储能监控系统结构设计

5储能监控系统结构设计鞠建永1，吴福保、何维国2,张宇2(1国网电力科学研究院，南京210003; 2上海市电力公司技术与发展中心，上海2025)摘要：分析总结了用于电池储能系统的监控系统典型结构。首先对储能监控系统组成和监控对象进行说明。然后， 在储能系统对监控需求分析的基础上，总结提出储能监控系统的典型结构：基本型-储能支路监控系统、标准型- 储能回路监控系统和层次型-储能电站监控系统，并对每种典型结构的组成、硬件配置、特点和功能等进行了说明。 该文提出的储能监控系统典型结构基本覆盖储能系统各种典型拓扑及应用场合的监控需求。关键词：储能；监控；典型结构The Structure Design of Energy Storage Supervisory SystemJU Jianyong1, WU Fubao1, HE Weiguo2, ZHANG Yu2(l.State Grid Electric Power Research Institute, Nanjing 210003, China; 2.Technology & DevelopmentCenter, SMEPC, Shanghai 2025, China)Abstract: This paper analyzes and summarizes the typical structure design of Energy Storage Supervisory System (ESSS). The structure of ESSS and its monitoring objects are described firstly. Then, on the base of supervisory requirements analysis of energy storage system, this paper summaries several typical structures of ESSS. Remote management system, and the composition, hardware configuration, features and functions of every typical structure are described.Keywords: energy storage, supervisory system, typical structure储能技术使得电能生产和消费在时间上分离，因此深刻影响了电力生产、分配、消费的传统格局，将 是中国正在建设的智能电网的核心关键技术之一1。国家电网公司坚强智能电网技术企业标准体系规定的 8个专业分支中发电、输电、变电、配电、用电环节涉及储能技术，26个技术领域中有3个和储能技术直 接相关2。储能系统的主要作用3:用于电力调峰，解决用电矛盾；用于用户侧，提高供电可靠性；用于 可再生能源优化，推动可再生能源开发应用；用于电力系统稳定控制，提高电网安全性。储能技术主要有物理储能、化学储能和电磁储能三大类，其中进步最快、应用最灵活的是化学储能。 化学储能中的钠硫、液流及锂离子电池技术在安全性、能量转换效率和经济性等方面取得重大突破，基于 化学电池的储能示范电站已有成功应用，成为储能领域研究和应用的重要方向。因此，本文研究的储能监 控系统以化学电池储能系统作为监控对象。储能监控技术是储能研究中重要技术领域，是储能系统控制中枢，起到上传下达和控制优化的作用。 受化学电池容量及耐压限制，目前基于化学电池的储能系统（电姑）由上万节单体电池经过串并联组合之作者简介：鞠建永，男，博士，工程师，研究领域基于电力电子的电力品质控制技术；E-mail: j 后，再组成一个大容量的电池系统。如何有效地对电池系统、储能变流器、配电电路和开关状态进行监视 和控制，使整个储能电站安全、可靠、经济地运行变得至关重要。因此，具有电池运行数据分析与安全预 警、电池长寿命低成本经济调度等核心关键技术的储能监控技木，成为确保大型储能电站正常运行的关键 技术之一。随着可再生能源快速发展而凸显的并网瓶颈问题，对储能系统及其监控技术提出了迫切的需求。国内 在储能系统（电姑）集成控制、示范运行技术积累方面，与国外有较大差距，尚无成熟的用于电池储能的 监控系统及关键技木。本文在储能系统对监控需求分析的基础上，总结提出储能监控系统的典型结构，并 对每种典型结构的组成、硬件配置、特点和功能等进行了说明。2储能监控系统組成图1储能监控系统组成储能监控系统组成结构如图1所示。储能监控系统由监控主机、通信网络、测控设备共3个层次组成：（1)监控主机是储能监控系统的核 心。监控主机起到“上传下达”作用，一方面接受上级电网调度，根据自身运行状态把调度指令分配给各 个储能支路；另一方面，把储能系统荷电状态（SOC)等重要运行状态及參数上传给上级电网调度，给调 度提供决策依据；（2)通信网络是储能监控系统的信息联络线，通过通信网络把储能系统的监控主机、测 控设备等連接为一个整体。依据设备特点及传输的数据内容不同的要求，储能系统通信网络采用不同的通 信协议；（3)测控设备包括储能变流器（PCS)、电池管理系统（BMS)、开关测控单元、升压变测控单元 等设备。PCS、BMS分别上传储能变流器、电池的运行參数及状态信息，测控单元上传储能系统内部配电 网络和升压变的状态和运行数据，并完成基本的保护功能。储能监控系统的监控对象包括：电池及其管理系统、PCS、开关和升压变等。3储能监控系统需求分析根据储能系统内部的联结关系，可以把储能系统分为支路型、回路型和电站型。3.1支路型储能系统支路型储能系统由一台储能变流器、一个电池堆、电池管理系统BMS，支路并网断路器、以及储能监 控系统（升压变单元）组成，结构如图2所示。主要应用场合：社区储能、楼宇储能、配网侧储能，后备电源，微电网储能，主要用于小容量的储能 系统和一些简单的应用场合。监控需求：通过储能监控系统监控所有PCS的运行状态信息，电池堆的运行 状态信息，并网开关状态信息、并网点电能量和电能质量信息、升压变单元运行信息。图2単元型储能系统结构3.2回路型储能系统回路型储能系统由多条并联储能支路和1个升压变单元构成，升压变单元主要由断路器、升压变压器 及其测控保护装置組成，结构如图3所示。主要应用场合：配网侧储能。监控需求：通过储能监控系统监控所有PCS的运行状态信息，电池堆的 运行状态信息，并网开关状态信息、并网点电能量和电能质量信息、升压变单元运行信息。图3回路型储能系统结构3.3电站型储能系统电站型储能系统由多个并联储能回路和升压变单元构成，结构如图4所示。主要应用场合：配网侧储能、变电侧储能、新能源接纳、电网调峰调频电姑。监控需求：通过储能监 控系统监控所有储能回路中PCS的运行状态信息，电池堆的运行状态信息，并网开关状态信息、并网点电 能量和电能质量信息、升压变单元运行信息。4储能监控系统结构设计在前文分析储能系统对监控需求的基础上，本节提出储能监控系统的典型结构设计，并分析每种典型 结构的组成、硬件配置、特点和功能。4.1基本型一储能支路监控系统基本型储能支路监控系统主要面向支路型储能系统（容量为30500 kW),结构如图5所示。基本型储能支路监控系统结构及组成：采用单机模式，主机由一台嵌入式控机组成，本地两层结构， 设备侧测控单元，储能支路监控系统，远方有电网调度/监控自动化系统，储能集中监控管理系统。简易型 储能监控系统的特点就是所有监控功能在一台主机上运行，简单、可靠、造价低、投资少。适用于对监控 功能要求不高的支路型储能系统。电网凋度/！KT.控系统左控上七略，f图5基本型储能支路监控系统结构4.2标准型一储能回路监控系统标准型储能回路监控系统主要面向回路型储能系统（功率为2kW1 MW)，结构如图6所示。图6标准型储能回路监控系統的结构S.紀标准型储能回路监控系统结构及组成：采用双机模式，由两台嵌入式控机组成，主备方式运行，本 地两层结构，设备侧测控单元，储能回路监控系统，远方有电网调度/监控自动化系统，储能集中监控管理 系统。标准型储能回路监控系统的特点就是所有监控功能在一互为主备的两台主机上运行。适用于对有一 定高级调度控制的回路型储能系统。4.3层次型一储能电站监控系统层次型储能电站监控系统主要面向大型储能电站（容量为1 MW以上，由若干储能回路并联组成的大 型储能系统）。层次型储能电站监控系统可采用一层模式或两层模式。4.3.1 一层模式一层模式的层次型储能电站监控系统结构如图7所示。一层模式结构及组成：本地两层结构，设备侧测控单元，储能电站监控系统，储能回路设置通信网关; 远方有电网调度/监控自动化系统。储能电站监控系统采用C/S结构，由多台计算机组成，一般有两台采集 服务器，两台数据服务器，两台监控工作姑，一台维护工作姑，一台报表工作姑，可以选配高级分析服务 器，分析工作姑；运行Umx/Lmux操作系统，Oracle数据库；通过网络与储能回路通信网管通信和交換信 息，与远方有电网调度/监控自动化系统，储能集中监控管理系统进行数据和信息交換。服务器配置，工作 站配置，交換机，天文钟，UPS电源，屏柜配置等。图7层次型储能电站监控系統的结构(_层模式)4.3.2两层模式两层模式的层次型储能电站监控系统结构如图8所示。图8层次型储能电站监控系統的结构(两层模式)两层模式结构及组成：本地三层结构，设备侧测控单元，储能回路就地监控单元，储能电站监控系统； 远方有电网调度/监控自动化系统。储能回路就地监控单元，两台嵌入式控主机;软件:Linux系统，MySQL 开源数据库等；通信网关：将不同的通信方式：RS485, RS232, CAN等统一转化为网络通信方式，并通 过统一的通信协议IEC104接入到储能电站监控系统；网络交换机；GPS天文钟；UPS电源等；屏柜等； 储能电站监控系统：采用C/S结构，由多台计算机组成，一般有两台采集服务器，两台数据服务器，两台 监控工作姑，一台维护工作姑，一台报表工作姑，可以选配高级分析服务器，分析工作姑；运行Unix/Linux 操作系统，Oracle数据库；通过网络与储能回路通信网管通信和交換信息，与远方有电网调度/监控自动化 系统，储能集中监控管理系统进行数据和信息交換。服务器配置，工作站配置，交換机，天文钟，UPS电 源，屏柜配置等。5结语本文在储能系统对监控需求分析的基础上，总结提出储能监控系统的典型结构：基本型-储能支路监控 系统、标准型-