多站融合模式下儲能電站的數據采集方案設計

周啟平，何偉，賈蕾，郭俊凱

（1.安徽繼遠軟件有限公司，安徽 合肥230088；2.中國電子科技集團第二十研究所，陜西 西安710068；3.四創電子股份有限公司，安徽 合肥230011）

2019年初，國家電網有限公司提出了建設“三型兩網、世界一流”戰略目標，充分發揮電網在能源匯集傳輸和轉換利用中的樞紐作用，以能源互聯網為支撐，匯集各類資源，通過能源配置和綜合服務等平臺，打造帶動上下游產業鏈共同發展、共建共治共贏的能源互聯網生態圈。多站融合作為泛在電力物聯網建設的基礎保障，是實現“三型兩網”目標的重要舉措，通過在儲能電站、變電站以及數據中心站的基礎上，融合北斗地基增強站、5G基站、光伏站、綜合能源站等各類站點資源，完成時空數據的互聯貫通，并協同電網、政府、金融機構、供應商、服務商、用戶以及電池廠商等共建能源產業生態圈，實現能源的高效、互補、節約和共享，促進新能源消納，支撐綠色智慧城市建設，推動能源產業健康快速發展[1-3]。

作為多站融合的關鍵組成部分，儲能環節是多站點間能源融合互補和數據貫通的紐帶，發揮著緩沖器、聚合器和穩定器的角色，有效保障各站點穩定高效的運行，進而實現各類能源數據的融合和共享，由此看來，儲能電站數據是多站融合的基礎[4]。然而，由于目前儲能電站數據采集并沒有制定統一的采集規范，同時站點較為分散且站間差異性較大，造成儲能電站的數據難以得到統一管控，無法有效支撐其他業務的開展工作。因此，基于儲能電站數據采集缺乏規范性、且站點管控不透明和無法共享等現狀，通過開展項目研究，在總結儲能電站數據采集方法的基礎上，建立一套統一的儲能電站數據規約與采集規范，采用大數據、邊緣計算等先進技術，實現對各儲能電站生產運行數據的集中采集，并實時傳輸到數據中心站，對數據進行快速分析與處理，及時掌握儲能電站的運行狀態，確保多站融合的高效進行。

1 研究意義

通過開展多站融合技術分析，以儲能電站數據采集為研究對象，探索提升多站融合的集中管理模式，并以各儲能電站的數據采集為切入點，制定統一的數據采集規約和接口調用規則，加強多站間的數據融合，提高多站融合的綜合管理水平[5]。

制定統一的數據采集規范：綜合考慮各儲能電站之間的差異性，建立儲能電站數據規約及采集規范，簡化各站點數據接入工作流程，為不同廠商儲能設備的集中采集提供參考依據，促進多站融合的數據貫通。

提升多站融合綜合運營水平：提升多站融合的全息感知能力，借助數據中心站，促進智慧多站融合監控平臺的監測和運行評價模型的建立，實現多站點間運行數據的高度融合、橫向對比和綜合分析，強化儲能電站的設備安全監視、運行狀態評價和管理能力，促進多站融合用能需求分析，提高多站融合整體運營管理水平。

提高多站融合建設水平：通過對儲能數據的集中采集以及精準分析，推動多站融合各站點間的協同運作，提升效率，在業務上實現“三流合一”，即能源流、信息流和數據流的深度融合，進而提高資源利用效率，促進業務跨界融合，實現開放共享、深度協同的資源和數據服務能力[6]。

提升資源利用價值水平：以儲能電站生產實時數據為基礎，以遠程信息采集為載體，并依托云計算、大數據、物聯網、移動互聯、人工智能等技術，實現數據的共享與分析，促進預警全景展示、輔助運行監測和自動故障分析診斷等，降低多站融合整體運營成本，提高整體運行效率、資源利用率以及生產安全性，提升資源虛擬化、數據標準化、應用服務化和展示可視化等方面的綜合服務水平。

2 技術原理

2.1 技術架構

儲能電站數據采集技術架構如圖1所示，整個架構包括：終端層、邊緣層、傳輸層、數據層、平臺層、應用層和展現層。

圖1 儲能電站數據采集技術架構

終端層：通過能源路由器對站內二次設備數據進行采集。

邊緣層：在數據中心站對數據進行初次加工和邊緣計算。

傳輸層：通過電力無線通信專網或4G/5G通信網絡等方式，將采集數據傳輸到多站融合數據中心。

數據層：多站融合數據中心對采集數據進行存儲和分析，進行實時流計算、批量計算、查詢分析等操作。

平臺層：以智慧多站融合監控平臺或智慧儲能云平臺等載體，用于支撐上層應用。

應用層：開展生產操作類、運營管理類和分析決策類等應用。

以智能手機、平板電腦、Web頁面等方式進行應用展現。

2.2 技術路線

本文通過開展對儲能電站數據采集、管理維護等需求研究，建立標準統一的數據采集和分析規范，結合儲能電站存在空間上相互分離的特點，形成一套完整、高效、安全、可靠的數據采集技術路線，提升對儲能電站的實時監測及運營分析能力，保障儲能電站在數據上實現采集、傳輸、分析和共享[7]，充分發揮多站融合的邊緣計算和數據協同優勢，在管理上實現區域范圍內儲能電站集中監測和多站協同管控，實現儲能資源的高效整合和利用。

建立統一規約轉換模型，用于實現多種傳輸協議和無縫接入，并利用數據中心站的邊緣計算能力，實現低延時、低功耗的儲能電站智能數據采集、處理與傳輸，滿足就地處理與智能分析業務需求，實現儲能電站運行數據的高效、精準采集，實現儲能電站在多站融合中的泛在互聯，捉高全息感知能力。

對采集的儲能電站的實時運行數據進行相應的預處理、異常檢查、超限判斷、數據計算和數據統計等操作[8]，實現對數據的甄別與重構，保障數據在采集與傳輸過程中的完整性，同時利用大數據存儲及分析技術，進行分布式數據庫部署，構建分布式存儲系統，充分保障數據的安全、穩定和可靠，為數據融合共享提供可靠的技術支撐。

2.3 采集流程

整個儲能電站的數據采集過程包括5個環節，即變電站二次系統、儲能電站、數據中心站、多站融合數據中心和用戶側等環節的處理過程，其采集流程如圖2所示。

圖2 儲能電站數據采集流程

確定儲能電站數據采集的范圍和內容[9]，如表1所示。

表1 變電站二次系統采集信息

通過能源路由器進行數據的實時采集和上傳，并在生產控制大區與管理信息大區之間設置電力專用橫向單向隔離裝置進行物理隔離[10]，用來加強對數據的安全防護。

數據中心站對各系統上傳數據進行就地存儲和預處理，就地存儲的機制包括定期存儲和永久存儲，定期存儲指在各系統數據上傳至數據中心站后，在數據中心站按照預設的保留期限定期自動清除，以滿足站內實時查看和云端數據臨時備份的需要，其他站歷史數據查詢需從云端多站融合數據中心調取相關數據；永久存儲指各系統數據上傳至數據中心站后，在數據中心站永久性存儲，其他站歷史數據查詢主要以本地數據中心站調取為主[11-12]。

邊緣數據中心根據接收到的各系統實時運行數據，按照預設的數據上傳規則，定期或按需實現采集數據的全量或增量上傳至云端多站融合數據中心。根據電網數據的不同傳輸要求，數據傳輸方式包括電力專線、無線電力專網通信或者4G/5G網絡通信[13]。

多站融合數據中心接收站端上傳的運行數據后，按照預設規則進行運算、合并和排重等相應處理，以支撐多站融合監控平臺的各項業務應用。

2.4 應用場景

建立智慧多站融合監控平臺，實現儲能業務、數據業務、變電業等數據的匯集和整合，實現多站協同管控和數據共享，促進多站融合的經濟性、安全性、穩定性運行，實現降本增效，可持續發展。

建立儲能大數據智能分析平臺，對接入的儲能電站點監測數據進行深化分析與應用，實現同一站點歷史數據的縱向對比和不同站點數據的橫向分析，有助于決策管理層全面掌握站點總體運營情況，同時為多站融合的儲能專業化運營提供相應的決策支撐[14]。

建設運維工作管理平臺，改進運維工作的計劃性和協同性，加強遠程管理與現場運維人員的協調和聯動，極大降低整體維護成本，提高多站融合集中運維能力，有效提升電站運營可靠性和運營效益。

建設移動應用輔助管理系統，形成移動互聯、跨越時間和空間界限、24 h無間斷實時響應的服務和管理能力，提高多站融合的日常管控和故障處理效率[15]。

3 方案創新點

建立標準化的管理流程。針對目前儲能電站布局分散只能屬地化管理，以及管理標準不統一等問題，制定完善的儲能電站數據采集規范與標準，規范儲能電站數據采集操作流程，全面提升采集數據的實時性、準確性和完整性，并對采集的儲能電站運行數據進行實時存儲，用以支撐多站融合的管理應用，為實現多站融合的專業化、信息化和精細化管理提供堅實的基礎保障。

基于邊緣計算技術的儲能電站數據采集。根據儲能電站的物聯網數據交互規范，開展儲能數據多域接入和多類傳輸協議交互技術研究，建立支持多種傳統協議無縫接入的統一規約轉換模型，同時充分發揮數據中心站地理優勢，實現儲能數據的就地處理和邊緣計算，提升本地化系統應用的數據運算和響應效率，強化儲能電站的安全運行能力。

基于大數據技術的空間數據存儲處理。根據多源異構的結構化和非結構化數據的混合特征，利用大數據技術進行數據的快速獲取、加載和轉換，搭建碎片化和多樣化的非結構化數據分布式存儲框架，并利用大數據存取工具提高分布式存儲效率，提供實時有效地運行數據，為儲能電站的數據挖掘和數據共享提供可靠的技術支撐。

4 結束語

針對目前儲能電站數據采集規范不統一，管理屬地化和標準不統一等問題，根據多站融合模式下儲能電站的數據采集方案進行設計，利用大數據處理及存儲、邊緣計算等技術手段，研究出儲能電站數據的采集、傳輸、存儲和應用的操作流程，此舉能有效改變長期屬地化運維、操作不規范等現狀，提升儲能電站的遠程管理能力，并在降低運營成本的前提下，保障多站融合的整體運營效率和綜合管理水平。