規模化電網側儲能電站監控系統的應用

郭子健

（深圳庫博能源科技有限公司，廣東深圳518057）

面對社會日益增長的電力需求，規模化電網側儲能成為發展趨勢，儲能系統豐富電網運行的電力服務內容，提供調峰、備用等電網運行服務，提升電力系統的靈活應用性、安全使用性，降低電力運行儲備成本，增加電力運行經濟效益，有助于推進電網體制管理的改革發展，促進規模化測能電站監控系統的研發與應用。電站儲能系統是電網運行的重要部分，可以調節用電峰值，控制電能存儲，增強電力系統的安全經濟性，促使能源新業態快速發展。

1 電池儲能系統的基本結構與規模化儲能的應用分析

1．1 電池儲能系統的基本結構組成

電池儲能系統是電能產生－輸送－應用的重要環節，儲存系統的有效應用可以穩定電網的運行，保證電能系統可以靈活應用，促進規模化電網快速發展。一般情況下，電池儲能系統由三部分組成，分別是電池堆、電池管理系統、儲能變流器，如圖1，儲能器單體電流通過內部串聯、并聯的連接方式形成電池堆，并且經過儲能變流器的電流轉換實現DC／AC電流變換，促使電能可以雙向流動，完成電池儲能與釋能的雙向操作，實現充放電流程。電池管理系統可以有效監控電池堆的運行過程，如針對電流、電壓、溫度等參數進行監控、檢測，若出現過流、過壓、過熱等運行情況，電池管理系統可以快速作出反應，保護電池儲能系統的穩定運行［1］。

圖1 電池儲能系統結構圖

1．2 規模化儲能應用分析

清潔能源的應用成為能源研發趨勢，利用可再生能源可以有效解決電網能源短缺問題，實現電網規模化儲能，涵蓋電網頻率控制、削峰填谷、新能源接納等多種功能，促使電網穩定運行，因此規模化儲能未來應用包括3種類型，如電網頻率調節，通過調頻機組快速準確地響應調度指令來維護電網安全，降低火電調頻帶來的環境污染問題。新能源并網，通過儲能技術發展將新能源改變為可控制的電源，促進新能源的開發利用，改善能源的出力特性；削峰填谷，高峰期用電多電價高，低谷期用電少電價低，容易產生峰谷矛盾，為此儲能電站可以低谷期存電、高峰期放電，滿足電能供應的峰谷需求，緩解供電不平衡引發的問題［2］。

2 電網側儲能電站監控系統體系架構與建設特點

2．1 電網側儲能電站監控系統體系架構

電網側儲能電站監控系統可以連接電網調度與儲能系統，通過控制儲能變流器及電池堆運行狀態、升壓變單元運行、并網開關狀態、并網點電能質量和電能量等信息，實現電網監控，同時快速準確地響應電網調節指令，并分配指令到各個電力儲能支路，通過運行數據分析監控儲能系統工作狀態，保證儲能系統可以正常運行。通常，儲能監控系統包括采集處理儲能回路的數據信息、優化儲能回路的正常運行與控制、優化儲能回路的計劃運行與經濟調度，具備數據收集分析功能，針對電網儲能回路問題可以快速做出響應，從而提高電網儲能監控力度。

2．2 電網儲能監控系統建設特點

電網儲能監控系統縱向分不同層，橫向分不同區，建設模式以計算機監控系統為主，一般分為三層，分別是間隔層、站控層以及網絡設備層，每層都可以通過通信網絡進行連接，有助于監控系統的數據信息采集、監控。其中站控層采用雙星形網絡，是數據收集、存儲、查詢的重要部分，由數臺計算機組成，可以進行人機界面，實時收集相關數據，集中監管電網數據服務，實現數據的存儲、查詢與計量，同時還可以實現智能化監控，借助網絡與儲能回路實現網關通信及數據信息交換，有利于提高監控系統快速響應能力［3］。

3 規模化電網側儲能電站監控系統的應用研究

3．1 通信架構與通信協議的應用思考

規模化電網側儲能電站包括電池管理系統、儲能變流器，是監控系統進行通信的重要部位，三者一般采用相同的通信的方式，方便電網數據信息的收集分析，針對不同通信方式情況，若采用響應速度快的直接通信方式IEC104規約，可以遵從規約，減少通信延時，提高通信的質量，若采用規約轉換器的方式進行通信，容易降低電網通信效率，增加通信故障發生率，即時響應效果不理想，難以滿足儲能系統滿充滿放的快速響應機制，影響監控系統的可靠運行，為此可以根據實際情況取消采用規約轉換器進行通信的方式，通過全網絡式IEC104規約進行電網通信，促進儲能系統安全穩定運行，提高監控系統的通信質量，提升規模化電網側儲能電站的可靠性，實現雙網架構，方便監控系統的數據信息收集分析，調節命令的輸送執行［4］。

互聯網通信協議的應用需要考慮統一性，可以依據IEC61850進行建模與通信協議集，優化建模方法，提高監控操作效率，增強監控系統與電池管理系統、儲能變流器的互相操作性，方便監控系統驗收信號，收集數據信息，提升通信調試工作質量，降低通信協議對監控系統的干擾，加強監控系統的協調管理。

3．2 界面展示與功率控制的應用思考

儲能電站監控系統功能強，界面展示豐富，既可以展現電站簡介、電站通信拓撲、儲能單元系統、電氣接線等結構，還可以深度展示不同的儲能元素信息，如電堆、儲能變流器，方便工作人員直接獲取特有儲能元素的狀態信息，針對儲能變流器可以使用不同的顏色直觀展現停機、待機、故障、充放電等運行狀態，優化監控系統信息處理效果，加強監控系統的監控力度，全景展示電池組的充放電過程的上升、下降變化情況，有效呈現電池組的使用狀態。如界面關于電池組的圖元展示，可以充分展現出電池組的狀態組合，若圖元是橘黃色的跑動狀態，那么電池組正在充電，若電池組充電20%，圖元展示為電池組上限跑動，幫助工作人員把握電池組充電情況，若電池是放電狀態，則圖元是綠色的跑動態，若電池組電量儲存為80%，那么圖元在電池組下限進行綠色跑動。

儲能電站監控系統應當具備充分控制功能，及時應對電力儲能問題，為此可以對儲能變流器進行統一啟動、停機處理，增加監控系統快速轉換充放電模式，一鍵啟動轉化功能，監控系統隨時可以根據電能儲存情況進行充電、放電流程，節約操作時間，提高監控操作效率。

3．3 儲能電站監控系統中安全機制的應用思考

儲能電站監控系統需要考慮安全問題，保護電池組不受影響，預防故障問題影響電池組的使用性能，為此儲能監控系統應當具備中斷電池管理系統與儲能變流器的功能，一旦兩者發生故障，儲能監控系統可以直接進行通信中斷，實現對電池組的保護，避免電池組在不受控的情況下，過充導致火災或者是過放縮短電池組的壽命，此時儲能監控系統應當采取中斷措施避免電池組通流。此外，儲能監控系統、電池管理系統、儲能變流器分別被檢測到通信中斷時，需要及時將儲能變流器轉為停機、待機狀態，保證電池組沒有電流通過，斷開電池組功率通道的連接，降低事故故障對電池組壽命的影響，減少成本損失。

儲能監控系統應當可以進行全站緊急停機操作，全面控制系統運行狀態，一旦某些儲能電站出現事故引發全站危機，還可以根據全站緊急停機功能控制儲能設備停運，減少事故對全站設備的影響，方便后續針對性維修維護，加強安全事故集中管理，提高儲能電站監控系統應對事故的能力，降低事故損失。

4 結束語

儲能電站監控系統可以有效監控電池組、電池管理系統、儲能變流器的運行狀態，通過計算機網絡采集處理各設備的數據信息，保證儲能系統可以正常運行，滿足人們對電力的需求，如削峰填谷的應用，儲能監控系統通過數據采集，在用電低谷期儲備電能，高峰期釋放電能，借助電價差，增加經濟收益，優化儲能監控系統的商業運營。此外，加強監控系統的安全考慮，規范監控系統的控制功能，健全安全機制，降低安全事故對電池組等設備的影響，提高儲能監控系統應對事故的能力。