儲能電站監控系統的多模塊集成交互技術

于 海，蔣應偉，鐘 旭

(1.南瑞集團公司，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有限公司，江蘇 南京 211000)

0 引言

新能源發電正在大力推廣，但其自身又具有隨機性，如果大規模發展，會影響電網的安全穩定運行[1]。儲能技術在很大程度上解決了新能源發電波動和隨機性的特點，可以實現新能源發電的平滑輸出，提高電網的穩定性[2]。儲能電站監控系統是儲能系統的重要組成部分，是儲能系統的大腦和交互中樞，對上負責和調度的信息交互以及數據的維護操作，對下負責整個儲能系統的充、放電管理和安全監測，是儲能的關鍵技術之一[3]。

目前，已存在的大規模儲能電站僅電池單體信息量就已達百萬級別，監控平臺需要對其進行有秩序的管理和監控。這就對整個電站監控系統的通信和控制系統提出了較高的要求，在“能源互聯網”大背景下，實現“變電站”和“儲能電站”的融合尤為重要，常規監控技術已無法滿足現場實際應用需求[4]。

1 傳統儲能監控系統

傳統的儲能監控系統包含了監控后臺、全站能量管理系統(Energy Management System，EMS)、自動發電控制裝置(Automatic Generation Control，AGC)，自動電壓控制裝置(Automatic Voltage Control，AVC)、遠動工作站。其中，監控后臺負責站內電池管理系統(Battery Management System，BMS)和功率轉換系統(Power Convert System，PCS)的狀態展示，EMS負責對PCS下達控制指令，AGC負責站內自動發電控制，AVC負責站內電壓自動調節，遠動工作站負責將站內信號上送主站并接收主站的控制操作。現有的儲能系統結構如圖1所示。可以看出，儲能站內的遙信和遙測信息一方面傳送給監控后臺進行界面展示，另一方面傳送至遠動工作站，再由遠動工作站上傳給調度主站。控制指令一般由主站發起，經過遠動機轉給AGC或AVC裝置，指令最后由EMS進行分析處理，分發給站內的PCS裝置。傳統的儲能監控系統存在以下幾個缺點。

(1)系統中設備過多，從主站執行控制操作時需要經過多個裝置才能最終將控制命令下達給站內裝置，控制流程的復雜會導致控制執行的時間過長，經過的裝置過多會導致控制操作受網絡影響，穩定性較差。

圖1 傳統儲能系統結構

(2)監控后臺和EMS之間沒有交互機制，主站控制操作的詳細信息監控后臺無法獲取展示，EMS裝置一般只有小液晶屏，所以現場運行維護人員無法及時看到更全面的遠方控制操作信息。

(3)監控后臺和遠動工作站間沒有交互機制，由于遠動工作站基本都是不帶顯示器的工控機，導致遠動工作站設備運行情況現場的維護人員無法在監控后臺界面上進行監視，存在無法及時發現設備隱患的問題。

2 多模塊集成化儲能監控系統的設計

針對傳統儲能系統中設備過多、控制流程復雜、監控后臺和遠動工作站間沒有交互機制等問題，文章優化了儲能監控系統的結構框架，設計監控后臺和EMS、遠動工作站間的內部交互機制，實現儲能電站監控系統多模塊集成，為“變電站”和“儲能電站”的融合打好基礎。系統結構如圖2所示。

圖2 多模塊集成化的儲能系統結構

模塊式集成化的儲能電站綜合管理系統主要包含一套集成了AGC，AVC，EMS模塊的監控后臺以及一套與監控后臺可以進行數據交互的遠動工作站。其中，遠動工作站主要用于接收調度主站下發的控制命令，并向儲能監控后臺轉發所述的控制命令以及自身的設備運行狀態。儲能監控后臺主要接收和響應遠動工作站轉發的遠方控制命令以及遠動工作站的設備運行狀態，將遠動工作站的設備運行狀態在后臺人機界面中展示，將遠動控制命令通過AGC，AVC和儲能EMS模塊處理后分發給站內的PCS裝置。

在整套系統中，AGC，AVC和儲能EMS模塊之間的交互通過內部消息總線完成，遠動工作站和監控后臺之間的交互利用UDP儲能內部數據交互技術實現。

3 基于UDP的儲能內部數據交互技術

一個典型的儲能站至少包含兩臺儲能監控后臺和兩臺遠動工作站，兩臺儲能監控后臺互為主備機，兩臺遠動工作站一般都是雙主機模式。利用UDP協議進行數據交互可以適應多后臺多遠動的模式。

3.1 交互流程設計

(1)遠動工作站和后臺定時會發送自身的基本信息，如遠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動的信息交互表中，并將后臺的狀態寫為在線。(2)遠動工作站和后臺在收到對方的基本信息后，判斷對方的轉發表版本和本地的是否一致，若一致則開始根據信息交互表中設備信息向對方傳送數據，若不一致則產生告警。(3)全遙信和全遙測數據采用定時發送模式，變化遙信和變化遙測數據采用觸發發送模式。(4)主站發送遙控或遙調操作給遠動工作站后，遠動工作站立即將相應遙控或遙調操作轉發給監控后臺，監控后臺收到命令后向遠動工作站回復鏡像確認報文。(5)后臺的EMS模塊統一對控制進行策略分析處理后，向站內裝置發送遙控或遙調操作，并返回相應的遙控或遙調結果。UDP信號交互默認使用2411端口如圖3所示。

圖3 基于UDP的儲能內部數據交互流程

3.2 報文格式設計

報文基本結構如表1所示，其數據體部分包括：基本信息、遙信、遙測、遙控和遙調5個類別。其中，基本信息報文數據體定義如表2所示，全遙信數據體定義如表3所示，全遙測數據體定義如表4所示，變化遙信數據體定義如表5所示，變化遙測數據體定義如表6所示，遙控數據體定義如表7所示，遙調數據體定義如表8所示。

表1 報文基本結構

表2 基本信息報文結構

表3 全遙信數據體結構

表4 全遙測數據體結構

表5 變化遙信數據體結構

表6 變化遙測數據體結構

表7 遙控數據體結構

表8 遙調數據體結構

4 現場應用情況

本系統已在江蘇、上海、湖南等多個電網側大型儲能電站現場進行了實際應用。系統多模塊集成化使得站內的裝置集中化，便于管理以及問題排查。遠方、本地控制集中化，使相關遙控操作更加精準、快速，也能實現多個并網點儲能功率的單獨輸出。

5 結語

儲能電站的數據量較大，具有快速控制的優勢。文章設計的基于多模塊集成交互技術的儲能電站監控系統，可有效地實現站內裝置集中化管理，便于排查故障，可提供給現場運行維護人員更全面的控制操作信息，提高運行人員的工作執行效率，更好地為儲能電站的正常運轉服務。