OCS，接收調度指令，并將聚合控制指令發(fā)送到安全接入區(qū)。安全接入區(qū)服務器處理聚合控制指令，并下發(fā)到儲能電站或充電樁。生產控制區(qū)（Ⅰ區(qū)）服務器部署儲能系統(tǒng)數(shù)據(jù)解析程序。該程序掃描反向隔離指定的文件夾，將反向隔離傳輸?shù)臄?shù)據(jù)文件解析，訪問數(shù)據(jù)庫進行原始數(shù)據(jù)存儲。

2.5 儲能聚合平臺管理區(qū)（Ⅲ區(qū)）

按生產控制 Ⅲ 區(qū)安全管理，主要實現(xiàn)將安全接入區(qū)接收到的數(shù)據(jù)，通過綜合數(shù)據(jù)網，轉發(fā)到總調私有云平臺(總調云平臺 Ⅲ 區(qū))，并在總調私有云平臺實現(xiàn)高級數(shù)據(jù)分析應用。目前實現(xiàn)的另外一條數(shù)據(jù)通路為：管理區(qū)（Ⅲ區(qū)）將安全接入區(qū)接收到的數(shù)據(jù)，通過內外網交換平臺，轉發(fā) DMZ 區(qū)。然后，DMZ 服務器將數(shù)據(jù)上傳到租賃的阿里云。

2.6 雙調阿里云平臺

雙調阿里云平臺對實時數(shù)據(jù)進行解析、存儲、計算和分析，部署了聚合控制云、充放電運營管理云、儲能監(jiān)控管理云、電池監(jiān)測管理云、智能分析云、新能源監(jiān)測云。該平臺可以通過因特網接入第三方儲能系統(tǒng)數(shù)據(jù)，提供系統(tǒng)監(jiān)測、數(shù)據(jù)分析和遠程控制等功能。后期通過內外網交換平臺，儲能聚合平臺管理區(qū)（Ⅲ區(qū)）可將第三方儲能系統(tǒng)數(shù)據(jù)發(fā)送到總調云平臺。

2.7 總調私有云平臺

總調私有云平臺對實時數(shù)據(jù)進行解析、存儲、計算和分析，部署了聚合控制云、充放電運營管理云、儲能監(jiān)控管理云、電池監(jiān)測管理云、智能分析云、新能源監(jiān)測云。該平臺可以通過 DMZ 技術對互聯(lián)網開放 web 或 app 應用。

2.8 DMZ 數(shù)據(jù)傳輸

內外網交互平臺客戶端 IDC 服務部署在管理區(qū)（Ⅲ區(qū)）服務器，而內外網交互平臺服務端 DMZ服務部署在堡壘機位于服務器。兩臺服務器均部署內外網交互平臺的客戶端和服務端，能夠實現(xiàn)反向通訊。管理區(qū)（Ⅲ區(qū)）服務器通過 IDC 客戶端將數(shù)據(jù)發(fā)往 DMZ 堡壘機。堡壘機接收到數(shù)據(jù)后，會與阿里云進行通訊。

3 系統(tǒng)功能

3.1 系統(tǒng)拓撲

系統(tǒng)拓撲功能可以查看整個智能平臺的調峰、調頻容量，以及已完成的響應調度系統(tǒng)數(shù)據(jù)，如圖2 所示。通過收集每個系統(tǒng)實時可/放充電量，統(tǒng)計出所有儲能系統(tǒng)預計可進行對電網進行調峰的容量。通過收集每個系統(tǒng)實時可/放充功率，統(tǒng)計出所有儲能系統(tǒng)預計可進行對電網進行調頻的容量。通過統(tǒng)計每個系統(tǒng)歷史充/放電量，計算出所有儲能系統(tǒng)已經完成對電網進行的充放電量。

圖2 系統(tǒng)拓撲

3.2 聚合控制云

聚合控制云具備系統(tǒng)調度功能，主要負責統(tǒng)籌系統(tǒng)區(qū)域內調度管理，具有聚合管理、響應調度統(tǒng)計分析、電力市場運營策略三項功能。通過聚合管理界面，可以看到南方電網區(qū)域內實時可響應調度任務的儲能系統(tǒng)數(shù)量、容量等，同時還能夠通過地圖，看到該區(qū)域內正在進行的響應調度任務，如圖3 所示。關于響應調度統(tǒng)計分析，可以展示已經完成的聚合調度任務數(shù)據(jù)，分析已經完成的響應調度任務量，同時提供歷史數(shù)據(jù)查詢功能。對于電力市場運營策略這項功能，能夠顯示所有的已響應、未響應或正在響應的調度任務，可以查看調入任務的最優(yōu)策略，并且對未響應的調度策略進行優(yōu)化。

圖3 虛擬調度管理界面

3.3 充放電運營管理云

充放電運營管理云主要負責系統(tǒng)中所有 V2G充電樁、普通充電樁的監(jiān)測、管理，見圖 4。通過采集匯總所有 V2G 充電樁、普通充電樁的實時數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對充電樁的實時監(jiān)測，可以實時查看到系統(tǒng)中任意一個充電樁的數(shù)據(jù)，包括充電樁的位置、響應調度量、充/放電量、運行狀態(tài)、收益情況、告警信息等，還能夠提供充電樁的響應調度任務曲線、V2G 放電曲線和充電樁充電曲線等曲線查看功能，并且能夠完成充電樁系統(tǒng)的收益情況分析。

圖4 充放電運營管理云主界面

3.4 儲能監(jiān)控管理云

儲能監(jiān)控管理云主要負責系統(tǒng)中所有儲能電站或儲能系統(tǒng)的監(jiān)測管理。其中，地圖分布功能主要用于展示當前系統(tǒng)中儲能系統(tǒng)的分布情況，顯示可參加響應調度任務的儲能系統(tǒng)數(shù)量、容量等，以及當前正在執(zhí)行調度任務的儲能系統(tǒng)數(shù)量、容量，如圖 5 所示。同時還具備對儲能電站或儲能系統(tǒng)進行遠程控制功能。

圖5 儲能監(jiān)控管理云地圖分布界面

電站監(jiān)控系統(tǒng)主要負責實時監(jiān)控儲能系統(tǒng)的運行狀態(tài)，具備儲能系統(tǒng)各類數(shù)據(jù)的統(tǒng)計和分析功能，能夠記錄儲能系統(tǒng)的操作日志，可以實現(xiàn)實時監(jiān)測系統(tǒng)中任意一個儲能系統(tǒng)數(shù)據(jù)，包括系統(tǒng)的功率、SOE、充/放電量、告警信息、響應調度量數(shù)據(jù)曲線信息、通訊狀態(tài)，如圖 6 所示。

圖6 儲能監(jiān)控管理云電站監(jiān)控界面

3.5 電池數(shù)據(jù)監(jiān)測

電池數(shù)據(jù)監(jiān)測負責對系統(tǒng)中的電池數(shù)據(jù)進行監(jiān)測，根據(jù)電池應用的場景不同，分為儲能電池數(shù)據(jù)監(jiān)測和動力電池數(shù)據(jù)監(jiān)測。儲能電池數(shù)據(jù)監(jiān)測可對接入平臺的所有儲能系統(tǒng)單體電池的電壓、壓差、溫度、溫差進行計算和統(tǒng)計。動力電池數(shù)據(jù)監(jiān)測可對接入平臺動力車輛的數(shù)量、位置分布、車輛信息、車輛狀態(tài)、車輛 SOC、總電流、總電壓、累計里程等進行統(tǒng)計分析，如圖 7 所示。

圖7 電池數(shù)據(jù)監(jiān)測界面

4 結語

目前電池儲能智能管理平臺已經投入使用，運行情況良好。電池儲能智能管理平臺在滿足電力二次安全防護管理規(guī)定的基礎上，實現(xiàn)了布置分散的電池儲能、充電樁、光伏、光儲充等系統(tǒng)的接入與管控。