CN113990054A - 一种储能电站数据分析与预警系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种储能电站数据分析与预警系统，包括：数据采集模块、信号处理模块、数据分析模块和数据预警模块；数据采集模块分别与储能电站的若干个电池堆连接，获取电池堆状态信息；信号处理模块对电池堆状态信息进行数据处理，并发送至数据分析模块；数据分析模块依据电池堆状态信息对储能电站的运行状态进行分析；数据预警模块依据数据分析模块的分析结果，对储能电站的运行状态分等级预警。通过实时采集储能电站电化学电池的状态信息，对其进行分析和预警，实现了对储能电站整体、电池堆、电池簇及单体电池的全生命周期的状态监测、数据分析及故障预警，提高了储能电站的安全性和可靠性。

Description

一种储能电站数据分析与预警系统
技术领域
本发明涉及储能电站检测技术领域，特别涉及一种储能电站数据分析与预警系统。
背景技术
近年来，我国光伏、风电等新能源发电技术发展迅速，在“双碳”目标驱动下新能源装机容量占比将逐步提升。同时，新能源对于电网来说是扰动源，大规模新能源电站的接入会导致电网的惯性、频率响应特性及电压响应特性降低，不利于电网的稳定运行。为此，需要在电力系统中接入大规模储能电站、解决新能源发电的出力波动性和不确定性引起的系统供电充裕性不足问题。储能技术包括飞轮储能、压缩空气储能、氢储能、电化学储能等，其中电化学储能是目前最前沿的储能技术。而在电化学储能技术中，钠硫电池、锂离子电池和液流电池等电化学储能技术发展较快。
储能电站电化学电池因能量大、电压高、且电解液大多为有机易燃物，且充放电过程性能下降、寿命衰减，使得其安全性和可靠性备受关注。因此，有必要为电化学储能电站配备智能、高效的数据分析和预警体系，融合动态工况的状态实时感知、健康状态评估、故障预警，对电池进行有效的安全性和可靠性管理。
目前，国内相关研究涵盖电池状态估计、寿命预测、成组应用和耐久性管理等多方面，取得了一系列重要研究成果。市场上发布的产品主要是针对分布式的小型储能预制舱或电动汽车充电站的运维管理，对大型储能电站电池在线评估和预警技术的整体研究成果还较少，对不同特性、不同厂家的储能电池进行状态评估和预警的研究更是少之又少。因此，对于电化学储能电站电池的运行数据进行分析挖掘，构建电池的状态监测和健康管理系统,是实现电池长时间可靠工作的重要方面,对于系统任务决策、防止灾难性事故的发生具有重要意义。
发明内容
本发明实施例的目的是提供一种储能电站数据分析与预警系统，通过实时采集储能电站电化学电池的状态信息，对其进行分析和预警，实现了对储能电站整体、电池堆、电池簇及单体电池的全生命周期的状态监测、数据分析及故障预警，提高了储能电站的安全性和可靠性。
为解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种储能电站数据分析与预警系统，包括：数据采集模块、信号处理模块、数据分析模块和数据预警模块；
所述数据采集模块分别与储能电站的若干个电池堆连接，获取所述电池堆状态信息；
所述信号处理模块对所述电池堆状态信息进行数据处理，并发送至所述数据分析模块；
所述数据分析模块依据所述电池堆状态信息对所述储能电站的运行状态进行分析；
所述数据预警模块依据所述数据分析模块的分析结果，对所述储能电站的运行状态分等级预警。
进一步地，所述数据采集模块通过IEC 104协议与所述电池堆进行数据交换。
进一步地，所述信号处理模块对所述电池堆状态信息进行数字滤波、有效性检查、工程值转换、信号接点抖动消除和/或刻度计算。
进一步地，所述数据分析模块包括：
储能电站分析单元，其用于分析所述储能电站的运行状态，包括：综合效率、充电电量、放电电量、站用电量和/或利用小时数；
储能变流器分析单元，其用于分析储能变流器的运行状态，包括：SOC、电压、温度、有功功率、无功功率、充放电量、转换效率和/或可利用小时数；
电池分析单元，其用于分析单体电池的运行状态，包括：电池温度和/或电池电压。
进一步地，所述储能电站数据分析与预警系统还包括：能耗分析模块；
所述能耗分析模块依据所述若干个电池堆状态信息，对所述储能电站内用电单元的用电量及用电关系进行分析。
进一步地，所述能耗分析模块还包括：能耗显示单元；
所述能耗显示单元将能耗分析结果依据用电单元类型分类进行显示。
进一步地，所述数据预警模块包括：储能电站预警单元、电池堆预警单元、电池簇预警单元和单体电池预警单元；
所述储能电站预警单元分别对所述储能电站中的PCS、电池和通信状况进行分级预警；
所述电池堆预警单元分别对所述电池堆的过压、欠压、过温、欠温进行分级预警；
所述电池簇预警单元分别对所述电池堆中的若干个电池按照预警级别进行排序；
所述单体电池预警单元分别对所述电池簇中的若干个所述单体电池的温度和电压进行分级预警。
本发明实施例的上述技术方案具有如下有益的技术效果：
通过实时采集储能电站电化学电池的状态信息，对其进行分析和预警，实现了对储能电站整体、电池堆、电池簇及单体电池的全生命周期的状态监测、数据分析及故障预警，提高了储能电站的安全性和可靠性。
附图说明
图1是本发明实施例提供的储能电站数据分析与预警系统原理示意图；
图2是本发明实施例提供的电池信息结构示意图；
图3是本发明实施例提供的储能电站数据分析与预警系统软件结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
请参照图1，本发明实施例提供了一种储能电站数据分析与预警系统，包括：数据采集模块、信号处理模块、数据分析模块和数据预警模块；数据采集模块分别与储能电站的若干个电池堆连接，获取电池堆状态信息；信号处理模块对电池堆状态信息进行数据处理，并发送至数据分析模块；数据分析模块依据电池堆状态信息对储能电站的运行状态进行分析；数据预警模块依据数据分析模块的分析结果，对储能电站的运行状态分等级预警。
请参照图2，为简化数据，精简数据存储量，方便业务识别并进行数据分析处理，单体信息按物理含义分为电压表、温度表、报警信息表等，每个表的存储周期不同。电池信息结构如图2所示。
储能电站数据分析与预警系统的数据采集与处理采用并行处理结构，整个系统根据数据接入容量统一建模分析多套SCADA并行处理，每一套SCADA处理对应的采集装置上送数据，采用多个实时库配合实现实时数据的存储。
请参照图3，首先通过配置工具建立各种储能电站电池业务模型，将电池信息划分为电池单体、电池模组、电池堆，并建立上述业务设备之间的关联关系。数据处理系统将四遥数据业务模型化处理，将电池设备电池堆、电池模组、电池单体的数据按设备、属性及设备属性值按电池模型建立数据表。系统实时采集各储能子系统的模拟量、状态量等实时数据，对所采集的实时信息进行数字滤波、有效性检查、工程值转换、信号接点抖动消除、刻度计算等加工，从而提供可应用的各种实时数据。对于需要长期保存的重要数据将存放在历史数据库中。软件架构如图3所示。
进一步地，数据采集模块通过IEC 104协议与电池堆进行数据交换。
储能电站数据分析与预警系统采用独立通讯网络，通过与储能电站进行通信，系统组网架构如图1所示。
进一步地，信号处理模块对电池堆状态信息进行数字滤波、有效性检查、工程值转换、信号接点抖动消除和/或刻度计算。
进一步地，数据分析模块包括：储能电站分析单元、储能变流器分析单元和电池分析单元。储能电站分析单元用于分析储能电站的运行状态，包括：综合效率、充电电量、放电电量、站用电量和/或利用小时数；储能变流器分析单元用于分析储能变流器的运行状态，包括：SOC、电压、温度、有功功率、无功功率、充放电量、转换效率和/或可利用小时数；电池分析单元用于分析单体电池的运行状态，包括：电池温度和/或电池电压。
具体的，数据分析模块对储能电站分“储能站”“PCS”“电池单体”三层进行数据分析。
a)储能站效益分析主要对储能整站综合效率、充电电量、放电电量、站用电量、利用小时数进行统计与分析，系统根据所选起止日期进行日、月、年三个时间尺度的计算，以柱状图和表格形式展示。
b)PCS包括“信息分析”“效益对标”和“数据对标”功能。
“信息分析”功能对PCS在某个时间点的“基本信息”和“统计信息”进行数据分析：“基本信息”对站内所有PCS在某个时间点的SOC、电压、温度、有功和无功、以曲线和柱状图的形式进行对比分析；“统计信息”对站内所有PCS在某个时间点的日、年和总充放电量等统计数据、以表格的形式进行分析。
“效益对标”功能对PCS在某个时间点或时间段内的转换效率、可利用小时数进行数据对标分析：“PCS对标”对站内所有PCS在某日、某月、某年的转换效率和可利用小时数、以曲线和表格的形式进行分析，；“PCS对标”对某个PCS在某个日、月、年时间段的转换效率和可利用小时数、以曲线和表格的形式进行分析。
“数据对标”功能对某个PCS在某个时间段内的有功、SOC、电压和模块温度、以曲线和表格的形式进行相关性分析。
c)电池单体主要对电池温度和电压等数据进行分析，包含“横向对标”和“纵向对标”功能。
横向对标功能：通过选定时间点对标查询整站每一个电池簇下的电池单体电压(温度)平均值、最大值、最大值单体号、最小值、最小值单体号，以表格和曲线的形式展示。纵向对标功能：对某个电池簇的电池单体在某个时间段内的电压和温度数据进行数据分析，以表格和曲线的形式展示。
进一步地，储能电站数据分析与预警系统还包括：能耗分析模块；能耗分析模块依据若干个电池堆状态信息，对储能电站内用电单元的用电量及用电关系进行分析。
能耗分析分“能耗总览”“能耗指标分析”和“能耗历史趋势”三个方面进行分析，具体如下：
a)能耗总览
对当前电站内已知所有用电单元、用电分类单元的用电量进行展示和分析。其中，电量关系展示当前电站内已知所有用电单元的用电关系、今日和累计电量、昨日电量及昨日与前日电量的比较。近一周用电趋势展示站用电、总控舱用电、PCS舱总用电、电池舱总用电、其他用电等分类电量的近一周曲线。分类统计通过饼图展示除站用电以外的分类电量各自在今日和累计、昨日的电量占站用电的比例。
b)能耗指标分析
PCS舱展示整站全部PCS舱日/月用电量，日/月耗电率，日/月平均温度，用电量与温度分析图采用用电量和平均温度展示；耗电率排名图根据日/月耗电率进行降序排名；表格对用电量、耗电率、平均温度，进行统一展示。
电池舱展示整站全部电池舱、电池舱风机、电池舱空调的日/月用电量，日/月耗电率，日/月平均温度(仅电池舱)，用电量与温度分析图采用电池舱总用电量、电池舱风机用电量、电池舱空调用电量三个对象组合和电池舱平均温度综合展示；耗电率排名图根据电池舱日/月耗电率进行降序排名；表格对用电量、耗电率，进行统一展示。
c)能耗历史趋势
主要对选定PCS舱和电池舱及其包含风机、空调的用电量、耗电率及温度进行展示。根据所选时间类型日、月，PCS舱部分选择PCS舱、时间，分别以柱状曲线图和表格形式展示其用电量、耗电率和PCS舱温度；电池舱部分选择电池舱、时间，柱状曲线图展示选定电池舱及包含的风机、空调的耗电量和电池舱温度，表格展示选定电池舱及包含的风机、空调的用电量、耗电率。
进一步地，能耗分析模块还包括：能耗显示单元；能耗显示单元将能耗分析结果依据用电单元类型分类进行显示。
进一步地，数据预警模块包括：储能电站预警单元、电池堆预警单元、电池簇预警单元和单体电池预警单元。储能电站预警单元分别对储能电站中的PCS、电池和通信状况进行分级预警；电池堆预警单元分别对电池堆的过压、欠压、过温、欠温进行分级预警；电池簇预警单元分别对电池堆中的若干个电池按照预警级别进行排序；单体电池预警单元分别对电池簇中的若干个单体电池的温度和电压进行分级预警。
数据预警模块对储能电站分“整站”“电池堆”“电池簇”“电池单体”四层进行预警。
a)整站预警功能包含运行状态、综合评价、健康状态三部分。
运行状态部分：对每一个储能设备包含的PCS、电池、通讯进行三个维度预警，每个维度的预警又分一级、二级、三级预警。同时，根据PCS、电池、通讯三个维度预警状态对储能设备进行优良差分组。
综合评价部分：“说明”对综合评分规则进行说明，描述分数与优中差的划分；综合评分展示整站评分结果及评价；PCS正常率和BMS正常率显示整站PCS、BMS设备正常占比；上一次评价时间为一键评估按钮点击后，评估算法结束后的记录时间，同时将评估结果展示于底部文本框；上一次运行时间为一键运维按钮点击后记录时间。
健康状态部分：根据电压、温度信息将堆预警分为三级并在同级按照报警次数降序排列展示；其中三级预警显示红色，二级预警显示黄色，无异常或者一级预警显示绿色；展示优先级为三级、二级、一级顺序。
b)电池堆预警功能为对某个电池堆过压、欠压、过温、欠温等告警按类型或时间做告警排序，及该电池堆在某个时间段内的有功、SOC和多种类型的告警进行分析，可以记录该电池堆在当前时间的运维。
c)电池簇预警功能为对某个电池堆的多个电池簇按告警级别进行排序，及某个电池簇分级预警、告警分类、各级预警的日趋势分析。电池簇排序按照三级预警、二级预警、一级预警或无异常进行排序，分级预警对所选电池簇通过颜色(红、黄、绿)进行高危、中危和低危的区分，告警分类对所选电池簇按告警类型分类做比例分析，日趋势为所选电池簇上一次运维至昨日的各级预警趋势。
d)电池单体预警功能分表格显示和曲线展示两部分。
表格显示：整站储能设备堆名称下的电池簇对应所有单体电压、温度的一、二、三级综合预警状态，三级预警、二级预警、无异常或者一级预警依次用红色、黄色、绿色圆点显示。
曲线展示：查询历史时间所选电池堆对应的SOC和PCS功率曲线趋势；查询历史时间所选电池堆、所选电池簇全部单体电池过压、欠压、压差、过温、欠温、温差的一、二、三级综合预警状态。
本发明实施例旨在保护一种储能电站数据分析与预警系统，具备如下效果：
通过实时采集储能电站电化学电池的状态信息，对其进行分析和预警，实现了对储能电站整体、电池堆、电池簇及单体电池的全生命周期的状态监测、数据分析及故障预警，提高了储能电站的安全性和可靠性。
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (7)

1.一种储能电站数据分析与预警系统，其特征在于，包括：数据采集模块、信号处理模块、数据分析模块和数据预警模块；
所述数据采集模块分别与储能电站的若干个电池堆连接，获取所述电池堆状态信息；
所述信号处理模块对所述电池堆状态信息进行数据处理，并发送至所述数据分析模块；
所述数据分析模块依据所述电池堆状态信息对所述储能电站的运行状态进行分析；
所述数据预警模块依据所述数据分析模块的分析结果，对所述储能电站的运行状态分等级预警。
2.根据权利要求1所述的储能电站数据分析与预警系统，其特征在于，
所述数据采集模块通过IEC 104协议与所述电池堆进行数据交换。
3.根据权利要求1所述的储能电站数据分析与预警系统，其特征在于，
所述信号处理模块对所述电池堆状态信息进行数字滤波、有效性检查、工程值转换、信号接点抖动消除和/或刻度计算。
4.根据权利要求1所述的储能电站数据分析与预警系统，其特征在于，所述数据分析模块包括：
储能电站分析单元，其用于分析所述储能电站的运行状态，包括：综合效率、充电电量、放电电量、站用电量和/或利用小时数；
储能变流器分析单元，其用于分析储能变流器的运行状态，包括：SOC、电压、温度、有功功率、无功功率、充放电量、转换效率和/或可利用小时数；
电池分析单元，其用于分析单体电池的运行状态，包括：电池温度和/或电池电压。
5.根据权利要求1所述的储能电站数据分析与预警系统，其特征在于，还包括：能耗分析模块；
所述能耗分析模块依据所述若干个电池堆状态信息，对所述储能电站内用电单元的用电量及用电关系进行分析。
6.根据权利要求5所述的储能电站数据分析与预警系统，其特征在于，
所述能耗分析模块还包括：能耗显示单元；
所述能耗显示单元将能耗分析结果依据用电单元类型分类进行显示。
7.根据权利要求1所述的储能电站数据分析与预警系统，其特征在于，
所述数据预警模块包括：储能电站预警单元、电池堆预警单元、电池簇预警单元和单体电池预警单元；
所述储能电站预警单元分别对所述储能电站中的PCS、电池和通信状况进行分级预警；
所述电池堆预警单元分别对所述电池堆的过压、欠压、过温、欠温进行分级预警；
所述电池簇预警单元分别对所述电池堆中的若干个电池按照预警级别进行排序；
所述单体电池预警单元分别对所述电池簇中的若干个所述单体电池的温度和电压进行分级预警。
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