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张云:长园深瑞电化学储能智能控制、安全运维技术应用

作者:中国储能网新闻中心 来源:中国储能网 发布时间:2019-05-23 浏览:
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中国储能网讯:4月24-26日,由中国化学与物理电源行业协会储能应用分会主办的第九届中国国际储能大会在浙江省杭州市洲际酒店召开。在4月25日上午的“储能电站与技术应用(二)专场”,长园深瑞继保自动化有限公司研发经理张云在会上分享了主题报告《长园深瑞电化学储能智能控制、安全运维技术应用》,以下为演讲实录:

张云:各位领导专家,大家上午好!很荣幸能够代表公司给大家做电化学储能智能控制、安全运维技术应用。我今天汇报的内容分为四个部分,分别是储能控制运维领域亟待解决的问题、智能控制与安全运维方面的探索和沉淀以及对公司储能产品与实践的简要介绍。

亟待解决的问题

近几年,公司以规划设计服务商、设备供应与系统集成商、运维服务商、投资运营主体等多个角色广泛参与到了储能的建设与运营活动中。2018年到19年,公司参与建设了江苏与湖南的电网侧储能的项目。

在这过程中,我们深刻体会到当前的储能系统在监控与运维领域,存在以下几个亟待解决的问题。

1,储能系统规模日渐庞大,从长旺到芙蓉,储能站的数据量从6万直接上升到了30多万,江苏正在建设的南京江北与昆山两个储能站容量将达到上百兆瓦,数据量预计能达到120万,在江苏镇江项目安调过程中,不少站点出现了系统采集处理遇到瓶颈的问题,面对百兆瓦级的储能站,当前架构难以满足其全景监视控制需求;

2,电网公司快速拔高储能各子系统在自动化领域的建设标准,第一个站用MODBUS,第二个站用61850 mms,第三个站应用61850 Goose,能量管理系统的功率控制模块成为效率的瓶颈;

3,能量管理系统属于自动化专业管理,电池与变流器等本体运维的专业管理部门缺少相应的工具,主要依赖巡视、报警故障处理等被动运维手段,外包驻场运维成为常态;

4,缺乏运行数据的积累,无法把控储能系统损耗、故障、衰减等趋势,数据在站端产生就产生了,一年以后就被滚动覆盖了,这些数据最后没有产生价值。

公司做了大量实践和沉淀,力图能够解决上述问题。

智能控制技术

面对海量数据处理的问题,我们将实时库拆分成若干个区域,每个区域均有独立的采集、处理、计算、存储进程。

通常情况,电力网络(并网线路、母线、储能进线、箱变、站用变等其它负荷、公共测控相关数据)为一个分区,储能单元大约30MW(30W数据点)为一个分区。

模型分区服务负责协调分区的范围与边界,边界数据在分区之间进行在线交换。如变流器交直流接触器的状态、电池直流开关的状态将作为边界数据同步到电力网络分区,支撑网络拓扑着色等应用。

各项基于实时库的应用通过总线的代理获取实时数据,实时库分区对应用完全透明,主备服务器之间在线同步数据。

总结起来就是实时库分区处理,边界数据在线交换、应用数据融合。

实时库分区处理的技术,充分利用多核服务器的计算资源,仅使用1组PC服务器即可支撑百兆瓦级储能站的全景采集与监视,大幅度节省了服务器、系统软件、屏柜、场地、电源等投入。

跨节点数据交互及跨进程交互均十分精简,在任何情况下不产生数据积压,充分保证了应用与控制的实时性。

因为项目需要,我们在权威检测机构进行了性能专项检测,可以看到在每秒数万条事项的雪崩环境下,系统CPU负荷很低,数据变位时延依然优于各项标准。

同时,系统平台保持坚强可靠,在雪崩条件下进行切换、N-1故障,数据均无扰动。

功率电压控制方面,电池储能系统本身就具有响应速度快的特点,因此能量管理系统中的AGVC子站的效率对整体指令跟踪的性能有重要的影响。

AGVC子站在进行调节时,需要获知全站的运行状态。其中:

-电力网络状态:储能进线断路器状态、有功无功等量测状态以及站用变的状态

-拓扑状态主要是母线分段开关及并网线路状态

-变流器状态主要包含:事故告警与闭锁状态、工作模式、以及当前充放功率等

-电池堆状态主要包含:事故告警与闭锁状态,SOC、可充可放、空调消防状态等

-通信状态主要为各项控制子对象的网络状态

传统方式的AGVC子站在收到控制指令以后再收集这些信息,对20MW左右的储能站来说,这个过程会长达2秒。这种设计在面向爬坡速度低的逆变器、风机等电源时,效率上并不会有大的问题,但直接应用在电池储能上,其毫秒级响应的特点就被浪费掉了。

因此,我们将数据的请求改为流方式的注册与推送,任意状态变化推送到AGVC模块时延<0.2s,时刻掌握当前运行断面,保证控制的速率。

通过流数据推送的拓扑状态,可以快速更新AGVC的运行方式。

如一个的单母3分段的储能站,出线断路器与分段母联的状态会直接影响AGC和AGC控制对象的闭锁状态与控制能力。

-第一种运行状态:两个分段开关均为分位,处于分段运行状态,此时分别计算3个AVC控制对象的电压控制能力,如可增无功与可减无功,AGC子站的有功充放电能力完整;

-第二种运行状态:出线2断路器断开,同时1、2分段母联置为合位,此时出线2的AVC控制对象闭锁,它的控制能力将转移到对象1,AGC子站的有功充放电能力完整

-第三种运行状态:出线2断路器断开,同时1、2分段母联也处于分位,此时出线2的AVC控制对象闭锁,分别计算1、3个控制对象的电压控制能力,AGC与AVC的控制能力均降低

在执行AGC指令时,为了能够得到更好的精度、提升可用率与经济效益,我们也实现了一些优化控制策略。

-损耗修正控制:对站用损耗、变压器损耗、集电线路损耗进行补偿,叠加历史数据预测当前指令对应的损耗加以补偿,并根据实时采样持续修正,利用变流器长时10%超额运行的能力补偿满放损耗

-SOC加权控制:为了保持各电池堆容量的一致性,采用SOC加权,差异化控制每个电池堆充放电功率,如放电时,高SOC的储能单元的放电功率会适当高一些,

-经济优化控制:在拒绝执行指令遭受罚款、立即响应指令取得收益、防止电池深度充放电折损寿命三者间取得平衡。

这是我们其中一个项目上调度主站视角的AGC随动曲线,其中黄色曲线是调度指令,绿色的并网点有功,可以看到指令的跟随几乎重叠。随动时延约3s,精度<1%,AVC调节时间<5s,一般2轮即可调节到位。

AGC随动时延大部分在协议转换上(MODUBS转104),以后储能站的设计普遍拔高,全面采用61850 mms,控制速度进一步提升。

能量管理系统AGC模块自身,在百兆瓦级储能测试环境下,有功与无功控制时延小于0.2秒。

智能运维技术

通过储能项目的咨询、建设运营,我们发现有多个主体需要采集储能站的各项信息。电网公司一侧主要有:

-省调水新处

-设备部,是运维的主要归口部门,智辅中心将在各个地市建设,其中储能站直流侧的全量信息采集是其中一个重要部分

-省电科院,基于电网调度与运检业务支撑的目的

投资主体主要是:

-电网侧储能的投资主体,如省综合能源服务公司;

-电源侧储能的投资主体;

-用户侧储能的投资主体。

各主体均强烈希望能够得到全量的数据,以支撑起其自身科研、运维、考核评价等业务。

目前电力系统远程数据传输主要有两种方式:电力规约与E文件。

电力规约适用于厂站与调度中心通信,主要依赖点表进行约定,不能自描述,录入与调试困难。单链路承载数据量有限,104单链路大约能支持25000个数据,只能支撑2MW电池信息的传递,大型储能站可能需要数十个链路。自定义扩展困难,以104为例,无标准历史数据传递ASDU,私有扩展缺乏普适性

E文件适用于调度中心系统之间简单数据交换。E文件同样没有模式文件,格式同样依赖约定。行列模式,不支持增量信息传递,带宽成本高,扩展困难。

综合起来看,目前两种成熟协议均难以适用储能站的场景。

因此,从自描述、高效、易扩展、安全四个方面综合考虑,我们采用了REST接口+JSON的通信方式。其中JSON分为两个部分,静态描述与动态数据。

静态描述JSON类似于智能变电站的SCD文件,当然结构非常简单易读,提供全站所有设备数据模板及其实例、相关的报警限值、一二次设备对应关系等描述。既适用于智能设备,也适用于电度表等非智能设备。站端在完成模型与数据调试后,离线提供描述JSON到运维数据平台。

动态数据JSON类似于电力规约,描述带时标的数据,支持召唤与突变。描述JSON充分扩展了标签的描述能力,可以描述通用变位、SOE、数组类型数据、补招数据以及数据质量位等。

同时,在传输过程中采用gzip压缩,整体带宽占用相比电力归于没有显著的增大。

最后,信息子站通过REST接口与数据中心交互,采用TLS加密的链路,保证数据安全。

在电网侧、电源侧的场景下,储能信息子站采用二、三区跨区部署的方式,其中二区部署数据镜像服务器,采集站内的全量数据,三区部署数据汇聚服务器,负责与运维数据平台的交互。传输通道主要依赖调度信息网。

在用户侧场景下,数据镜像与汇聚服务器合二为一,并可以通过通过加密链路在公共网络上实现安全的数据交互。

平台端采用OpenShift容器云构建。每个储能站均有一组采集、存储、计算、人机界面服务容器组合共同支撑。容器所需的资源,如块存储、计算核数、内存可针对储能站的规模弹性扩展。如1MW的用户侧储能分配60G的块存储即可满足2年的存储需求,而10MW则可以按需分配,随着服务时长分阶段分配存储空间。

这套架构的技术特点是:

-客户空间进程级、文件级隔离,安全可靠;

-采集、存储、计算、人机交互松耦合,由OpenStack引擎自动监视维护容器的运行状态,实现高可用;

-模型、数据使用REST接口对客户开放,支持二次开发,客户可据此实现自有的报表、分析等应用。

以上是平台目前已经构建的应用以及部分截图。

关于我们

长园深瑞继保自动化有限公司于1994年成立,是电力系统自动化和智能化知名品牌。

公司围绕围绕“发、输、变、配、用”5大电力环节,为用户提供电力行业设备、解决方案和系统集成与咨询设计服务。

近年来,公司充分利用多年产品技术和工程经验,推出了一系列完善的储能解决方案。产品涵盖储能监控与能量管理系统、微电网能量管理系统、储能运维系统、储能变流器、协调控制器、智能并网柜、DC-DC变换器以及相关的仿真培训与检测智能化工具。

长园深瑞的储能产品线已经在诸如镇江长旺、长沙芙蓉等电网侧储能以及其它类型的项目中实现了高质量交付。公司将持续以技术创新为动力,在服务能源行业道路上不断前行。

以上是我报告的全部内容,欢迎各位领导专家批评指正,谢谢!

关键字:储能大会

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