儲(chǔ)能電站數(shù)據(jù)可靠性測(cè)試分析

艾紹偉，何剛，滕卓男，李國(guó)杰

(許繼電氣股份有限公司中試部，河南 許昌 461000)

0 引言

隨著新能源的快速發(fā)展，大量分布式電源接入電網(wǎng)，其間歇性和波動(dòng)性給電網(wǎng)造成的功率沖擊嚴(yán)重威脅電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。為了平衡風(fēng)電光伏等分布式電源對(duì)電網(wǎng)的沖擊，在配電網(wǎng)接入儲(chǔ)能裝置是一種有效的措施［1］。儲(chǔ)能電站的出現(xiàn)，很好地解決了分布式發(fā)電與傳統(tǒng)電網(wǎng)之間的矛盾，改善了電網(wǎng)電能質(zhì)量，促進(jìn)了可再生能源的最大化利用。

相比傳統(tǒng)變電站，儲(chǔ)能電站監(jiān)視單元多，需要采集大量的單體電池信息每塊單體電池都有若干電流、電壓、信號(hào)，伴隨著對(duì)電池組充放電的循環(huán)，單體電池信息在不斷的發(fā)生變化，數(shù)據(jù)量大，數(shù)據(jù)變化周期短。另一方面操作控制頻繁，電網(wǎng)電能質(zhì)量調(diào)節(jié)、電池充放電策略、可再生能源發(fā)電調(diào)節(jié)都需要對(duì)儲(chǔ)能電站進(jìn)行操控，也會(huì)引起大量數(shù)據(jù)變化。以下將對(duì)儲(chǔ)能電站相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行可靠性測(cè)試和分析。

1 儲(chǔ)能電站

目前國(guó)內(nèi)儲(chǔ)能電站一般采用磷酸鐵鋰電池儲(chǔ)能，磷酸鐵鋰電池具備安全可靠、放電深度和充放電倍率高等優(yōu)勢(shì)。儲(chǔ)能電站電池單元一般采用模塊化設(shè)計(jì)，電池組安裝在預(yù)制艙內(nèi)，預(yù)制艙內(nèi)具有溫控、消防、照明、視頻監(jiān)控等保護(hù)系統(tǒng)，確保電池系統(tǒng)具有最優(yōu)的轉(zhuǎn)換效率及運(yùn)作性能，同時(shí)具有安全可靠的保護(hù)措施［2］。每套預(yù)制艙配置1套電池組充放電裝置(PCS)及升壓變成套裝置，通過(guò)變壓器將儲(chǔ)能單元所發(fā)電力升壓至10 kV后，并網(wǎng)匯集到公網(wǎng)10 kV母線，如圖1所示。

圖1 儲(chǔ)能電站Fig．1 Energy storage power station

2 儲(chǔ)能電站數(shù)據(jù)組成

儲(chǔ)能電站數(shù)據(jù)主要由3部分組成，如圖2所示。第1部分是電池管理系統(tǒng)(BMS)數(shù)據(jù):包括單體電池?cái)?shù)據(jù)、電池串?dāng)?shù)據(jù)、電池組數(shù)據(jù)等。數(shù)據(jù)類型有遙測(cè)數(shù)據(jù)、遙信數(shù)據(jù)、環(huán)境數(shù)據(jù)等［3］。電池?cái)?shù)據(jù)是儲(chǔ)能電站主要數(shù)據(jù)信息，也是儲(chǔ)能電站里數(shù)據(jù)量最大的信息。第2部分是PCS設(shè)備信息，PCS主要是對(duì)電池進(jìn)行充放電操作，同時(shí)PCS裝置具備DA/AC轉(zhuǎn)換功能，是儲(chǔ)能電站數(shù)據(jù)中最重要的信息，負(fù)責(zé)儲(chǔ)能電站的全部操作命令的執(zhí)行，信息類型主要有遙測(cè)信息、遙信信息、遙控信息。第3部分是儲(chǔ)能監(jiān)控主站數(shù)據(jù)。儲(chǔ)能監(jiān)控主站數(shù)據(jù)是儲(chǔ)能電站數(shù)據(jù)里最全面的數(shù)據(jù)，同時(shí)具有BMS以及PCS的部分?jǐn)?shù)據(jù)，其次還包括儲(chǔ)能電站的環(huán)境數(shù)據(jù)、安防數(shù)據(jù)等，另外儲(chǔ)能監(jiān)控主站還接收來(lái)自調(diào)度主站的信息。儲(chǔ)能監(jiān)控主站對(duì)整個(gè)儲(chǔ)能電站的數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析，具有最高的權(quán)限，執(zhí)行整個(gè)儲(chǔ)能電站的所有策略。

圖2 儲(chǔ)能電站數(shù)據(jù)Fig．2 Data of energy storage power station

3 數(shù)據(jù)可靠性測(cè)試的必要性

可靠的數(shù)據(jù)是儲(chǔ)能電站穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)，數(shù)據(jù)的錯(cuò)誤和丟失都會(huì)影響儲(chǔ)能電站的安全運(yùn)行。BMS采集單體電池、電池串、電池組信息，如果出現(xiàn)電流或者電壓數(shù)據(jù)錯(cuò)誤，會(huì)導(dǎo)致BMS系統(tǒng)發(fā)出告警信息，誤報(bào)電池組損壞，錯(cuò)誤的電池組電能容量(SOC)信息會(huì)導(dǎo)致PCS無(wú)法對(duì)電池充電或者導(dǎo)致電池?zé)o限過(guò)充等嚴(yán)重威脅電站安全的事故。PCS數(shù)據(jù)錯(cuò)誤會(huì)導(dǎo)致充電電流過(guò)大，放電功率太小等無(wú)法滿足電網(wǎng)需求。儲(chǔ)能電站監(jiān)控主站數(shù)據(jù)錯(cuò)誤會(huì)導(dǎo)致主站分析出錯(cuò)誤的策略，執(zhí)行錯(cuò)誤的操作等，所以數(shù)據(jù)的可靠性測(cè)試是對(duì)儲(chǔ)能電站安全的檢測(cè)，是有重要意義的測(cè)試。

4 數(shù)據(jù)可靠性測(cè)試

4．1 BMS數(shù)據(jù)可靠性測(cè)試

BMS數(shù)據(jù)是儲(chǔ)能電站最底層的數(shù)據(jù)，最大的特點(diǎn)就是數(shù)據(jù)量巨大，也是儲(chǔ)能電站數(shù)據(jù)可靠性最薄弱的地方［4］。比如一個(gè)2 MW·h的電池倉(cāng)，一般單體電池的容量為200A·h，共需要1萬(wàn)個(gè)單體電池，每塊電池需要采集電流、電壓、溫度、SOC 4個(gè)遙測(cè)值，溫度過(guò)高告警、電流過(guò)大告警、電壓過(guò)高、過(guò)低告警等若干告警信息。電池組串后需要采集相應(yīng)的串電流、電壓以及相應(yīng)的告警信息，電池串成組后會(huì)采集相應(yīng)的電池組電流、電壓及相應(yīng)的告警信息，所以一個(gè)2 MW·h的電池倉(cāng)上送BMS的數(shù)據(jù)量約為5萬(wàn)個(gè)。

4．2 測(cè)試方法

根據(jù)BMS數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)采用IEC 104電力通信規(guī)約(以下簡(jiǎn)稱IEC 104規(guī)約)多數(shù)據(jù)模擬源模擬1萬(wàn)個(gè)單體電池信息上送，遙測(cè)、遙信比例為1∶1，數(shù)據(jù)總量為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)電池倉(cāng)數(shù)據(jù)量的1．2倍，共6萬(wàn)個(gè)數(shù)據(jù)。IEC 104多數(shù)據(jù)模擬器自帶數(shù)據(jù)計(jì)數(shù)功能，可以自動(dòng)統(tǒng)計(jì)發(fā)出的遙測(cè)、遙信個(gè)數(shù)。遙測(cè)采用按步長(zhǎng)5 min發(fā)送一次，遙信采用變位發(fā)送，10 min變位一次。1萬(wàn)個(gè)模擬單體電池采用時(shí)間觸發(fā)同時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)，實(shí)驗(yàn)時(shí)間為30 min。BMS系統(tǒng)對(duì)上送的遙測(cè)信息進(jìn)行變位存儲(chǔ)，存儲(chǔ)間隔為5 min，遙信采用變位存儲(chǔ)，只要發(fā)送變位就存入歷史庫(kù)。試驗(yàn)原理如圖3所示。

圖3 測(cè)試原理Fig．3 Test principles

試驗(yàn)結(jié)束后，利用IEC 104規(guī)約模擬源自帶的統(tǒng)計(jì)功能計(jì)算出模擬源總共發(fā)出的數(shù)據(jù)量。30 min模擬源共發(fā)出遙測(cè)量18萬(wàn)個(gè)，遙信量9萬(wàn)個(gè)。查看BMS系統(tǒng)，查詢存入的遙測(cè)數(shù)量和遙信數(shù)量是否與IEC 104規(guī)約模擬源發(fā)出的遙測(cè)、遙信數(shù)量一致，如果一致，表示BMS數(shù)據(jù)可靠性較高，不存在數(shù)據(jù)丟失。如果不一致，查看是遙測(cè)數(shù)據(jù)丟失，還是遙信數(shù)據(jù)丟失，或者遙測(cè)、遙信都有丟失。抽查數(shù)據(jù)存入的時(shí)標(biāo)，計(jì)算遙測(cè)、遙信的時(shí)延是否滿足要求。

4．3 PCS數(shù)據(jù)可靠性測(cè)試

PCS裝置接收主站的遙控命令和BMS系統(tǒng)的電池組數(shù)據(jù)，通過(guò)BMS上送的電池電流、電壓、SOC值、告警信號(hào)等進(jìn)行遙控命令的合理性判斷，并對(duì)電池組進(jìn)行充放電操作［5］。PCS數(shù)據(jù)可靠性測(cè)試采用配電主站生成遙控曲線，在不同時(shí)間點(diǎn)設(shè)置遙控命令，通過(guò)時(shí)間曲線觸發(fā)100次遙控操作，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，查看PCS裝置收到的遙控次數(shù)是否為100次，保證遙控接收正確率為100%。

PCS遙控處理流程如圖4所示，通過(guò)改變BMS系統(tǒng)的電流、電壓、SOC值、告警信號(hào)等進(jìn)行PCS的充電操作、放電操作、不滿足充電條件、充電正常結(jié)束、充電異常結(jié)束等模擬PCS裝置基本操作［5］。

圖4 PCS遙控處理流程Fig．4 PCS remote control process

4．4 監(jiān)控主站數(shù)據(jù)可靠性測(cè)試

監(jiān)控主站數(shù)據(jù)包含了部分BMS數(shù)據(jù)、PCS數(shù)據(jù)和全部的環(huán)境數(shù)據(jù)，同時(shí)監(jiān)控主站接收來(lái)自遠(yuǎn)方調(diào)度主站的控制命令，負(fù)責(zé)整個(gè)儲(chǔ)能電站的數(shù)據(jù)分析和策略的執(zhí)行。監(jiān)控主站數(shù)據(jù)可靠性測(cè)試結(jié)合了BMS數(shù)據(jù)可靠性測(cè)試與PCS數(shù)據(jù)可靠性測(cè)試于一體。在測(cè)試數(shù)據(jù)完整性的情況下還要保證接收來(lái)自遠(yuǎn)方調(diào)度的控制命令的可靠性。測(cè)試方法參考BMS數(shù)據(jù)可靠性測(cè)試和PCS數(shù)據(jù)可靠性測(cè)試方法。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文分析了儲(chǔ)能電站數(shù)據(jù)可靠性測(cè)試的必要性和儲(chǔ)能電站3大類數(shù)據(jù)的可靠性測(cè)試方法。隨著儲(chǔ)能電站的快速發(fā)展與應(yīng)用，有關(guān)儲(chǔ)能電站數(shù)據(jù)可靠性的研究將是一個(gè)長(zhǎng)期需要探討的問(wèn)題。