儲能電站數據可靠性測試分析

艾紹偉，何剛，滕卓男，李國杰

(許繼電氣股份有限公司中試部，河南 許昌 461000)

0 引言

隨著新能源的快速發展，大量分布式電源接入電網，其間歇性和波動性給電網造成的功率沖擊嚴重威脅電網的安全穩定運行。為了平衡風電光伏等分布式電源對電網的沖擊，在配電網接入儲能裝置是一種有效的措施［1］。儲能電站的出現，很好地解決了分布式發電與傳統電網之間的矛盾，改善了電網電能質量，促進了可再生能源的最大化利用。

相比傳統變電站，儲能電站監視單元多，需要采集大量的單體電池信息每塊單體電池都有若干電流、電壓、信號，伴隨著對電池組充放電的循環，單體電池信息在不斷的發生變化，數據量大，數據變化周期短。另一方面操作控制頻繁，電網電能質量調節、電池充放電策略、可再生能源發電調節都需要對儲能電站進行操控，也會引起大量數據變化。以下將對儲能電站相關數據進行可靠性測試和分析。

1 儲能電站

目前國內儲能電站一般采用磷酸鐵鋰電池儲能，磷酸鐵鋰電池具備安全可靠、放電深度和充放電倍率高等優勢。儲能電站電池單元一般采用模塊化設計，電池組安裝在預制艙內，預制艙內具有溫控、消防、照明、視頻監控等保護系統，確保電池系統具有最優的轉換效率及運作性能，同時具有安全可靠的保護措施［2］。每套預制艙配置1套電池組充放電裝置(PCS)及升壓變成套裝置，通過變壓器將儲能單元所發電力升壓至10 kV后，并網匯集到公網10 kV母線，如圖1所示。

圖1 儲能電站Fig．1 Energy storage power station

2 儲能電站數據組成

儲能電站數據主要由3部分組成，如圖2所示。第1部分是電池管理系統(BMS)數據:包括單體電池數據、電池串數據、電池組數據等。數據類型有遙測數據、遙信數據、環境數據等［3］。電池數據是儲能電站主要數據信息，也是儲能電站里數據量最大的信息。第2部分是PCS設備信息，PCS主要是對電池進行充放電操作，同時PCS裝置具備DA/AC轉換功能，是儲能電站數據中最重要的信息，負責儲能電站的全部操作命令的執行，信息類型主要有遙測信息、遙信信息、遙控信息。第3部分是儲能監控主站數據。儲能監控主站數據是儲能電站數據里最全面的數據，同時具有BMS以及PCS的部分數據，其次還包括儲能電站的環境數據、安防數據等，另外儲能監控主站還接收來自調度主站的信息。儲能監控主站對整個儲能電站的數據進行綜合分析，具有最高的權限，執行整個儲能電站的所有策略。

圖2 儲能電站數據Fig．2 Data of energy storage power station

3 數據可靠性測試的必要性

可靠的數據是儲能電站穩定運行的基礎，數據的錯誤和丟失都會影響儲能電站的安全運行。BMS采集單體電池、電池串、電池組信息，如果出現電流或者電壓數據錯誤，會導致BMS系統發出告警信息，誤報電池組損壞，錯誤的電池組電能容量(SOC)信息會導致PCS無法對電池充電或者導致電池無限過充等嚴重威脅電站安全的事故。PCS數據錯誤會導致充電電流過大，放電功率太小等無法滿足電網需求。儲能電站監控主站數據錯誤會導致主站分析出錯誤的策略，執行錯誤的操作等，所以數據的可靠性測試是對儲能電站安全的檢測，是有重要意義的測試。

4 數據可靠性測試

4．1 BMS數據可靠性測試

BMS數據是儲能電站最底層的數據，最大的特點就是數據量巨大，也是儲能電站數據可靠性最薄弱的地方［4］。比如一個2 MW·h的電池倉，一般單體電池的容量為200A·h，共需要1萬個單體電池，每塊電池需要采集電流、電壓、溫度、SOC 4個遙測值，溫度過高告警、電流過大告警、電壓過高、過低告警等若干告警信息。電池組串后需要采集相應的串電流、電壓以及相應的告警信息，電池串成組后會采集相應的電池組電流、電壓及相應的告警信息，所以一個2 MW·h的電池倉上送BMS的數據量約為5萬個。

4．2 測試方法

根據BMS數據的特點，實驗采用IEC 104電力通信規約(以下簡稱IEC 104規約)多數據模擬源模擬1萬個單體電池信息上送，遙測、遙信比例為1∶1，數據總量為一個標準電池倉數據量的1．2倍，共6萬個數據。IEC 104多數據模擬器自帶數據計數功能，可以自動統計發出的遙測、遙信個數。遙測采用按步長5 min發送一次，遙信采用變位發送，10 min變位一次。1萬個模擬單體電池采用時間觸發同時發送數據，實驗時間為30 min。BMS系統對上送的遙測信息進行變位存儲，存儲間隔為5 min，遙信采用變位存儲，只要發送變位就存入歷史庫。試驗原理如圖3所示。

圖3 測試原理Fig．3 Test principles

試驗結束后，利用IEC 104規約模擬源自帶的統計功能計算出模擬源總共發出的數據量。30 min模擬源共發出遙測量18萬個，遙信量9萬個。查看BMS系統，查詢存入的遙測數量和遙信數量是否與IEC 104規約模擬源發出的遙測、遙信數量一致，如果一致，表示BMS數據可靠性較高，不存在數據丟失。如果不一致，查看是遙測數據丟失，還是遙信數據丟失，或者遙測、遙信都有丟失。抽查數據存入的時標，計算遙測、遙信的時延是否滿足要求。

4．3 PCS數據可靠性測試

PCS裝置接收主站的遙控命令和BMS系統的電池組數據，通過BMS上送的電池電流、電壓、SOC值、告警信號等進行遙控命令的合理性判斷，并對電池組進行充放電操作［5］。PCS數據可靠性測試采用配電主站生成遙控曲線，在不同時間點設置遙控命令，通過時間曲線觸發100次遙控操作，實驗結束后，查看PCS裝置收到的遙控次數是否為100次，保證遙控接收正確率為100%。

PCS遙控處理流程如圖4所示，通過改變BMS系統的電流、電壓、SOC值、告警信號等進行PCS的充電操作、放電操作、不滿足充電條件、充電正常結束、充電異常結束等模擬PCS裝置基本操作［5］。

圖4 PCS遙控處理流程Fig．4 PCS remote control process

4．4 監控主站數據可靠性測試

監控主站數據包含了部分BMS數據、PCS數據和全部的環境數據，同時監控主站接收來自遠方調度主站的控制命令，負責整個儲能電站的數據分析和策略的執行。監控主站數據可靠性測試結合了BMS數據可靠性測試與PCS數據可靠性測試于一體。在測試數據完整性的情況下還要保證接收來自遠方調度的控制命令的可靠性。測試方法參考BMS數據可靠性測試和PCS數據可靠性測試方法。

5 結束語

本文分析了儲能電站數據可靠性測試的必要性和儲能電站3大類數據的可靠性測試方法。隨著儲能電站的快速發展與應用，有關儲能電站數據可靠性的研究將是一個長期需要探討的問題。