关于电池储能管理云平台的应用场景研究

张敏，彭鹏

（1. 广州调峰调频科技发展有限公司，广东 广州 510000；2. 南方电网调峰调频发电有限公司，广东 广州 510000）

1 概述

随着能源政策的不断完善、电改的逐步深入，储能在推动能源变革和能源互联网发展中的多元化作用将全面体现。尤其是在电力现货市场逐步建立和完善的前提下，用户侧工/商/居民储能、电动汽车移动储能等用户侧分布式储能资源的多重化价值将显现，使收益空间进一步扩大。以“互联网+”为手段，以智能化为基础，通过提升分布式储能设施的信息化管控水平，实现网络化运营管理，将促进分布式储能资源开放共享和高效利用[1-9]。

2 充放电运营管理

聚合调度云主要实现能量优化调度技术，面向规模化分布式储能系统的市场参与，从储能系统的多元化应用服务价值出发。提出监测与协同控制技术，面向大规模的碎片化分布式储能系统（集装箱储能、电动汽车等）的广泛接入，开发同时满足本地实时监测和区域协同高效控制的监控系统。

2.1 实时监控

实时监控所辖充电站充电设备的充电状态，获取充电设备和动力电池各阶段实时数据，实现远程监测充电数据，设置设备参数和控制设备启停机。具有充放电控制功能，能够控制充电设备的启停机，支持用户识别和密码认证，另外可以根据电网的需求更改充放电策略，控制功率输出，并可以通过网络远程升级智能模块。

2.2 运营统计

统计充电站数量、当日充放电量、当日注册和充电用户数、累计充电次数、累计充电时长、累计充电电量。统计最近 7 d 内每日充电次数、时长和电量，每日用户注册、充电数量，每日充电电费收入、累计充电电量、放电电量、累计收益金额、累计节能减排折合碳排放量。具备报告导出功能。

统计充电站目前接入 V2G 车辆具备的电力供应能力，与调度需求能力进行统筹分析，得出具体的分配供电指令，统计用户供应电量，结算费用。提供用户充电、放电策略，供用户选择。提供用户充电费用与放电收费结算账单，并统计汇总，方便用户查看，调整自己的用车习惯，达到最大的收益率。

2.3 数据存储

能够实现充放电过程的全数据记录，可以保证数据不丢失，并可满足一定时间的数据量存储需求，具备数据导出功能，实现数据云端处理、本地存储。

2.4 计量消费

根据市场交易规则固化收取、结算机制。

2.5 告警功能

能够实时记录系统发生变化的时间信息、时间节点，并针对非正常事件发出告警。

3 储能监控管理

基于电池储能的监控系统是电池储能技术的关键组成部分，提出了一种电池储能的监控系统。通过可视化人机界面实时监控电池的电压和温度，支持权限管理、电池接入和接出等保护控制动作。IEC 61850 后台监控与储能变流器进行电力转换，定期分析和汇总电池性能指标。在多地挂网实验的实践证明，系统明显提高了电池储能的管控效率，提高了人机友好性和降低了人力成本。

3.1 地图分布

设备故障状态统计：统计正常、故障、离线设备数量。

地图显示站点位置及信息：构建可缩放地图，显示接入储能电站的位置及信息，可通过站点查询关键运行指标。

3.2 电站实时监控

控制模式设定：设置削峰填谷、调峰、调频、调压、手动等控制逻辑。

实时监控：针对具体电站搭建电站主接线及站内储能系统监控界面，实时监测线路及系统的电压、电流、功率等和储能系统设备（含 PCS、BMS、电池）信息，显示当前控制权归属（云平台/现地），具备储能系统启停控制、充放电功率控制、控制模式选择等功能。

3.3 数据统计与分析

历史曲线查询：实时存储数据，可保存一定时间的历史数据，支持查询电压、电流、功率及储能系统关键信息的分钟、小时、日、月、年的历史曲线。

数据分析：统计储能系统正常状态时长、运行工作时长、充电时长、放电时长、故障时长及电量等信息，分析储能系统可靠性、充放电量、效率、经济效益，可生成并导出日报、周报、月报、年报。

3.4 告警

告警参数设置：可设置告警规则、告警阈值等。

告警记录：每产生一次告警，应生成一条告警记录，应包含时间、设备、设备编号、所属站点、故障类型、故障编码、故障描述等。

3.5 运行日志

包含操作日志和告警日志，可记录并导出储能系统运行过程中状态发生变化的事件。

3.6 通信状态监测

搭建通信状态界面，管理网络通信设备（交换机、路由器、防护墙、智能本地控制状态），实时监测网络通状态。

3.7 电站管理

电站接入管理：支持电站添加、删除、修改和查询，需接入审批。

储能系统接入管理：支持储能系统添加、删除、修改和查询，明确填写规则及规范录入信息，可远程配置参数，需接入审批。

智能本地控制终端接入管理：支持智能本地控制终端的添加、删除、修改和查询，明确填写规则及规范录入信息，可远程配置参数，需接入审批。

4 动力电池监测

根据电动汽车远程管理与故障诊断的需求，采集车辆及动力电池实际工况数据，建立动力电池全生命周期监控系统，搭建电动汽车电池系统故障、电机系统故障、充电系统故障以及整车故障的模拟测试平台，开展电动汽车动力电池故障的模拟与特性数据采集工作。

以动力电池工况数据、动力电池故障数据和车辆运行数据为基础，进行新能源汽车应用故障树的关联性分析，并按照车型不同、电池类型不同进行在线诊断技术的研究，并分析故障测试与模拟数据、车辆远程监控数据以及车辆运行反馈数据的相关关系，建立实时数据和历史数据纵横对比的在线诊断模型，形成故障诊断与处理机制[10-12]。

4.1 电池实时监控

实时监控动力电池 pack、模组和电池单体的电压、电流、温度、SOC 等参数，并计算最高最低温度，最高最低单体电压值。按最近 3 h、6 h、12 h和 24 h 内，查看所有电池单体各项参数的变化曲线。按照指定起止时间，查询所有电池单体各项参数的变化曲线。在所有电池单体各项参数的变化曲线上，自动标注最高和最低点，方便识别异常数据点。对所有电池单体各项参数的变化曲线，支持多Y 轴显示，支持联动分析。

4.2 电池能耗分析

按月显示每日，按年显示每月的充电充电电量、放电电量、行驶里程等。实时显示总平均电耗（百公里耗电量），本月平均电耗，最低月平均电耗。按月显示每日百公里耗电量，按年显示每月百公里耗电量，并用柱状图显示。

4.3 电池续驶里程分析

实时显示车辆剩余续驶里程，并用电池容量图显示效果。按月显示每日，按年显示每月的车辆行驶里程，并用柱状图显示。

4.4 电池健康状态预测

按月显示每日电池 SOH 值，可以按年显示每月电池 SOH 值，并用柱状图显示。显示动力电池Pack、模组和电芯的 SOH，并用柱状图显示。

4.5 电池故障预警预测

按月显示每天，按年显示每月的车辆故障分类统计、并用饼状图显示。实时预测动力电池发生故障的概率，并提前至少 30 min 预警，通过 web、app 或者短信等方式，通知指定人员。按照故障等级，车辆类型、运营区域对故障进行统计排名，用曲线图或柱状图显示，并能将显示结果作为报告导出。

4.6 电池控制策略分析

实时显示车辆动力电池控制策略，并通过web、app 或者短信方式，通知指定人员。按车辆查询指定时间段的控制策略，并结合车辆实际工况，判断控制策略执行效果。按控制策略进行专项分析，识别控制策略的执行条件是否合理，执行成功率和时延，是否满足整车协议要求的技术指标。

5 新能源监控

储能系统的监测需求也将同步要求。储能系统监测方案（EMS）是储能/微电网系统智能运行的核心，也是系统安全、稳定、经济运行的关键技术。EMS 在满足用户能源需求的前提下，协同储能/微电网与电网之间的能量转移，实现系统优化运行，并可根据不同控制目标实现削峰填谷、需量控制、平滑波动、需求响应、负荷管理、并/离网切换与运行控制等策略。

5.1 地图分布

设备故障状态统计：统计正常、故障、离线设备数量。

地图显示站点位置及信息：构建可缩放地图，显示接入光伏、风电的位置及信息，可通过站点查询关键运行指标。

5.2 系统实时监控

控制模式设定：设置控制逻辑。

实时监控：针对具体光伏、风电系统搭建监控界面，实时监控光伏、风电系统的电压、电流、功率等和设备信息，显示当前控制权归属（云平台/现地），具备光伏、风电系统的启停控制、充放电功率控制、控制模式选择等功能。

5.3 数据统计与分析

历史曲线查询：实时存储数据，可保存不少于1 a 的历史数据，支持查询电压、电流、功率及光伏、风电系统关键信息的分钟、小时、日、月、年的历史曲线。

数据分析：统计光伏、风电系统正常状态时长、运行工作时长、充电时长、放电时长、故障时长及电量等信息，分析储能系统可靠性、充放电量、效率、经济效益，可生成并导出日报、周报、月报、年报。

5.4 告警

告警参数设置：可设置告警规则、告警阈值等。

告警记录：每产生一次告警，应生成一条告警记录，应包含时间、设备、设备编号、所属站点、故障类型、故障编码、故障描述等。

5.5 运行日志

包含操作日志和告警日志，可记录并导出光伏、风电系统运行过程中状态发生变化的事件。

5.6 通信状态监测

搭建通信状态界面，管理网络通信设备（交换机、路由器、防护墙、智能本地控制状态），实时监测网络通信状态。

5.7 系统管理

光伏、风电系统接入管理：支持光伏、风电系统添加、删除、修改和查询，明确填写规则及规范录入信息，可远程配置参数，需接入审批。

5.8 安全登录

支持单点登录功能，支持绑定操作者电脑MAC 地址，支持设置操作者电脑 IP 白名单等功能，避免账号泄漏风险。

6 智能分析

基于大数据采用机器学习和深度学习算法，对车辆的能耗、习惯、工况等方面进行研究。通过分析驾驶习惯、工况对于车辆能耗的影响，一方面可以了解如何更好的发挥电动车的能源优势，也可以避免对电动车造成不可逆的危害的行为。同时，目前电动车行业的迅速发展和电动车数量的快速增多，对电动车上的动力电池的评估变得尤为重要，目前电池寿命评估的一系列方法都局限于实验室的测试和计算研究，根据车辆上传的大量历史数据直接进行评估目前还没有达到很好的效果，这是一项极为重要的研究[13-15]。

● 关于智能分析，主要有以下几方面：

● 电力市场运营数据分析：针对运行电站开展经营数据分析，研究参与不同电力市场下的综合收益。

● 电池运维大数据分析：开展电池数据的大数据分析，在线筛选短板电池及故障电池

● 实现基于车辆数据和道路信息等数据计算车辆的能耗，算法要实现固定时间段内的车辆在不同工况下的平均能耗，考虑实现实时计算，数据实时更新。

● 分析不同驾驶习惯对于车辆能耗、寿命等的影响，完成定性和定量分析。

● 基于大数据设计 SOH 预测算法，使远程SOH 预测精度达到 ± 5 % 以内，SOH 的计算结果可以实时更新和展示。

7 总结

电池储能管理云平台主要实现能量优化调度管理，面向规模化分布式储能系统的市场参与，从储能系统的多元化应用服务价值出发，结合监测与协同控制技术，为大规模的碎片化分布式储能系统（集装箱储能、电动汽车等）的广泛接入提供了满足本地实时监测和区域协同高效控制的监控系统。