规模化电网侧储能电站监控系统的应用

郭子健

（深圳库博能源科技有限公司，广东深圳518057）

面对社会日益增长的电力需求，规模化电网侧储能成为发展趋势，储能系统丰富电网运行的电力服务内容，提供调峰、备用等电网运行服务，提升电力系统的灵活应用性、安全使用性，降低电力运行储备成本，增加电力运行经济效益，有助于推进电网体制管理的改革发展，促进规模化测能电站监控系统的研发与应用。电站储能系统是电网运行的重要部分，可以调节用电峰值，控制电能存储，增强电力系统的安全经济性，促使能源新业态快速发展。

1 电池储能系统的基本结构与规模化储能的应用分析

1．1 电池储能系统的基本结构组成

电池储能系统是电能产生－输送－应用的重要环节，储存系统的有效应用可以稳定电网的运行，保证电能系统可以灵活应用，促进规模化电网快速发展。一般情况下，电池储能系统由三部分组成，分别是电池堆、电池管理系统、储能变流器，如图1，储能器单体电流通过内部串联、并联的连接方式形成电池堆，并且经过储能变流器的电流转换实现DC／AC电流变换，促使电能可以双向流动，完成电池储能与释能的双向操作，实现充放电流程。电池管理系统可以有效监控电池堆的运行过程，如针对电流、电压、温度等参数进行监控、检测，若出现过流、过压、过热等运行情况，电池管理系统可以快速作出反应，保护电池储能系统的稳定运行［1］。

图1 电池储能系统结构图

1．2 规模化储能应用分析

清洁能源的应用成为能源研发趋势，利用可再生能源可以有效解决电网能源短缺问题，实现电网规模化储能，涵盖电网频率控制、削峰填谷、新能源接纳等多种功能，促使电网稳定运行，因此规模化储能未来应用包括3种类型，如电网频率调节，通过调频机组快速准确地响应调度指令来维护电网安全，降低火电调频带来的环境污染问题。新能源并网，通过储能技术发展将新能源改变为可控制的电源，促进新能源的开发利用，改善能源的出力特性；削峰填谷，高峰期用电多电价高，低谷期用电少电价低，容易产生峰谷矛盾，为此储能电站可以低谷期存电、高峰期放电，满足电能供应的峰谷需求，缓解供电不平衡引发的问题［2］。

2 电网侧储能电站监控系统体系架构与建设特点

2．1 电网侧储能电站监控系统体系架构

电网侧储能电站监控系统可以连接电网调度与储能系统，通过控制储能变流器及电池堆运行状态、升压变单元运行、并网开关状态、并网点电能质量和电能量等信息，实现电网监控，同时快速准确地响应电网调节指令，并分配指令到各个电力储能支路，通过运行数据分析监控储能系统工作状态，保证储能系统可以正常运行。通常，储能监控系统包括采集处理储能回路的数据信息、优化储能回路的正常运行与控制、优化储能回路的计划运行与经济调度，具备数据收集分析功能，针对电网储能回路问题可以快速做出响应，从而提高电网储能监控力度。

2．2 电网储能监控系统建设特点

电网储能监控系统纵向分不同层，横向分不同区，建设模式以计算机监控系统为主，一般分为三层，分别是间隔层、站控层以及网络设备层，每层都可以通过通信网络进行连接，有助于监控系统的数据信息采集、监控。其中站控层采用双星形网络，是数据收集、存储、查询的重要部分，由数台计算机组成，可以进行人机界面，实时收集相关数据，集中监管电网数据服务，实现数据的存储、查询与计量，同时还可以实现智能化监控，借助网络与储能回路实现网关通信及数据信息交换，有利于提高监控系统快速响应能力［3］。

3 规模化电网侧储能电站监控系统的应用研究

3．1 通信架构与通信协议的应用思考

规模化电网侧储能电站包括电池管理系统、储能变流器，是监控系统进行通信的重要部位，三者一般采用相同的通信的方式，方便电网数据信息的收集分析，针对不同通信方式情况，若采用响应速度快的直接通信方式IEC104规约，可以遵从规约，减少通信延时，提高通信的质量，若采用规约转换器的方式进行通信，容易降低电网通信效率，增加通信故障发生率，即时响应效果不理想，难以满足储能系统满充满放的快速响应机制，影响监控系统的可靠运行，为此可以根据实际情况取消采用规约转换器进行通信的方式，通过全网络式IEC104规约进行电网通信，促进储能系统安全稳定运行，提高监控系统的通信质量，提升规模化电网侧储能电站的可靠性，实现双网架构，方便监控系统的数据信息收集分析，调节命令的输送执行［4］。

互联网通信协议的应用需要考虑统一性，可以依据IEC61850进行建模与通信协议集，优化建模方法，提高监控操作效率，增强监控系统与电池管理系统、储能变流器的互相操作性，方便监控系统验收信号，收集数据信息，提升通信调试工作质量，降低通信协议对监控系统的干扰，加强监控系统的协调管理。

3．2 界面展示与功率控制的应用思考

储能电站监控系统功能强，界面展示丰富，既可以展现电站简介、电站通信拓扑、储能单元系统、电气接线等结构，还可以深度展示不同的储能元素信息，如电堆、储能变流器，方便工作人员直接获取特有储能元素的状态信息，针对储能变流器可以使用不同的颜色直观展现停机、待机、故障、充放电等运行状态，优化监控系统信息处理效果，加强监控系统的监控力度，全景展示电池组的充放电过程的上升、下降变化情况，有效呈现电池组的使用状态。如界面关于电池组的图元展示，可以充分展现出电池组的状态组合，若图元是橘黄色的跑动状态，那么电池组正在充电，若电池组充电20%，图元展示为电池组上限跑动，帮助工作人员把握电池组充电情况，若电池是放电状态，则图元是绿色的跑动态，若电池组电量储存为80%，那么图元在电池组下限进行绿色跑动。

储能电站监控系统应当具备充分控制功能，及时应对电力储能问题，为此可以对储能变流器进行统一启动、停机处理，增加监控系统快速转换充放电模式，一键启动转化功能，监控系统随时可以根据电能储存情况进行充电、放电流程，节约操作时间，提高监控操作效率。

3．3 储能电站监控系统中安全机制的应用思考

储能电站监控系统需要考虑安全问题，保护电池组不受影响，预防故障问题影响电池组的使用性能，为此储能监控系统应当具备中断电池管理系统与储能变流器的功能，一旦两者发生故障，储能监控系统可以直接进行通信中断，实现对电池组的保护，避免电池组在不受控的情况下，过充导致火灾或者是过放缩短电池组的寿命，此时储能监控系统应当采取中断措施避免电池组通流。此外，储能监控系统、电池管理系统、储能变流器分别被检测到通信中断时，需要及时将储能变流器转为停机、待机状态，保证电池组没有电流通过，断开电池组功率通道的连接，降低事故故障对电池组寿命的影响，减少成本损失。

储能监控系统应当可以进行全站紧急停机操作，全面控制系统运行状态，一旦某些储能电站出现事故引发全站危机，还可以根据全站紧急停机功能控制储能设备停运，减少事故对全站设备的影响，方便后续针对性维修维护，加强安全事故集中管理，提高储能电站监控系统应对事故的能力，降低事故损失。

4 结束语

储能电站监控系统可以有效监控电池组、电池管理系统、储能变流器的运行状态，通过计算机网络采集处理各设备的数据信息，保证储能系统可以正常运行，满足人们对电力的需求，如削峰填谷的应用，储能监控系统通过数据采集，在用电低谷期储备电能，高峰期释放电能，借助电价差，增加经济收益，优化储能监控系统的商业运营。此外，加强监控系统的安全考虑，规范监控系统的控制功能，健全安全机制，降低安全事故对电池组等设备的影响，提高储能监控系统应对事故的能力。