中國儲能網訊：電網側電池儲能電站參照無人值班的公用變電站（公變）要求，在接入集中監(jiān)控中心或調度主站自動化系統(tǒng)前，需組織進行監(jiān)控信息接入驗收。
國網湖南省電力有限公司長沙供電分公司的研究人員李琳、秦澤宇、劉嘯，在2021年第7期《電氣技術》上撰文，針對儲能電站監(jiān)控范圍、信號取點要求、驗收準備、驗收方法等要求，全方位探討如何規(guī)范開展監(jiān)控信息接入驗收管控，提出按照“分級分類取點、模塊化加工、自動驗收裝置全驗+人工抽驗組合驗收”的方法應對儲能電站設備特殊、信息量大的特點，進行系統(tǒng)的監(jiān)控信息接入驗收管控的方法。
該方法基于分級監(jiān)控要求，綜合考慮儲能電站模塊化特點，采用監(jiān)控信息自動驗收技術，對規(guī)范儲能電站并網監(jiān)控信息驗收、提升驗收效率有明顯作用。某地區(qū)第一座儲能電站采用所提的管控方法后，接入驗收管理工作有序開展，驗收效率大幅提升。
儲能系統(tǒng)能夠為電網運行提供調峰、調頻、備用、黑起動、需求響應支撐等多種服務，是提升傳統(tǒng)電力系統(tǒng)靈活性、經濟性和安全性的重要手段，是有效推動電力體制改革和促進能源新業(yè)態(tài)發(fā)展的核心基礎。國內電網側大型儲能電站從2009年第一座深圳寶清儲能電站開始，到2018年江蘇、河南、湖南等地大規(guī)模興建，發(fā)展迅猛。作為新生事物，對電力調度、運維檢修、施工調試等帶來極大挑戰(zhàn)。
當前大型儲能電站正逐步由有人值班向無人值守、集中監(jiān)控模式發(fā)展。按照無人值班變電站實施集中監(jiān)控的基本要求和技術條件，儲能電站在實施無人值守前，需按照《變電站集中監(jiān)控驗收技術導則》對反映儲能電站一、二次設備運行狀況的監(jiān)控信息進行審核、接入與驗收，當前并無相關監(jiān)控信息接入管理方案可以分析借鑒。
有研究者對比分析了當前儲能站內三種主流儲能監(jiān)控系統(tǒng)架構的技術特點，提出儲能電站協調控制解決方案，但是側重站內信息監(jiān)控和協同控制，并未涉及遠方監(jiān)控。有研究者根據儲能系統(tǒng)的典型結構及監(jiān)控需求，給出電站監(jiān)控系統(tǒng)的架構和建設模式，分析了監(jiān)控系統(tǒng)的應用功能，但是并未提及如何實現遠方監(jiān)控。有研究者分析了儲能電站由大量的遙測遙信數據組成，分析了數據特點及如何保證可靠性，但是并未分析如何優(yōu)化上送遠方數據進行遠方監(jiān)控信息接入驗收。
本文針對儲能電站監(jiān)控信息量大和模塊化的特點，提出按照“分級分類取點、模塊化加工、自動驗收裝置全驗+人工抽驗組合驗收”的方法將監(jiān)控信息接入管控。從儲能電站遠方監(jiān)控范圍、監(jiān)控信息取點要求、監(jiān)控主站接入準備、監(jiān)控信息驗收方法等角度層層深入，系統(tǒng)分析監(jiān)控信息接入管理內容和管控要點，并以某地區(qū)第一座儲能電站監(jiān)控信息接入管理為例，探討儲能電站監(jiān)控信息審核與驗收管理。
1 儲能電站組成與監(jiān)控系統(tǒng)
1.1 儲能電站組成
儲能電站主要由電池堆、功率變換系統(tǒng)（power convert system, PCS）、升壓變壓器、電池管理系統(tǒng)（battery management system, BMS）、能量管理系統(tǒng)（energy management system, EMS）、保護和監(jiān)控設備等組成。儲能電站結構示意圖如圖1所示，兩組電池堆和兩組PCS，與一臺380V/10kV升壓變壓器組成一組儲能單元。
EMS主要功能包括整個電池儲能電站的數據采集、網絡監(jiān)控、能量調度和網絡數據分析等方面。BMS主要是針對電池側的監(jiān)測、評估、保護和均衡監(jiān)測，BMS可全面監(jiān)測電池的運行狀態(tài)。PCS主要實現交直流電能的轉換，即根據調度指令實現交流變直流（充電）或直流變交流（放電）。
圖1 儲能電站結構示意圖
1.2 儲能電站監(jiān)控系統(tǒng)
儲能電站監(jiān)控系統(tǒng)（EMS）是整個儲能電站的監(jiān)控、測量、信息交互和調度管理核心，EMS通過局域網和61850協議與各子系統(tǒng)進行連接。EMS能實現數據匯總、信息綜合分析統(tǒng)計、調度數據采集與監(jiān)視控制（supervisory control and data acquisition, SCADA）遠傳、故障顯示及監(jiān)視、有功無功控制、頻率控制等功能。EMS通過與BMS、PCS通信，實時掌握每組儲能單元的運行情況，并下發(fā)控制指令，實現蓄電池到PCS再到全站設備的逐層監(jiān)視和控制。
儲能電站按無人值班原則設計，采用兩層網絡結構的計算機監(jiān)控系統(tǒng)。站控層設備配置滿足儲能電站監(jiān)控系統(tǒng)功能要求，配置監(jiān)控主機（EMS主機）、數據通信網關機（遠動機）、綜合應用服務器等；間隔層設備由保護測控裝置、BMS、PCS、故障錄波裝置等組成，完成本間隔設備的就地監(jiān)視、信息遠傳等功能。儲能電站集中式監(jiān)控方案示意圖如圖2所示，它實現了一套EMS監(jiān)控全站BMS和PCS。
圖2 儲能電站集中式監(jiān)控方案示意圖
2 儲能電站監(jiān)控信息接入要求
2.1 儲能電站遠方監(jiān)控范圍
根據儲能電站調度運行管理規(guī)范“統(tǒng)一調度、分級管理”的原則，所有并網運行的公用儲能電站，其儲能設備均屬省調調度管轄，影響儲能設備充、放電容量的輔助設備或系統(tǒng)屬于省調調度管理和許可。
儲能電站按無人值班模式設計，監(jiān)控信息上送集控中心和地調、省調。根據《儲能電站監(jiān)控信息技術規(guī)范》要求，為滿足無人值守變電站調控機構遠方故障判斷、分析處置等集中監(jiān)控要求，儲能電站需采集站內一、二次設備及輔助設備監(jiān)視和控制信息，并集中上送調度主站EMS。因此，地調監(jiān)視范圍聚焦在10kV電壓等級一、二次設備和儲能電站公用設備，對于升壓變壓器及以下PCS、BMS信號，仍以集控中心為主負責巡視和監(jiān)控，地調輔助監(jiān)視部分重要信號。
2.2 儲能電站監(jiān)控信息
儲能電站監(jiān)控信息的采集按照《變電站調控數據交互規(guī)范》、《變電站設備監(jiān)控信息規(guī)范》、《儲能系統(tǒng)接入配電網技術規(guī)定》等技術規(guī)范要求，按信息重要性分類分級。儲能電站與常規(guī)變電站相比，新增的監(jiān)控信息主要包括：PCS狀態(tài)、電池狀態(tài)信息、消防告警信息等。
一座典型的24MW/48MWh磷酸鐵鋰儲能電站由約10萬個單體蓄電池串并聯組成，其對應的BMS遙測、遙信量約54萬條，加上PCS、升壓變壓器、10kV斷路器、站用電和孤島解列等公用設備信號，全站站內重要監(jiān)控信息數約2萬條，超過5座220kV變電站規(guī)模。因此，上送調度端監(jiān)控信息必須經過信息歸并、篩選。
2.3 儲能電站遠傳取點要求
儲能電站監(jiān)控信息表，存在遙測數量多、儲能單元BMS/PCS信號完全相同、信息分類分級監(jiān)控等特點。因此，在設計儲能電站監(jiān)控信息點表時，為了便于后續(xù)加工驗收，監(jiān)控信息點表制作有以下要求：
1）分類集中排列。第一類重要信號集中放在遙測、遙信表最前面，第二類全站PCS、BMS整體狀態(tài)和告警信號集中放在第一類重要信號之后，第三類儲能單元組PCS、BMS信號按組集中放在信息表最后。
2）PCS、BMS遙測、遙信信號按照儲能單元的形式分組排列，每組除編號有差別，其他信號內容均一致。
3）BMS信號按照分級監(jiān)控要求，按電池堆采集。遙測只采集蓄電池堆的總體信息，如電池組的荷電狀態(tài)（state of charge, SOC）、電池健康狀態(tài)（state of health, SOH）、單體電壓或溫度最高/最低等，遙信對蓄電池堆信號進行分類匯總，如電池組過電壓/欠電壓/過溫/欠溫等。
2.4 監(jiān)控信息驗收方法要求
一座典型的24MW/48MWh磷酸鐵鋰儲能電站單站重要監(jiān)控信息數約2萬條，其中大部分為BMS和PCS實時溫度、電壓等遙測數據，以及控制狀態(tài)、空調運行情況等遙信信息，集控中心和調度部門如果按照常規(guī)方法逐單元遙測加量、逐遙信現場模擬進行驗收，整體驗收量巨大，而且儲能電站很多遙測、遙信信號無法按照常規(guī)方法進行遙測加量和遙信模擬觸發(fā)。因此，儲能電站驗收需要適合其要求的新方法。
3 儲能電站監(jiān)控信息接入管控方法
儲能電站監(jiān)控信息接入要求明確了監(jiān)控范圍廣、監(jiān)視難度大，由大量單體組合成的電站監(jiān)控數據信息量大但具有模塊化特點，監(jiān)控信息量大導致后續(xù)主站自動化加工量和監(jiān)控驗收工作量均嚴重超出常規(guī)公用變電站規(guī)模。本節(jié)針對儲能電站監(jiān)控信息量大和模塊化的特點，提出按照“分級分類取點、模塊化加工、自動驗收裝置全驗+人工抽驗組合驗收”的方法將監(jiān)控信息接入管控。
3.1 監(jiān)控信息分級分類取點
儲能電站遙測遙信信息采用分級分類取點的方法，可按照電池組進行篩選和分類歸并，參照有關文獻信息根據重要程度進行分級，按照儲能單元再次進行分類歸并。
根據調控中心監(jiān)視要求，歸并后可分為以下三大類信號：第一類是升壓變壓器以上10kV并網側一、二次設備和全站控制設備，主要包括斷路器和測保裝置等常規(guī)一、二次設備、頻率電壓緊急控制裝置等安全自動裝置、自動電壓控制（automatic voltage control, AVC）/自動發(fā)電控制（automatic generation control, AGC）/源網荷控制子站等，這是調度監(jiān)控重點；第二類是全站PCS、BMS總體狀態(tài)和消防告警等信息，為調度提供儲能電站全站基本運行情況，監(jiān)控根據值班情況進行輔助監(jiān)視；第三類是按儲能單元合并篩選的BMS、PCS狀態(tài)和告警信息，這類信息數量多、易發(fā)信，主要由現場運維人員負責監(jiān)視。
上送調度端的監(jiān)控信息，經過兩輪分類歸并后，其取點按儲能單元進行選取，如PCS遙信選取過電流/過頻/欠頻/煙感/高溫/過載/過電壓/欠電壓等信號，BMS遙信選取系統(tǒng)匯總的每組蓄電池堆的總體告警信號，如SOC/過電流/過電壓/欠電壓/過溫/欠溫/ 絕緣/煙感/事故/告警等合并匯總信號，還對預制艙的空調和環(huán)境溫度進行重點監(jiān)視。遙測選取總體狀態(tài)信息，如全站/蓄電池堆SOC、PCS狀態(tài)、總充放電量、AGC/AVC目標值、溫度、電壓等。遙控主要是PCS開停機。
3.2 監(jiān)控主站驗收前準備
儲能電站實施遠方集中監(jiān)控前，集控中心或調度部門的監(jiān)控主站系統(tǒng)需要提前加工儲能電站監(jiān)控畫面和監(jiān)控信息。按照常規(guī)加工模式，加工工作量繁重，大量遙測手工關聯容易出錯。根據儲能單元為PCS、BMS和升壓變壓器組成的單元接線形式的模式，可以按照模塊化方法進行儲能電站監(jiān)控信息和畫面的加工。具體如下：
1）儲能電站主畫面總體參照光伏電站繪制，需專門設計PCS、電池組等圖元，畫面突出展示全站狀態(tài)控制信息和儲能單元狀態(tài)。
2）按照儲能單元進行定制化設計，要求PCS、BMS、升壓變壓器等信息固定，只需輸入對應儲能單元組編號，即可自動生成該組儲能單元遙測關聯、遙信光字牌，無需人工重復勾選加工。
3）儲能電站按照分級分類監(jiān)控要求，第一類重要信號和第二類信號進入實時告警窗不間斷進行監(jiān)視，第三類信號在現場有人值班期間可單獨設置一個信號責任區(qū)，信號不上監(jiān)控實時告警窗，只用于后續(xù)定期統(tǒng)計分析。
4）設置儲能集中監(jiān)控頁面，便于多個儲能電站全站信息和狀態(tài)的集中監(jiān)控與管理。
3.3 監(jiān)控信息驗收方法
儲能電站由于遙測遙信量多，且多為BMS、PCS信號，無法按照《變電站集中監(jiān)控驗收技術導則》中常規(guī)遙測遙信方法進行驗收。經現場調試團隊和某地區(qū)調控中心深入討論研究，采取以下驗收方法：
1）根據儲能電站信號分級分類監(jiān)控要求，對常規(guī)10kV一、二次設備遙測遙信仍然采用驗收導則要求的人工驗收方法驗收。
2）對于BMS和PCS遙測量，其遙測驗收無法利用繼保測試儀模擬加量，可采取并網后再核對蓄電池組實際出力值的方法驗收。
3）對于BMS和PCS遙信量，無法采用常規(guī)點二次端子等方法，可采用實際對拖實驗、改變閾值觸發(fā)告警等方法進行站內監(jiān)控主機的監(jiān)控信息驗收（后臺驗收），在后臺驗收時，通信管理機（遠動機）出口側接入自動驗收裝置進行現場同步驗收，驗收完成后由自動驗收裝置與調度主站EMS自動驗收模塊配合進行自動驗收，大大縮短了監(jiān)控信息驗收時間，同時降低了現場為進行監(jiān)控信息驗收反復試驗的風險。
自動驗收裝置根據儲能電站全站系統(tǒng)配置文件（substation configuration description, SCD）（61850規(guī)約站點模型配置文件）模擬仿真全站智能電子設備（intelligent electronic device, IED）模型。在經過后臺同步驗收校驗模型后，接入遠動機輸入側模擬相關設備發(fā)信，與調度主站自動驗收模塊配合進行遙測遙信的自動驗收。通過采用自動驗收技術，監(jiān)控信息驗收前提前驗證了信號的正確性并進行信號消缺，極大地縮短了現場與調度遠方對點時間，同時盡可能保證了BMS和PCS信號的加工正確性。
4 儲能電站監(jiān)控接入驗收實例
4.1 榔梨儲能電站整體情況
榔梨儲能電站的建設規(guī)模為24MW/48MWh，全預制艙布置，采用磷酸鐵鋰蓄電池24MW×2h，包括24個40尺電池集裝箱，24個PCS變壓集裝箱（每個集裝箱含2臺PCS+1臺1 250kVA變壓器），4個40尺10kV集裝箱，1個總控集裝箱。每段母線接入容量為8MW/16MWh，通過3回10kV電纜線路分別接至220kV榔梨變10kV側，其一次接線示意圖如圖3所示。
圖3 儲能電站一次接線示意圖
4.2 儲能電站監(jiān)控信息選點
儲能電站主要由常規(guī)一、二次設備、儲能電站控制子站設備和儲能單元相關設備等組成。監(jiān)控信息選點按照滿足無人值班站要求選取。
常規(guī)一、二次設備包括：10個10kV斷路器和三段10kV母線、一體化站用交直流系統(tǒng)、頻率電壓緊急控制裝置、防孤島保護裝置、智能輔助控制系統(tǒng)等裝置。常規(guī)設備點按照《變電站監(jiān)控信息規(guī)范》要求選取，作為監(jiān)控人工驗收重點。
儲能電站控制子站設備包括AGC、AVC功能子站、源網荷終端裝置等。根據各控制子系統(tǒng)要求進行取點，以滿足其控制功能。地調側重于AVC控制相關信號，省調側重于AGC和源網荷功能相關信號。
儲能單元相關設備和信號：主要是24組儲能單元（含48組蓄電池組、48臺變流器單元和24臺升壓變壓器）相關的升壓變壓器就地監(jiān)測裝置信號、PCS、BMS相關信號。
最終榔梨儲能電站從54萬條三遙信號中選取了遙測1 544點、遙信2 188點、遙控71點、遙調5點，合計3 808點。其中BMS和PCS遙測遙信共3 152點、遙控48點。通過這些信號，可以很好地對儲能電站運行情況開展遠方集中監(jiān)控。
4.3 監(jiān)控信息驗收情況
某地區(qū)調控中心按照事先與調試團隊商定的驗收方法，對儲能電站常規(guī)一、二次設備525點遙測遙信和10kV斷路器遙控按照驗收導則要求，采取人工驗收方法。驗收時，遙測利用繼保測試儀模擬加量，遙信實際點端子觸發(fā)，遙控進行全回路實際遙控操作，總體驗收時間約16h。
對于BMS和PCS遙測量，其遙測驗收無法利用繼保測試儀模擬加量，采取并網后試驗階段，人工與現場后臺核對蓄電池組實際出力的方法?？傮w核對時間約8h。
對于BMS和PCS遙信信號，采用自動驗收裝置驗收。在站內進行實際對拖等試驗時，進行后臺監(jiān)控信息驗收，同時自動驗收裝置接入遠動機出口側開展現場同步驗收，驗收完成后由自動驗收裝置與調度主站D5000系統(tǒng)自動驗收模塊配合進行遙信自動驗收工作。榔梨儲能電站1752點遙信，一遍自動驗收時間約1h。
某地區(qū)調控中心通過采取人工+自動驗收裝置組合的驗收方法，驗收時間控制在3個工作日以內，通過自動驗收技術保證了驗收質量，相對以往常規(guī)驗收方法的20個工作日以上的驗收時間，驗收效率得到大幅提升。
5 結論
本文針對電網側儲能電站實現遠方集中監(jiān)控前的監(jiān)控信息接入驗收管控方法進行了系統(tǒng)闡述，提出針對儲能電站結構組成和監(jiān)控系統(tǒng)特點，制定儲能電站監(jiān)控范圍、監(jiān)控信息取點、監(jiān)控信息加工與驗收等要求。
本文提出了儲能電站按照分級分類取點、模塊化加工、人工+自動驗收裝置組合驗收的方法進行系統(tǒng)監(jiān)控信息的接入管控，通過典型儲能電站實際接入驗收過程說明了儲能電站監(jiān)控信息接入驗收管理效果明顯。該方法對規(guī)范后續(xù)儲能電站并網監(jiān)控信息驗收、提升驗收效率有很好的指導作用。
本文編自2021年第7期《電氣技術》，論文標題為“電網側儲能電站監(jiān)控信息接入驗收管控方法研究”，作者為李琳、秦澤宇、劉嘯。
