電化學(xué)儲(chǔ)能電站監(jiān)控系統(tǒng)測(cè)試技術(shù)應(yīng)用分析

中圖分類(lèi)號(hào)：TM732 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2025）19-0160-04

Abstract：Theapplicationofenergystoragepowerstationsisakeylinkinrealizingenergystructuretransformationand creatingnewpowersystems.Theenergystoragepowerstationmonitoringsystemisthecormerstoneofthesafeandefcient operationofenergystoragepowerstations.Basedonthetechnicalcharacteristicsoftheexistingelectrochemicalenergystorage powerstationmonitoringsystem，thispaperfirstanalyzesthearchitectureoftheelectrochemicalenergystoragepowerstation monitoringsystem，andthenputsforwardthecompositionofthetestsystemandpreparationrequirementsbeforetest.Acording tothetestrequirements，theelectrochemicalenergystoragepowerstationmonitoringsystem testitemsandtesttechnology applicationsareanalyzed，mainlyincludingdataacquisition，dataprocessng，controlandadjustment，alarm，datastorage，man machine interface，timing，systemresponsetime，avalancheandsystem loadfactor.Throughtheapplicationanalysisofthetesting technologyoftheelectrochemicalenergystoragepowerstationmonitoringsystem，ithascertainreferencesignificanceforthe construction， debugging，operation and maintenance of the electrochemical energy storage power station system.

Keywords：energy storage power station；monitoring system;testing technology；simulator;avalanche test

隨著全球?qū)p少碳排放和實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)的追求，傳統(tǒng)化石能源正逐漸被風(fēng)能、太陽(yáng)能等可再生能源所替代。然而，這些可再生能源具有間歇性和不穩(wěn)定性的特點(diǎn)，影響電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行，使得電力供應(yīng)面臨挑戰(zhàn)。在新能源出力隨機(jī)性和波動(dòng)性增加的背景下，儲(chǔ)能作為解決問(wèn)題的關(guān)鍵技術(shù)，其重要性日益突出。全球各國(guó)政府相繼出臺(tái)政策，支持儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，以應(yīng)對(duì)能源轉(zhuǎn)型過(guò)程中的挑戰(zhàn)，中國(guó)在“十四五”規(guī)劃中明確提出要加快新型儲(chǔ)能的規(guī)模化應(yīng)用，推動(dòng)能源系統(tǒng)的綠色低碳轉(zhuǎn)型。

儲(chǔ)能電站作為儲(chǔ)能技術(shù)在輸變電領(lǐng)域應(yīng)用的重要基礎(chǔ)設(shè)施，可以在用電低谷時(shí)儲(chǔ)存能量過(guò)剩的可再生能源電力，在用電高峰時(shí)釋放能量，從而平衡電網(wǎng)負(fù)荷，提高電力供應(yīng)的穩(wěn)定性，是實(shí)現(xiàn)能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型和打造新型電力系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

儲(chǔ)能電站的安全高效運(yùn)行對(duì)于電網(wǎng)的穩(wěn)定性至關(guān)重要，因此需要一個(gè)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控、診斷預(yù)警和全景分析的儲(chǔ)能電站監(jiān)控系統(tǒng)來(lái)保障其運(yùn)行的效率和安全性。儲(chǔ)能電站監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)采集儲(chǔ)能電站內(nèi)電池管理系統(tǒng)、儲(chǔ)能變流器、變配電和輔助系統(tǒng)等設(shè)備的運(yùn)行信息3，控制儲(chǔ)能電池的充放電過(guò)程，實(shí)現(xiàn)對(duì)儲(chǔ)能電站設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)視和控制，確保儲(chǔ)能電站的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

為了規(guī)范和統(tǒng)一儲(chǔ)能電站監(jiān)控系統(tǒng)的技術(shù)要求，2023年，國(guó)家市場(chǎng)監(jiān)督管理總局和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)發(fā)布了GB/T42726—2023《電化學(xué)儲(chǔ)能電站監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》，規(guī)定了電化學(xué)儲(chǔ)能電站監(jiān)控系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“儲(chǔ)能監(jiān)控系統(tǒng)”數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、控制與調(diào)節(jié)、報(bào)警、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、人機(jī)接口、對(duì)時(shí)、系統(tǒng)性能等要求，適用于儲(chǔ)能監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、制造、運(yùn)行、維護(hù)和檢修等各個(gè)環(huán)節(jié)，是目前通用的儲(chǔ)能監(jiān)控系統(tǒng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

本文依據(jù)現(xiàn)行的儲(chǔ)能監(jiān)控系統(tǒng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，分析儲(chǔ)能監(jiān)控系統(tǒng)的典型架構(gòu)，研究測(cè)試技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用，驗(yàn)證儲(chǔ)能監(jiān)控系統(tǒng)的各項(xiàng)技術(shù)要求。

1 系統(tǒng)架構(gòu)

儲(chǔ)能監(jiān)控系統(tǒng)由站控層設(shè)備、間隔層設(shè)備和相應(yīng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備構(gòu)成，站控層設(shè)備及上級(jí)調(diào)度的控制、調(diào)節(jié)命令通過(guò)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備下達(dá)給間隔層設(shè)備，間隔層設(shè)備負(fù)責(zé)執(zhí)行并將采集的信息通過(guò)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備上送站控層設(shè)備和上級(jí)調(diào)度5。典型架構(gòu)如圖1所示，其中： ① 站控層設(shè)備包括數(shù)據(jù)服務(wù)器、應(yīng)用服務(wù)器、操作員站、遠(yuǎn)動(dòng)工作站、時(shí)間同步系統(tǒng)等； ② 間隔層設(shè)備包括電池管理系統(tǒng)、儲(chǔ)能變流器、變配電設(shè)備、消防和空調(diào)系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)測(cè)設(shè)備等； ③ 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備包括交換機(jī)、路由器等。

2 測(cè)試環(huán)境

儲(chǔ)能監(jiān)控系統(tǒng)在儲(chǔ)能電站正常運(yùn)行時(shí)需接入儲(chǔ)能變流器、電池管理系統(tǒng)等實(shí)際設(shè)備，儲(chǔ)能變流器、電池管理系統(tǒng)等實(shí)際設(shè)備占地面積大，且不易移動(dòng)，導(dǎo)致儲(chǔ)能監(jiān)控系統(tǒng)脫離現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行環(huán)境時(shí)無(wú)法開(kāi)展測(cè)試。為了能便捷地在廠(chǎng)內(nèi)或?qū)嶒?yàn)室開(kāi)展儲(chǔ)能監(jiān)控系統(tǒng)測(cè)試，可采用模擬裝置代替儲(chǔ)能變流器、電池管理系統(tǒng)等實(shí)際設(shè)備進(jìn)行測(cè)試，模擬裝置具備與儲(chǔ)能監(jiān)控系統(tǒng)通信的接口，支持模擬上級(jí)調(diào)度、電池管理系統(tǒng)、儲(chǔ)能變流器、變配電設(shè)備、消防系統(tǒng)、供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)測(cè)裝置等設(shè)備。

儲(chǔ)能監(jiān)控系統(tǒng)與上級(jí)調(diào)度通信一般采用IEC-60870-5-104協(xié)議，可采用Qtester104軟件模擬上級(jí)調(diào)度，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)接收、指令下發(fā)等功能。儲(chǔ)能監(jiān)控系統(tǒng)與電池管理系統(tǒng)、儲(chǔ)能變流器等間隔層設(shè)備通信一般采用GB/T19582—2008《基于Modbus協(xié)議的工業(yè)自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)規(guī)范》的Modbus協(xié)議，可采用ModbusSlave軟件模擬間隔層設(shè)備，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)上送，指令接收等功能。典型試驗(yàn)環(huán)境架構(gòu)如圖2所示。

3測(cè)試準(zhǔn)備

儲(chǔ)能監(jiān)控系統(tǒng)測(cè)試內(nèi)容主要包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、控制與調(diào)節(jié)、報(bào)警、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、人機(jī)接口、對(duì)時(shí)等功能類(lèi)測(cè)試和系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間、雪崩及系統(tǒng)負(fù)載率等性能指標(biāo)測(cè)試。根據(jù)測(cè)試需求，在對(duì)儲(chǔ)能監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試前，需重點(diǎn)做好3項(xiàng)準(zhǔn)備工作具體如下。

一是間隔層模擬裝置和上級(jí)調(diào)度的信息點(diǎn)表配置。通過(guò)儲(chǔ)能監(jiān)控系統(tǒng)的點(diǎn)表和通信配置工具完成間隔層模擬裝置和上級(jí)調(diào)度的信息點(diǎn)表配置，裝置類(lèi)型包括電池管理系統(tǒng)、儲(chǔ)能變流器、變配電設(shè)備和輔助系統(tǒng)等設(shè)備，信息點(diǎn)表類(lèi)型包括模擬量、數(shù)字量、算術(shù)及邏輯計(jì)算量、遙控點(diǎn)位、遙調(diào)點(diǎn)位和報(bào)警點(diǎn)位等，針對(duì)報(bào)警點(diǎn)位還需配置報(bào)警級(jí)別、報(bào)警限值等屬性。

二是監(jiān)控畫(huà)面的繪制和組態(tài)。通過(guò)儲(chǔ)能監(jiān)控系統(tǒng)的繪圖工具，根據(jù)儲(chǔ)能站一、二次設(shè)備模型、間隔劃分情況繪制全站一次接線(xiàn)圖、通信網(wǎng)絡(luò)圖、間隔分圖和裝置分圖，再通過(guò)系統(tǒng)組態(tài)工具將圖形中的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)、控制和調(diào)節(jié)對(duì)象與信息點(diǎn)表進(jìn)行關(guān)聯(lián)，以實(shí)現(xiàn)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)刷新和控制調(diào)節(jié)操作。

三是儲(chǔ)能監(jiān)控系統(tǒng)功能配置。通過(guò)儲(chǔ)能監(jiān)控系統(tǒng)的配置工具，配置系統(tǒng)運(yùn)行模式和運(yùn)行策略、歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)周期、報(bào)表以及對(duì)時(shí)服務(wù)器等配置。

在儲(chǔ)能監(jiān)控系統(tǒng)配置完成后，啟動(dòng)所有進(jìn)程，與間隔層模擬裝置和上級(jí)調(diào)度模擬裝置建立正常通信，完成測(cè)試準(zhǔn)備工作。

4測(cè)試技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用

4.1數(shù)據(jù)采集

為了能有效地對(duì)儲(chǔ)能站運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控，需要對(duì)儲(chǔ)能監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集的正確性和完備性進(jìn)行檢查，測(cè)試儲(chǔ)能監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)間隔層裝置上傳的數(shù)據(jù)能否正確解析和顯示。使用間隔層模擬裝置依次設(shè)置電池管理系統(tǒng)、儲(chǔ)能變流器、變配電設(shè)備和輔助系統(tǒng)等設(shè)備輸出的模擬量或數(shù)字量數(shù)值，在儲(chǔ)能監(jiān)控系統(tǒng)畫(huà)面上查看顯示的數(shù)據(jù)與模擬裝置輸出值的數(shù)據(jù)是否一致，從而判斷數(shù)據(jù)采集是否正確、完整。

4.2 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)處理測(cè)試主要驗(yàn)證儲(chǔ)能監(jiān)控系統(tǒng)的算術(shù)及邏輯運(yùn)算功能，保證數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)計(jì)算和處理后不出現(xiàn)錯(cuò)誤數(shù)據(jù)，測(cè)試內(nèi)容包括數(shù)據(jù)質(zhì)量狀態(tài)顯示、算術(shù)及邏輯運(yùn)算正確性、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)正確性。

1）數(shù)據(jù)質(zhì)量狀態(tài)顯示。通過(guò)間隔層模擬裝置輸出不同質(zhì)量狀態(tài)的模擬量或數(shù)字量，在儲(chǔ)能監(jiān)控系統(tǒng)的畫(huà)面上查看不同質(zhì)量狀態(tài)數(shù)據(jù)顯示的顏色是否正確。

2）算術(shù)及邏輯運(yùn)算正確性。通過(guò)間隔層模擬裝置輸出算術(shù)及邏輯計(jì)算量公式中的變量數(shù)據(jù)，在儲(chǔ)能監(jiān)控系統(tǒng)的畫(huà)面上查看計(jì)算結(jié)果是否正確。

3）數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)正確性。通過(guò)間隔層模擬裝置模擬不同工況下運(yùn)行 10min 的數(shù)據(jù)，在儲(chǔ)能監(jiān)控系統(tǒng)界面上統(tǒng)計(jì)該時(shí)段儲(chǔ)能系統(tǒng)充/放電量、循環(huán)次數(shù)、主要設(shè)備數(shù)據(jù)極值等運(yùn)行數(shù)據(jù)，檢查統(tǒng)計(jì)結(jié)果是否正確。

4.3 控制與調(diào)節(jié)

儲(chǔ)能監(jiān)控系統(tǒng)控制與調(diào)節(jié)主要包括站內(nèi)儲(chǔ)能系統(tǒng)啟停、充/放電模式切換、斷路器/隔離開(kāi)關(guān)等設(shè)備的分合操作，以及接收調(diào)度指令對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)有功功率和無(wú)功功率的調(diào)節(jié)等。

1）站內(nèi)控制測(cè)試。在儲(chǔ)能監(jiān)控系統(tǒng)的控制界面下發(fā)滿(mǎn)足操作條件狀態(tài)下的儲(chǔ)能系統(tǒng)啟停、充/放電模式切換、斷路器/隔離開(kāi)關(guān)等設(shè)備的分合操作指令，在間隔層模擬裝置上查看接收的指令是否正確；在間隔層模擬裝置中將設(shè)備設(shè)置為不滿(mǎn)足操作條件的狀態(tài)，再次下發(fā)控制指令，檢查操作是否被拒絕。

2）調(diào)度控制測(cè)試。通過(guò)上級(jí)調(diào)度模擬裝置下發(fā)儲(chǔ)能系統(tǒng)可調(diào)節(jié)能力范圍內(nèi)的有功功率和無(wú)功功率調(diào)節(jié)指令，在間隔層模擬裝置上查看接收的指令是否正確；下發(fā)儲(chǔ)能系統(tǒng)可調(diào)節(jié)能力范圍外的指令，檢查指令是否被拒絕。

4.4報(bào)警

儲(chǔ)能電站設(shè)備出現(xiàn)事故或異常時(shí)，儲(chǔ)能監(jiān)控系統(tǒng)需要能夠以顯著的方式正確推送報(bào)警事件給值班運(yùn)行人員，因此需要針對(duì)報(bào)警信息的正確性、完備性以及報(bào)警方式進(jìn)行測(cè)試。

1）設(shè)備狀態(tài)報(bào)警。通過(guò)間隔層模擬裝置觸發(fā)設(shè)備報(bào)警事件，在儲(chǔ)能監(jiān)控系統(tǒng)報(bào)警界面上查看顯示的報(bào)警信息是否正確，依次對(duì)一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)所有報(bào)警事件進(jìn)行測(cè)試。

2）通信故障報(bào)警。間隔層模擬裝置與監(jiān)控系統(tǒng)通信正常的情況下斷開(kāi)通信連接，在儲(chǔ)能監(jiān)控系統(tǒng)報(bào)警界面和通信網(wǎng)絡(luò)圖上查看報(bào)警信息是否正確。

3）報(bào)警方式檢查。配置報(bào)警類(lèi)型為聲、光以及推畫(huà)面方式，通過(guò)間隔層模擬裝置觸發(fā)報(bào)警事件，檢查儲(chǔ)能監(jiān)控系統(tǒng)是否以相應(yīng)的方式報(bào)警。

4.5數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

儲(chǔ)能監(jiān)控系統(tǒng)具備將接收到的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)為歷史數(shù)據(jù)的功能，以方便運(yùn)維人員對(duì)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢(xún)和統(tǒng)計(jì)，存儲(chǔ)方式須支持周期存儲(chǔ)和觸發(fā)存儲(chǔ)。測(cè)試步驟如下：首先，設(shè)置儲(chǔ)能監(jiān)控系統(tǒng)歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)周期為 1min 通過(guò)間隔層模擬裝置模擬儲(chǔ)能系統(tǒng)持續(xù)運(yùn)行 10min ；其次，模擬數(shù)字量變位或模擬量越限生成100個(gè)事件；最后，檢查歷史數(shù)據(jù)庫(kù)中周期存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的時(shí)間間隔及數(shù)據(jù)的正確性、觸發(fā)事件記錄的正確性。

4.6 人機(jī)接口

人機(jī)接口是儲(chǔ)能監(jiān)控系統(tǒng)操作的入口，人機(jī)接口應(yīng)具備數(shù)據(jù)輸入、查詢(xún)、顯示、輸出和打印等功能。通過(guò)人機(jī)接口進(jìn)行參數(shù)設(shè)置、歷史數(shù)據(jù)條件檢索、數(shù)據(jù)導(dǎo)出和打印等操作，檢查人機(jī)接口的各項(xiàng)功能是否正常。

4.7對(duì)時(shí)功能

儲(chǔ)能監(jiān)控系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，需要以本地時(shí)間記錄事件信息，因此需要保證本地時(shí)間與時(shí)間同步系統(tǒng)的一致性。一般情況下，儲(chǔ)能監(jiān)控系統(tǒng)服務(wù)器、工作站通常采用NTP/SNTP方式實(shí)現(xiàn)對(duì)時(shí)，在時(shí)間同步系統(tǒng)與儲(chǔ)能監(jiān)控系統(tǒng)服務(wù)器、工作站的正常授時(shí)的情況下，在終端命令窗口輸入“ntpq-q\"或\"ntpstat\"可以檢查本地時(shí)間與時(shí)間同步系統(tǒng)的一致性。

4.8 系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間

儲(chǔ)能監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)能保證值班運(yùn)行人員及時(shí)、快速地掌握儲(chǔ)能電站運(yùn)行狀態(tài)，快速下達(dá)控制指令，保證儲(chǔ)能電站的安全穩(wěn)定運(yùn)行。因此，系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間是一個(gè)重要的性能指標(biāo)，包括模擬量/數(shù)字量/報(bào)警信息響應(yīng)時(shí)間、控制指令生成時(shí)間、畫(huà)面響應(yīng)時(shí)間等。

1）模擬量/數(shù)字量/報(bào)警信息響應(yīng)時(shí)間。在間隔層模擬裝置上輸出信號(hào)，使用數(shù)字毫秒表記錄從信號(hào)輸出到信號(hào)在儲(chǔ)能監(jiān)控系統(tǒng)畫(huà)面顯示的時(shí)間。

2）控制指令生成時(shí)間。在儲(chǔ)能監(jiān)控系統(tǒng)的控制界面上向間隔層裝置下發(fā)任意指令，使用數(shù)字毫秒表記錄從界面指令下發(fā)到間隔層模擬裝置接收到指令的時(shí)間。

3）畫(huà)面響應(yīng)時(shí)間。在儲(chǔ)能監(jiān)控系統(tǒng)不同圖形畫(huà)面間切換調(diào)用，使用數(shù)字毫秒表記錄圖形調(diào)用到圖形完整顯示的時(shí)間。

4.9 雪崩及系統(tǒng)負(fù)載率

儲(chǔ)能站發(fā)生系統(tǒng)性故障時(shí)，間隔層裝置會(huì)在短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)傳送到儲(chǔ)能監(jiān)控系統(tǒng)，儲(chǔ)能監(jiān)控系統(tǒng)必須具備一定的信息雪崩處理能力和性能冗余，以保證數(shù)據(jù)記錄的正確性和完整性，從而為故障分析和處理提供數(shù)據(jù)支撐。測(cè)試步驟如下：首先開(kāi)啟主機(jī)性能分析工具（如nmon）對(duì)儲(chǔ)能監(jiān)控系統(tǒng)服務(wù)器、工作站的CPU負(fù)載率和網(wǎng)絡(luò)負(fù)載率等系統(tǒng)資源消耗情況進(jìn)行記錄；然后使用間隔層模擬裝置在10s內(nèi)連續(xù)觸發(fā)100次電池管理系統(tǒng)、儲(chǔ)能變流器、變配電等設(shè)備的動(dòng)作信號(hào)和報(bào)警信號(hào)；最后通過(guò)歷史數(shù)據(jù)查詢(xún)檢查數(shù)據(jù)的正確性和完整性，通過(guò)主機(jī)性能分析工具統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)負(fù)載率。

5 結(jié)束語(yǔ)

儲(chǔ)能技術(shù)的推廣和應(yīng)用是我國(guó)推動(dòng)能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型、構(gòu)建新型電力系統(tǒng)和綠色低碳可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。儲(chǔ)能電站監(jiān)控系統(tǒng)作為儲(chǔ)能電站生產(chǎn)運(yùn)行的重要組成部分，對(duì)站內(nèi)電網(wǎng)一次及二次設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行起著至關(guān)重要的作用。因此，必須對(duì)儲(chǔ)能電站監(jiān)控系統(tǒng)的功能、性能進(jìn)行完整、嚴(yán)格的測(cè)試，提前規(guī)避其中的風(fēng)險(xiǎn)和隱患。同時(shí)，由于儲(chǔ)能監(jiān)控系統(tǒng)自身的復(fù)雜性，測(cè)試人員需要正確合理的應(yīng)用測(cè)試技術(shù)，以保證測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確和有效。

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