王德順：大規(guī)模儲能電站監(jiān)控技術與應用

8月9—10日，由中國化學與物理電源行業(yè)協會儲能應用分會中國電力工程顧問集團西北電力設計院有限公司、西安北大科技園、中國科學院電工研究所儲能技術組、深圳市科陸電子科技股份有限公司等單位聯合主辦“第二屆全國發(fā)電側儲能技術與應用高層研討會”在陜西西安金磐酒店舉行。來自政府主管部門、能源監(jiān)管部門、行業(yè)專家、設計院、新能源發(fā)電業(yè)主單位、電力公司、系統(tǒng)集成商、項目承包商、投融資機構等單位的260余位嘉賓出席了本次研討會。

組委會邀請到中國電力科學研究院新能源中心儲能室主任助理王德順就“大規(guī)模儲能電站監(jiān)控技術與應用”作主題報告，以下為其報告主要內容。

王德順

首先感謝有這個機會在這跟大家分享交流關于儲能電站監(jiān)控應用，上午很多專家介紹了新型電池，也有介紹光熱儲能，都是很大的專業(yè)。我要介紹的是相對小眾的專業(yè)，它在儲能系統(tǒng)里面，投資角度和成本角度并不大。但從去年開始江蘇電網側儲能，包括今年規(guī)劃了很多儲能電站規(guī)模上量之后，我從中國電科院參與的大型儲能電站過程中掌握的信息和經驗，從電站監(jiān)控角度以及大規(guī)模儲能對監(jiān)控新需求分析上跟大家做交流。

首先是儲能的發(fā)展，大家都是同行，我就不細說了。這里面圖大家很熟悉，抽水蓄能是最重要的方式，2012年會議關于抽蓄的報告，那幾年一直是99%，今年跟抽水蓄能的專家交流的時候，他們也在說大規(guī)模儲能上來之后是不是要替代抽蓄，江蘇鎮(zhèn)江去年投了10萬電化學，今年將近30多萬要投，就在江蘇鎮(zhèn)江的句容抽蓄開工了好幾年，10年才能投運，等它投運的時候，江蘇地區(qū)的電化學儲能超過至少五六十萬了，跟抽水蓄能電站的裝機達到相匹配、相比擬的程度，有好多人也在問，抽蓄和電化學誰將被誰取代。我個人的觀點 ：雖然電化學發(fā)展很快，相比抽蓄來講各有特點，我國抽蓄在5年前排在全世界第三，現在從裝機到在建、規(guī)劃都是世界第一。個人認為抽蓄和電化學是相互補充配合的關系。這是(圖)國內抽蓄占比比較大，占96%。

不同應用場景好多專家提到了，電源側、電網側和用戶側，有很多應用模式，包括國外研究單位提到好多種，包括平滑出力波動、跟蹤調度計劃、聯合調頻輔助服務等。我們也計劃申報一個課題，電化學跟抽蓄怎么配合發(fā)揮更大的優(yōu)勢。

從規(guī)?；慕嵌龋瑥娜ツ杲K、河南都上了百兆瓦的電網側儲能，今年江蘇電網側儲能二期，淮安已經吊裝了，二期蘇州昆山站和南京江北站都是百萬瓦級的項目，規(guī)模增加對常規(guī)電化學儲能監(jiān)控系統(tǒng)提出了新問題，不管它的監(jiān)控量以及承擔的功能，還是調度過程中能量管理的優(yōu)化策略都會給大規(guī)模儲能電量監(jiān)控提出挑戰(zhàn)。

監(jiān)控系統(tǒng)是儲能電站的大腦，是它的核心，從江蘇應用的例子來看，為了減少電網對電站的管理，它要求儲能電站的監(jiān)控是綜合監(jiān)控，既要實現儲能電站的設備監(jiān)控、能量管理，還要實現變電站自動化的監(jiān)測。同時要承擔AGC、AVC、應急響應等功能。隨著規(guī)?；陌l(fā)展儲能電站的應用場景使用越來越多，今天上午有一位專家提到了，在不同場景下，其中提高新能源消納，有的是就地消納，有的需要通過輸送通道送到遠方消納，怎么樣進行能量調配，怎么結合源荷的特性關系，使儲能發(fā)揮最大利用效率的作用，都是能源管理的功能和關注的問題。另外是儲能電站的單站容量越來越大，數據量越來越多，一旦出現特別事件，同時海量數據上傳對監(jiān)控系統(tǒng)性能和參數影響也是我們要關心的問題。

第二部分主要說不同應用場景下的儲能電站監(jiān)控能量管理。儲能電站的基本功能主要是分兩大塊：一個是變電站監(jiān)控，實現35千伏間隔層的保護測控輔助。另外實現儲能電站PCS電池設備監(jiān)控，以及要承擔跟電網調度接口AGC子站功能，以及全站運維，涉及到全站的功能運用控制。

這個圖是典型的大型儲能電站監(jiān)控架構，從安全度角度考慮采用雙機雙網冗余結構，實現了任何設備N-1退出，不會對系統(tǒng)造成安全性的影響。另外從設備的要求上，因為這一次從電網側儲能要求來看，要求服務器和操作系統(tǒng)、數據庫都有一定要求，監(jiān)控系統(tǒng)都是國產的數據庫和服務器、操作系統(tǒng)。今年可以看到它的重要性，相當于好多東西還是要自主品牌才可以，所以監(jiān)控系統(tǒng)是這樣要求，也是這樣干的，都是用國產的東西，其他PCS控制芯片，還有電力電子器件還要受一些國外的制約。

接下來說一下能量管理，我簡單梳理了三到四個場景：一個是西北電網可再生能源基地消納場景，上午一個專家提到受本地負荷特性影響，必須通過輸送通道把可再生能源電量送到異地消納，有很多的約束條件，包括輸送通道限制，包括運行，包括電壓的要求，最后會導致棄風。應該分析源荷的匹配程度，根據匹配程度不同，確定儲能什么時候充，什么時候放。這個是年初給青海電網做的消納分析，確定了源荷匹配之后提供一些優(yōu)化算法，實現儲能優(yōu)化運行，實現通道有效利用，這是一個案例。

另外一個，跟江蘇電網儲能有點像，為滿足局部電網的供電能力提升的要求，解決供電能力不足。有兩個辦法解決這個問題：一個通過建線路，一次性解決。另外是通過儲能，這條紅線是供電能力，超過紅線部分是不足的地方，需要儲能來提供變量。白色空缺部分相當于這一塊是儲能可充部分，為什么這塊要做這樣的分析?紅色部分必須放電才能解決供電缺口問題，在綠色部分都可以充，但是對于一個儲能電站來講怎么充最經濟，有4部分綠色可充部分，儲能電站在什么時候充?怎么充?這樣會得出儲能配置和運行優(yōu)化結果。比如第一個綠色部分，把儲能設計這么大，紅色部分一次性充滿，分別放回去是一個方案。每一部分充一些來實現同樣的能量不足，優(yōu)化出來的儲能容量小的，所配的儲能功率也需要最低的，相當于儲能經濟性的投資或者設計時候重要的部分。

在江蘇淮安關于分布式電源消納優(yōu)化問題，這個是就地消納的問題，本地負荷是大于新能源出力，消納的時候有負荷，有負荷的時候沒有發(fā)電量，通過一周7天的光伏輸入和分析，可以得出一些結論。圖中220kV變電站出現了倒送，這樣配合一些儲能，這個可以解決一部分的消納問題。為什么強調優(yōu)化的算法?上午呂處提了報告，對風電場的考核，都是關系到能量管理和調度策略，因為你有了負荷預測和新能源處理預測才能優(yōu)化出來最適合這部分儲能容量，才會優(yōu)化出來不同典型日下儲能如何充放的策略，才能減少投資，把小儲能發(fā)揮到最大的作用。

為什么講到優(yōu)化?能量管理就是為了提高控制策略的精度，需要能量管理系統(tǒng)為優(yōu)化算法進行求解，為什么用優(yōu)化算法?如果把所有可能性都算一遍一般計算機能力達不到，所以需要優(yōu)化算法的求解，這也對儲能電站能量管理硬件考核。對算法的適應性和硬件能力都有要求。 上面說的是儲能電站不同應用場景下的不同策略和優(yōu)化分析。

第三部分說一下大規(guī)模儲能電站監(jiān)控系統(tǒng)數據處理能力問題，是不是大規(guī)模就等于大數據?去年承擔了江蘇省儲能站的項目，其中全站遙測是16400，全站遙信4400，今年江蘇要在南京江北籌劃進行電站，百兆瓦儲能數據，按照這個推理，遙測數據達到30萬，遙信達到10萬，這是百兆瓦級的規(guī)模。我們也在研究電化學儲能和抽蓄的聯合，300MW電化學儲能電站的數據，它的遙測量可以達到百萬級。這么大數據量，最開始說小監(jiān)控系統(tǒng)，原來1兆瓦隨便用一個服務器就可以運行，達到這個量級之后能量管理系統(tǒng)是不是能夠正常運行了，這個需要專門分析和測試。

我們跟測試單位聯合搭了測試環(huán)境，主要測試6個項目：一個是雪崩，在接入100個儲能單元，有120萬數據節(jié)點，每分鐘有一定百分比例的數據變位，持續(xù)30分鐘，會產生大量的變位數據，監(jiān)控系統(tǒng)能不能保存下來，及時響應。另外一個是監(jiān)控主機的切換實驗，包括監(jiān)控主機N-1試驗，通信服務器N-1試驗等等，確實有許多問題需要提高，不是什么多難的事，真正出現數據變位系統(tǒng)無法正常運行，甚至引起安全事故。

這個是上面幾個實驗里面的幾個結果，包括N-1主機切換的結果，最終都通過了這樣的要求。在這里面講主要跟大家提一個概念，數據量上來之后，原本沒有問題的，很可靠，很成熟的產品有可能因為大量的數據，導致系統(tǒng)的崩潰。

最后簡單說一下電站監(jiān)控系統(tǒng)應用情況，主要介紹自主研發(fā)的RES6000，在去年7月21日在鎮(zhèn)江建山儲能電站監(jiān)控系統(tǒng)建成，我們承擔著監(jiān)控系統(tǒng)的調試，完成了首個AGC涉網試驗，源網荷應急互動響應實驗。這個并不大，遙測才有16000，做到百兆瓦級要達到30萬+。

這個是現場做的結果，這副圖是全站控制，第二個從調度看，為了解決供電能力不足，一天兩充兩放的模式，綠色應該是不足，通過儲能疊加提高了供電能力，解決了供電缺額的問題。江蘇也是新能源受端電網，直流事故發(fā)生之后會導致大面積停電，裝了一個源網荷系統(tǒng)，故障發(fā)生損失上百萬的電源，保證不脫網，使用這個系統(tǒng)切負荷，能夠在500毫秒內把不太重要的開關直接切掉，保證電網不崩潰。儲能電站上來之后把這個儲能電站放到里面去，也是在500毫秒之內，直接給PCS發(fā)信號，PCS在任何工作模式上轉成發(fā)電，解決大面積的供電能力不足的問題，這個實驗已經做過了。

下面這個是測試曲線，相當于從調度側控制下發(fā)所有儲能電站，快的6秒鐘進行響應，相比常規(guī)的抽蓄和其他火電的應該是非?？斓?。這邊是調峰的曲線，儲能電站參與電壓調節(jié)，有一些電站有SVG，有的是沒有，能發(fā)生一定的無功能力，可以減少一些投資。

最后有一點思考：監(jiān)控系統(tǒng)能量管理的優(yōu)化算法可以放在本地，也可以放在調度側進行優(yōu)化，目前還沒有應用。能量精細化管理要結合著新能源出力以及負荷情況，輸出通道能力約束，進行優(yōu)化求解，這樣才能實現小儲能的作用，而不是幾點到幾點充，幾點到幾點放。第二點單站規(guī)模增加會導致儲能電站數據監(jiān)測量上升，海量數據處理能力是必須要做的。處理完之后就地對數據進行挖掘分析，分析好多專家提到的安全問題，電站監(jiān)控里面能拿到很多電池信息，包括電氣信息、電壓、電流，也有溫度的信息，甚至裝了好多安防，里面有氣體濃度的信息，都可以在里面進行加工處理，甚至可以分析安全隱患。場站級的系統(tǒng)進行分析、處理，加工成有用的關鍵信息，是監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢。

以上是我個人的分享，謝謝各位專家。