CN103812219B - 一种多储能电站联合远程监控系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种多储能电站联合远程监控系统包括，储能电站监控子系统对光伏发电系统的储能电站运行状态进行实时监控，并将储能电站实时运行数据发送至远程监控数据平台；远程监控数据平台对储能电站实时运行数据进行监控和分析；能量管理子系统依据监控数据和分析结果，制定储能电站的控制策略；储能电站监控子系统依据能量管理子系统下发的功率调整指令，对储能电站进行出力调整。和现有技术相比，本发明提供的一种多储能电站联合远程监控系统采用能量管理子系统-远程监控数据平台-储能电站监控子系统的分级监控，集中统一管理模式，确保储能电站处于高效的工作状态，有效地延长电力设备的使用寿命，同时使得日常监控和维护的工作更加简便。
Description
技术领域
本发明涉及一种储能电站监控系统，具体涉及一种多储能电站联合远程监控系统。
背景技术
近些年来，以风能、太阳能为代表的可再生能源发电技术在全球得到迅猛发展。然而随着应用范围不断扩大，可再生能源发电的随机性、波动性问题逐渐凸显，严重影响了可再生能源发电技术的大规模应用。同时，随着社会经济不断发展，电力需求迅速增长，安全性和多样化的要求越来越高，这些给电网经济安全运行提出了很高的要求。
储能技术的研究和发展一直受到各国能源、交通、电力、电讯等部门的重视，特别是储能技术在很大程度上解决了新能源发电的随机性、波动性问题，可以实现新能源发电的平滑输出，能有效调节新能源发电引起的电网电压、频率及相位的波动，使大规模风电及太阳能发电方便、可靠地并入常规电网，提高其经济效益。在各类储能存储技术中，大容量电池储能技术是今后重点发展的方向。
发展大规模储能技术，需要突破储能系统监控关键技术。储能监控是整个储能系统的高级控制中枢，负责监控整个储能系统的运行状态，保证储能系统处于最优的工作状态。储能监控是联结电网调度和储能系统的桥梁，起到上传下达的作用：一方面接收电网调度指令，根据当前系统运行情况与外界应用请求制定相应的运行控制策略，针对电站内不同储能电池的充放电特性，采用合理的能量管理优化技术分解电网调度指令至各个储能系统，使储能电池充放电性能得到最大利用，充分发挥储能电站低碳、经济的优势。另一方面，储能监控系统监视整个储能系统的运行状态，分析运行数据，确保储能系统处于良好的工作状态，同时按电网调度要求将储能电站主要实时运行信息上送至电网调度处，以供电网安全经济运行参考用。
目前已经投入运行的储能电站，其装机容量从几十千瓦到几兆瓦不等，所配套的储能监控系统多数只能针对站内设备进行实时监控，按外部功率指令调整设备出力。由于目前储能电站容量较小，并网电压等级较低，且多为单电站操作，参与电力系统调度活动能力有限，并未充分发挥其低碳经济的优势。因此提供一种适用地理位置分散，电气结构各异，储能技术多元，实时监控所有储能电站的设备运行情况，统计运行数据，评估运行状态的储能电站的联合系统远程监控方法显得尤为重要。
发明内容
为了满足现有技术的需要，本发明提供了一种多储能电站联合远程监控系统，所述系统包括储能电站监控子系统、远程监控数据平台和能量管理子系统；
所述储能电站监控子系统对光伏发电系统的储能电站运行状态进行实时监控，并将储能电站实时运行数据发送至所述远程监控数据平台；
所述远程监控数据平台对所述储能电站实时运行数据进行监控和分析，并将监控数据和分析结果发送至所述能量管理子系统；
所述能量管理子系统依据所述监控数据和分析结果，制定储能电站的控制策略；所述储能电站监控子系统依据所述能量管理子系统下发的功率调整指令，对储能电站进行出力调整。
优选的，所述远程监控数据平台包括基于Unix或Linux或Windows操作系统的服务器；所述远程监控数据平台包括数据采集单元、SCADA单元和数据分析单元；
所述数据采集单元通过无线通信网络采集所述储能电站的通信模块上传的实时运行数据；所述SCADA单元通过曲线、棒图和报表的形式对所述储能电站实时运行数据进行人机展示，实时监控所述储能电站；所述数据分析单元对所述储能电站实时运行数据进行电能统计分析、电能质量检测分析和经济性分析；
优选的，所述数据采集单元包括兼容CDT、XT9702、DL476-92、IEC101和IEC104通信规约的数据传输接口；
优选的，所述SCADA单元依据所述实时运行数据对所述储能电站的数据模型进行更新，并将所述数据模型存储到数据库；所述SCADA单元对所述储能电站的能量型储能系统出力值PE和功率型储能系统出力值PP进行计算和统计；
优选的，对所述储能电站实时运行数据进行经济性分析包括：
依据所述储能电站中单体储能电池的电压值和温度值，对储能电池的运行模式进行分析，对能量型储能系统中所述单体储能电池的电压-温度一致性进行分析，对功率型储能系统中所述单体储能电池的电压-温度一致性进行分析；
优选的，所述能量管理子系统包括数据采集处理单元、SCADA监控单元、储能电站运行状态评估单元、储能电站运行控制单元和储能电站优化控制单元；
优选的，所述数据采集处理单元接收所述储能电站上传的所述实时运行数据；
所述SCADA监控单元通过曲线、棒图和报表的形式对所述储能电站的实时运行数据、电能统计分析结果、电能质量检测分析结果和经济性分析结果进行人机展示，实时监控所述储能电站；所述SCADA监控单元依据实时运行数据、电能统计分析结果、电能质量检测分析结果和经济性分析结果对所述储能电站的数据模型进行更新，并将所述数据模型存储到数据库；
所述储能电站运行控制单元依据所述远程监控数据平台发送的监控数据和分析结果制定多储能电站联合系统的运行方式和储能电站的控制策略；
所述储能电站优化控制单元依据所述储能电站中能量型储能系统和功率型储能系统的充放电特性、充放电能力以及所述储能电站的地理位置和运行状态，选取需要进行出力调整的储能电站和调整控制量；
所述储能电站运行状态评估单元依据所述储能电站实时运行数据对所述储能电站中电力设备的工作状态和所述储能电站的实际运行状态进行分析，并将分析结果发送到所述储能电站优化控制单元和电网调度中心；
优选的，所述储能电站监控子系统安装在所述储能电站中，依据所述能量管理子系统下发的功率调整指令对所述储能电站进行就地调整操作；所述储能电站监控子系统包括数据采集服务器、监控工作站和通信模块；
所述数据采集服务器将所述储能电站的实时运行数据通过所述通信模块发送到所述监控工作站、所述数据采集单元和所述能量管理子系统；所述实时运行数据包括所述储能电站的模拟量信号、数字量信号、电度量信号、状态量信号、告警信号、动作信号和非远动信号；
所述监控工作站为监控人员对所述储能电站进行监视和所述就地调整操作的人机交互平台。
与最接近的现有技术相比，本发明的优异效果是：
1、本发明技术方案中，采用远程监控数据平台接收所辖储能电站信息，实现对储能电站的全景控制，实现储能电站无人值班；提供实时、历史数据查询、检索、曲线和报表；通过远程监控数据平台能够远程控制储能电站的启机/停机，控制升压站一次设备；远程调整储能电站的出力，满足外部电网对多储能电站联合系统的功率需求；图形化监视、报警提示，简单状态检测，与生产管理信息系统通信，储能电站运行分析、安全WEB数据发布，系统权限管理以及储能电站运行信息报表生成与分析、统计计算；
2、本发明技术方案中，能量管理子系统通过构建储能电站信息模型实现多储能电站全景监控，包括对多储能电站的数据进行告警、曲线显示和提供报表功能，对多储能电站联合系统进行多层次优化控制，图形化展示多储能电站联合系统的运行数据以及对储能电站运行诊断和状态评估；
3、本发明提供的一种多储能电站联合远程监控系统，采用上层为能量管理子系统，中间为远程监控数据平台，下层为储能电站监控子系统的分层控制方式，实行分级监控，集中统一管理模式，可以使储能电站处于健康高效的工作状态，有效地延长电力设备的使用寿命，同时使日常监控和维护的工作更加简便；
4、本发明提供的一种多储能电站联合远程监控系统，对能量型储能系统与功率型储能系统相结合的储能电站进行有效的联合监控，可以满足电网调度的任何需求，响应速度快；
5、本发明提供的一种多储能电站联合远程监控系统，储能电站监控子系统-远程监控数据平台-能量管理子系统能够实现能量双向流动，提高了电力设备利用率高，减少了电网中的旋转备用容量，缓解电网更新电力设备所需的投资，从而在保证电网运行安全的同时减少电网的调度费用；
6、本发明提供的一种多储能电站联合远程监控系统，将地理位置分散，储能技术不一致且电站结构各异的多个储能电站整合成一个可控单元即多储能电站联合系统；对内每个储能电站能够满足当地的用电需求同时达到经济利益的最优化；对外多储能电站联合系统为一个单一可控单元，接受上层电网调度，积极参与外部电网的能量交换。
附图说明
下面结合附图对本发明进一步说明。
图1是：本发明实施例中一种多储能电站联合远程监控系统硬件结构图；
图2是：本发明实施例中储能电站结构图；
图3是：本发明实施例中远程数据监控平台示意图；
图4是：本发明实施例中能量管理子系统示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
本发明提供了一种适用储能电站地理位置分散，电气结构各异，储能技术多元的多储能电站联合系统的联合远程监控系统，如图1示出了本实施例中多储能电站联合远程监控系统的硬件结构图，其中：多储能电站联合远程监控系统包括储能电站监控子系统、远程监控数据平台、能量管理子系统；
本实施例中储能电站监控子系统包括监控工作站、维护工作站、GPS装置、前置服务器和交换机；远程监控数据平台包括SCADA服务器和数据服务器；能量管理子系统与电网调度中心保持通信连接；储能电站监控子系统通过无线通信网络或物理通信网络与远程监控数据平台、能量管理子系统相连；
多储能电站联合系统由多个储能电站组成，图2示出了储能电站的储能支路的结构图；储能电站监控子系统以储能支路为单位进行实时监控，并将其实时运行数据发送到远程监控数据平台和能量管理子系统；
储能电站的实时运行数据包括：
①：电池堆端电压、充放电功率、荷电状态（SOC）、健康状态（SOH）、可充电量和可放电量；电池堆所辖各电池串电流、充放电功率、荷电状态（SOC）、健康状态（SOH）、控制模式（远程/就地）与运行状态（冷备/热备/运行）；
②：双向变流器交流侧输出的三相电压、三相电流、有功功率、无功功率、交流侧功率因数以及直流侧电压、直流侧电流、直流侧功率、工作状态（启/停）、运行模式（并/离网）和运行状态（充放电）；
③：支路开关的开合状态、电压、电流和频率；
④：储能支路当前发电量、当日发电量，累积发电量和电能表状态。
⑤：储能电站侧的电压、电流、频率、功率因数、有功功率、无功功率、储能电站可充电量和储能电站可放电量；
⑥：外电网侧的电压、电流、频率、功率因数、有功功率和无功功率；
⑦：并网开关的开合状态，保护状态；
⑧：储能支路当前的有功功率、无功功率、功率因数和电能表状态。
多储能电站联合系统的实时运行数据包括：系统总出力、总可充电容量和总可放电容量。
（1）：储能电站监控子系统
储能电站监控子系统对光伏发电系统的储能电站运行状态进行实时监控，并将储能电站实时运行数据发送至远程监控数据平台；储能电站监控子系统安装在储能电站中，依据能量管理子系统下发的功率调整指令对储能电站进行就地调整操作；储能电站监控子系统包括数据采集服务器、监控工作站和通信模块；
①：数据采集服务器将储能电站的实时运行数据通过通信模块发送到监控工作站、远程监控数据平台的数据采集单元和能量管理子系统；本实施例中实时运行数据包括储能电站实时运行数据的模拟量信号、数字量信号、电度量信号、状态量信号、告警信号、动作信号和非远动信号；
②：监控工作站为监控人员对储能电站进行监视和执行就地调整操作的人机交互平台。
（2）：远程监控数据平台
远程监控数据平台对储能电站实时运行数据进行监控和分析，并将监控数据和分析结果发送至能量管理子系统；如图3所示远程监控数据平台包括基于Unix或Linux或Windows操作系统的服务器；以及基于所述服务器的数据采集单元、SCADA单元和数据分析单元；
①：数据采集单元通过无线通信网络采集储能电站的通信模块上传的实时运行数据；数据采集单元包括兼容CDT、XT9702、DL476-92、IEC101和IEC104通信规约的数据传输接口；
②：SCADA单元通过曲线、棒图和报表的形式对储能电站实时运行数据进行人机展示，实时监控储能电站；SCADA单元依据实时运行数据对储能电站的数据模型进行更新，并将数据模型存储到数据库；SCADA单元对储能电站的能量型储能系统出力值PE和功率型储能系统出力值PP进行计算和统计。
③：数据分析单元对储能电站实时运行数据进行电能统计分析、电能质量检测分析和经济性分析；储能电站实时运行数据进行经济性分析包括：
依据储能电站中单体储能电池的电压值和温度值，对储能电池的运行模式进行分析，对能量型储能系统中单体储能电池的电压-温度一致性进行分析，对功率型储能系统中单体储能电池的电压-温度一致性进行分析。
采用远程监控数据平台接收所辖储能电站信息，实现对储能电站的全景控制，实现储能电站无人值班；提供实时、历史数据查询、检索、曲线和报表；通过远程监控数据平台能够远程控制储能电站的启机/停机，控制升压站一次设备；远程调整储能电站的出力，满足外部电网对多储能电站联合系统的功率需求；图形化监视、报警提示，简单状态检测，与生产管理信息系统通信，储能电站运行分析、安全WEB数据发布，系统权限管理以及储能电站运行信息报表生成与分析、统计计算。
（3）：能量管理子系统
能量管理子系统依据监控数据和分析结果，制定储能电站的控制策略；储能电站监控子系统依据能量管理子系统下发的功率调整指令，对储能电站进行出力调整；如图4所示能量管理子系统包括数据采集处理单元、SCADA监控单元、储能电站运行状态评估单元、储能电站运行控制单元和储能电站优化控制单元；
①：数据采集处理单元接收储能电站上传的所述实时运行数据；根据IEC61850-7-420建立符合相关国际标准的储能电站信息模型，该模型包含电气设备(开关、变压器、母线)，储能变流器和电池堆等现场设备的实时运行参数；能量管理子系统在采集上述实时运行参数的基础上，自动完善储能电站信息模型；能量管理子系统包括能够方便地录入储能电站信息模型参数的维护工具，灵活描述了储能电站的组成结构。
②：SCADA监控单元通过曲线、棒图和报表的形式对储能电站的实时运行数据、电能统计分析结果、电能质量检测分析结果和经济性分析结果进行人机展示，实时监控储能电站；SCADA监控单元依据实时运行数据、电能统计分析结果、电能质量检测分析结果和经济性分析结果对储能电站的数据模型进行更新，并将数据模型存储到数据库；
③：储能电站运行控制单元依据远程监控数据平台发送的监控数据和分析结果制定多储能电站联合系统的运行方式和储能电站的控制策略；
多储能电站联合系统为多个储能电站的逻辑集合，包括并网和离网两种运行方式；多储能电站联合系统的运行控制方式包括并网运行控制、离网运行控制、并/离网切换运行控制和离/并网切换运行控制；
并网运行控制时，储能电站的控制策略包括基本控制策略和复合控制策略；基本控制策略包括有功功率控制、无功功率控制和电能质量治理；复合控制策略为上述基本控制策略的组合策略，或针对具体储能电站进行优化调整的控制策略；
当多储能电站联合系统并网运行时，多储能电站联合远程监控系统实时分析储能电站的实时运行数据，当检测到外部电网出现故障或收到切换指令时，多储能电站联合远程监控系统对当前多储能电站联合系统的运行状态进行分析，并按一定顺序控制储能电站中的相关电力设备完成并/离网运行模式切换，从而多储能电站联合系统进入稳定离网运行状态。
离网运行控制时，由于没有外部电网提供电压/频率，所以需要各储能电站相互协调，按照指定的电压/频率参数运行，因此储能电站的控制策略优先选择为有功功率控制，其次为无功功率控制和电能质量治理；
当多储能电站联合系统离网运行时，多储能电站联合远程监控系统实时检测外部电网运行状态，当外部电网恢复供电后，多储能电站联合远程监控系统启动离/并网模式切换程序，并按一定顺序控制储能电站中的相关电力设备完成离/并网模式切换，从而多储能电站联合系统进入稳定并网运行状态。
④：储能电站优化控制单元依据储能电站中能量型储能系统和功率型储能系统的充放电特性、充放电能力以及储能电站的地理位置和运行状态，选取需要进行出力调整的储能电站和调整控制量；
储能电站优化控制单元依据多储能电站联合系统中储能电站的组建模型和调整控制量对需要进行出力调整的储能电站进行调整；同时，当多储能电站联合系统并网运行时，储能电站优化控制单元可以接收电网调度中心依据电网和负荷实际运行情况下发的功率调整指令，以确保电网正常运行；
⑤：储能电站运行状态评估单元依据储能电站实时运行数据对储能电站中电力设备的工作状态和储能电站的实际运行状态进行分析，并将分析结果发送到储能电站优化控制单元和电网调度中心。
能量管理子系统能够实现多储能电站全景监控，即包括：
a、实现多储能电站的数据告警、曲线显示、报表功能，并通过图形系统及运行工具浏览多储能电站联合系统的运行情况，对多储能电站联合系统基本运行情况进行统计分析，并可对多储能电站联合系统进行相关设置和控制操作；
b、对多储能电站联合系统进行多层次优化控制，包括对多储能电站联合系统、储能电站和储能支路的优化控制。优化控制包括人工设定控制和计划调度控制；人工设定控制可通过单独的人机界面程序或通过与图形系统关联的对话框，设定多储能电站联合系统整体或储能电站或储能电站中每个储能支路的充放电工作模式，充放电功率，启停储能支路，改变储能支路的并网/离网运行模式；计划调度控制根据上级电网调度给出的联合系统整体充放电调度计划曲线，通过分析所辖联合系统的运行情况，经优化计算给出各储能电站的充放电计划曲线，按计划充放电曲线控制各储能电站的充放电，实现在线自动设定闭环控制；
c、图形化展示多储能电站联合系统的运行数据，通过图形系统显示多储能电站联合系统的逻辑拓扑、电气接线、充放电监视和控制、储能支路图、PCS图，电池堆图、通信拓扑、电站简介；通过定制化的数据显示工具分层、分类，自动地按照多储能电站联合系统-储能电站-储能支路-储能设备进行详细信息的显示和展示，特别是对储能电池的电池电压、温度进行全景信息展示；
d、对储能电站运行诊断和状态评估；通过监视储能电站内电池堆/电池串各单元电池电压，给出异常运行告警信息；通过监视储能电池堆温度分布，给出温度告警信息；通过监视电池堆/电池串的SOC、SOH，充放电次数，给出过充，过放、运行寿命以及经济型评价指标；通过监视AC/DC和DC/DC储能变流器设备运行情况，给出异常运行告警信息。
（四）本发明实施例中位于不同区域的A、B两个储能电站，根据电网调度中心向多储能电站联合远程监控系统下发的功率调整指令，即要求下一时刻A电站充电，功率值若干；B电站放电，功率值若干。多储能电站联合远程监控系统接受功率调整指令后，调用能量管理子系统对功率调整指令进行响应，主要内容包括检查当前A、B储能电站的实时运行状态，校验功率调整指令是否超出A、B储能电站的最大充放电范围，并对超出充放电范围的功率调整指令进行修正，以当前最大可充放电功率为新调度指令等。能量管理子系统将校核过的功率调整指令分别转发至各储能电站就地的储能电站监控子系统，由各储能电站监控子系统执行功率调整指令。
最后应当说明的是：所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
Claims (4)
1.一种多储能电站联合远程监控系统，其特征在于，所述系统包括储能电站监控子系统、远程监控数据平台和能量管理子系统；
所述储能电站监控子系统对光伏发电系统的储能电站运行状态进行实时监控，并将储能电站实时运行数据发送至所述远程监控数据平台；
所述远程监控数据平台对所述储能电站实时运行数据进行监控和分析，并将监控数据和分析结果发送至所述能量管理子系统；
所述能量管理子系统依据所述监控数据和分析结果，制定储能电站的控制策略；所述储能电站监控子系统依据所述能量管理子系统下发的功率调整指令，对储能电站进行出力调整；
所述远程监控数据平台包括基于Unix或Linux或Windows操作系统的服务器；所述远程监控数据平台包括数据采集单元、SCADA单元和数据分析单元；
所述数据采集单元通过无线通信网络采集所述储能电站的通信模块上传的实时运行数据；所述SCADA单元通过曲线、棒图和报表的形式对所述储能电站实时运行数据进行人机展示，实时监控所述储能电站；所述数据分析单元对所述储能电站实时运行数据进行电能统计分析、电能质量检测分析和经济性分析；
所述SCADA单元依据所述实时运行数据对所述储能电站的数据模型进行更新，并将所述数据模型存储到数据库；所述SCADA单元对所述储能电站的能量型储能系统出力值PE和功率型储能系统出力值PP进行计算和统计；
对所述储能电站实时运行数据进行经济性分析包括：
依据所述储能电站中单体储能电池的电压值和温度值，对储能电池的运行模式进行分析，对能量型储能系统中所述单体储能电池的电压-温度一致性进行分析，对功率型储能系统中所述单体储能电池的电压-温度一致性进行分析；
所述能量管理子系统包括数据采集处理单元、SCADA监控单元、储能电站运行状态评估单元、储能电站运行控制单元和储能电站优化控制单元。
2.如权利要求1所述的一种多储能电站联合远程监控系统，其特征在于，所述数据采集单元包括兼容CDT、XT9702、DL476-92、IEC101和IEC104通信规约的数据传输接口。
3.如权利要求1所述的一种多储能电站联合远程监控系统，其特征在于，所述数据采集处理单元接收所述储能电站上传的所述实时运行数据；
所述SCADA监控单元通过曲线、棒图和报表的形式对所述储能电站的实时运行数据、电能统计分析结果、电能质量检测分析结果和经济性分析结果进行人机展示，实时监控所述储能电站；所述SCADA监控单元依据实时运行数据、电能统计分析结果、电能质量检测分析结果和经济性分析结果对所述储能电站的数据模型进行更新，并将所述数据模型存储到数据库；
所述储能电站运行控制单元依据所述远程监控数据平台发送的监控数据和分析结果制定多储能电站联合系统的运行方式和储能电站的控制策略；
所述储能电站优化控制单元依据所述储能电站中能量型储能系统和功率型储能系统的充放电特性、充放电能力以及所述储能电站的地理位置和运行状态，选取需要进行出力调整的储能电站和调整控制量；
所述储能电站运行状态评估单元依据所述储能电站实时运行数据对所述储能电站中电力设备的工作状态和所述储能电站的实际运行状态进行分析，并将分析结果发送到所述储能电站优化控制单元和电网调度中心。
4.如权利要求1所述的一种多储能电站联合远程监控系统，其特征在于，所述储能电站监控子系统安装在所述储能电站中，依据所述能量管理子系统下发的功率调整指令对所述储能电站进行就地调整操作；所述储能电站监控子系统包括数据采集服务器、监控工作站和通信模块；
所述数据采集服务器将所述储能电站的实时运行数据通过所述通信模块发送到所述监控工作站、所述远程监控数据平台和所述能量管理子系统；所述实时运行数据包括所述储能电站的模拟量信号、数字量信号、电度量信号、状态量信号、告警信号、动作信号和非远动信号；
所述监控工作站为监控人员对所述储能电站进行监视和所述就地调整操作的人机交互平台。
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