储能电站监控系统的多模块集成交互技术

于 海，蒋应伟，钟 旭

(1.南瑞集团公司，江苏 南京 211000；2.国电南瑞科技股份有限公司，江苏 南京 211000；3.国电南瑞南京控制系统有限公司，江苏 南京 211000)

0 引言

新能源发电正在大力推广，但其自身又具有随机性，如果大规模发展，会影响电网的安全稳定运行[1]。储能技术在很大程度上解决了新能源发电波动和随机性的特点，可以实现新能源发电的平滑输出，提高电网的稳定性[2]。储能电站监控系统是储能系统的重要组成部分，是储能系统的大脑和交互中枢，对上负责和调度的信息交互以及数据的维护操作，对下负责整个储能系统的充、放电管理和安全监测，是储能的关键技术之一[3]。

目前，已存在的大规模储能电站仅电池单体信息量就已达百万级别，监控平台需要对其进行有秩序的管理和监控。这就对整个电站监控系统的通信和控制系统提出了较高的要求，在“能源互联网”大背景下，实现“变电站”和“储能电站”的融合尤为重要，常规监控技术已无法满足现场实际应用需求[4]。

1 传统储能监控系统

传统的储能监控系统包含了监控后台、全站能量管理系统(Energy Management System，EMS)、自动发电控制装置(Automatic Generation Control，AGC)，自动电压控制装置(Automatic Voltage Control，AVC)、远动工作站。其中，监控后台负责站内电池管理系统(Battery Management System，BMS)和功率转换系统(Power Convert System，PCS)的状态展示，EMS负责对PCS下达控制指令，AGC负责站内自动发电控制，AVC负责站内电压自动调节，远动工作站负责将站内信号上送主站并接收主站的控制操作。现有的储能系统结构如图1所示。可以看出，储能站内的遥信和遥测信息一方面传送给监控后台进行界面展示，另一方面传送至远动工作站，再由远动工作站上传给调度主站。控制指令一般由主站发起，经过远动机转给AGC或AVC装置，指令最后由EMS进行分析处理，分发给站内的PCS装置。传统的储能监控系统存在以下几个缺点。

(1)系统中设备过多，从主站执行控制操作时需要经过多个装置才能最终将控制命令下达给站内装置，控制流程的复杂会导致控制执行的时间过长，经过的装置过多会导致控制操作受网络影响，稳定性较差。

图1 传统储能系统结构

(2)监控后台和EMS之间没有交互机制，主站控制操作的详细信息监控后台无法获取展示，EMS装置一般只有小液晶屏，所以现场运行维护人员无法及时看到更全面的远方控制操作信息。

(3)监控后台和远动工作站间没有交互机制，由于远动工作站基本都是不带显示器的工控机，导致远动工作站设备运行情况现场的维护人员无法在监控后台界面上进行监视，存在无法及时发现设备隐患的问题。

2 多模块集成化储能监控系统的设计

针对传统储能系统中设备过多、控制流程复杂、监控后台和远动工作站间没有交互机制等问题，文章优化了储能监控系统的结构框架，设计监控后台和EMS、远动工作站间的内部交互机制，实现储能电站监控系统多模块集成，为“变电站”和“储能电站”的融合打好基础。系统结构如图2所示。

图2 多模块集成化的储能系统结构

模块式集成化的储能电站综合管理系统主要包含一套集成了AGC，AVC，EMS模块的监控后台以及一套与监控后台可以进行数据交互的远动工作站。其中，远动工作站主要用于接收调度主站下发的控制命令，并向储能监控后台转发所述的控制命令以及自身的设备运行状态。储能监控后台主要接收和响应远动工作站转发的远方控制命令以及远动工作站的设备运行状态，将远动工作站的设备运行状态在后台人机界面中展示，将远动控制命令通过AGC，AVC和储能EMS模块处理后分发给站内的PCS装置。

在整套系统中，AGC，AVC和储能EMS模块之间的交互通过内部消息总线完成，远动工作站和监控后台之间的交互利用UDP储能内部数据交互技术实现。

3 基于UDP的储能内部数据交互技术

一个典型的储能站至少包含两台储能监控后台和两台远动工作站，两台储能监控后台互为主备机，两台远动工作站一般都是双主机模式。利用UDP协议进行数据交互可以适应多后台多远动的模式。

3.1 交互流程设计

(1)远动工作站和后台定时会发送自身的基本信息，如远动工作站收到后台的基本信息后，会将该后台的基本信息存入该远动的信息交互表中，并将后台的状态写为在线。(2)远动工作站和后台在收到对方的基本信息后，判断对方的转发表版本和本地的是否一致，若一致则开始根据信息交互表中设备信息向对方传送数据，若不一致则产生告警。(3)全遥信和全遥测数据采用定时发送模式，变化遥信和变化遥测数据采用触发发送模式。(4)主站发送遥控或遥调操作给远动工作站后，远动工作站立即将相应遥控或遥调操作转发给监控后台，监控后台收到命令后向远动工作站回复镜像确认报文。(5)后台的EMS模块统一对控制进行策略分析处理后，向站内装置发送遥控或遥调操作，并返回相应的遥控或遥调结果。UDP信号交互默认使用2411端口如图3所示。

图3 基于UDP的储能内部数据交互流程

3.2 报文格式设计

报文基本结构如表1所示，其数据体部分包括：基本信息、遥信、遥测、遥控和遥调5个类别。其中，基本信息报文数据体定义如表2所示，全遥信数据体定义如表3所示，全遥测数据体定义如表4所示，变化遥信数据体定义如表5所示，变化遥测数据体定义如表6所示，遥控数据体定义如表7所示，遥调数据体定义如表8所示。

表1 报文基本结构

表2 基本信息报文结构

表3 全遥信数据体结构

表4 全遥测数据体结构

表5 变化遥信数据体结构

表6 变化遥测数据体结构

表7 遥控数据体结构

表8 遥调数据体结构

4 现场应用情况

本系统已在江苏、上海、湖南等多个电网侧大型储能电站现场进行了实际应用。系统多模块集成化使得站内的装置集中化，便于管理以及问题排查。远方、本地控制集中化，使相关遥控操作更加精准、快速，也能实现多个并网点储能功率的单独输出。

5 结语

储能电站的数据量较大，具有快速控制的优势。文章设计的基于多模块集成交互技术的储能电站监控系统，可有效地实现站内装置集中化管理，便于排查故障，可提供给现场运行维护人员更全面的控制操作信息，提高运行人员的工作执行效率，更好地为储能电站的正常运转服务。