深圳宝清电池储能电站监控系统集成设计与实现

王 科 陆志刚 陈 满 刘 云

（1.南方电网科学研究院，广东 广州510080；2.南方电网调峰调频发电公司，广东 广州510630；3.南京四方亿能电力自动化有限公司，江苏 南京211100）

0 引言

随着经济的快速发展，电网负荷快速增长，峰谷差日益扩大。随着能源和环境问题的日益严重，中国乃至世界范围内对风能、太阳能等新能源的利用进入了一个全新的发展时期。风能、太阳能等新能源大量接入电网，对电网调峰和系统安全带来了一定的影响。储能技术在电网侧能削峰填谷，提高电网设备的综合利用率；在发电侧能解决新能源发电的随机性、波动性问题，可以实现新能源发电的平滑输出。新经济发展下的电网对储能装置有着急迫的需求，研究与应用储能技术的重要性和紧迫性日益凸现［1－3］。

1 储能电站概况

南方电网深圳宝清电池储能电站是国内首个正式投入运行的兆瓦级电池储能电站。储能电站一期建设规模为：额定容量5MW×4h，额定功率5MW；二期建设规模为：额定容量10MW×4h，额定功率10MW。工程全部投产后，将成为世界上最大的锂电池储能电站。

储能电站一期工程以PCS为单位划分为10个储能分系统，每个分系统的额定容量500kW×4h，额定功率500kW。储能电站以2回10kV电缆分别接入深圳电网110kV碧岭站的2段10kV母线，其主要功能为削峰填谷。储能电站充放电功率大小随110kV碧岭站主变负荷变化而波动，以实现主变负载控制目标。此外，储能电站还将实现调峰调频、电压无功控制、孤网运行等功能应用。在这3种应用中，储能电站的充放电功率均会随系统需求而变化，但每个分系统最大充放电功率不超过600kW，最大充放电容量不超过500kW×4h。

2 储能电站信息交互的技术特点

整个储能电站由蓄电池、电池管理系统（BMS）、能量转换系统（PCS）、储能电站监控系统等组成。为实现储能电站整体高级应用功能，首先需要站内各系统间进行有效的配合与通信。其次，储能电站接入110kV碧岭变电站10kV侧，部分高级控制策略需要接入碧岭站的信息。再次，储能电站还需上送必要信息到深圳供电局调度中心与调峰调频发电公司（储能电站的运营单位），且两者的侧重点有所区别，其远动方案需要分别考虑。

2.1 监控系统与BMS的信息交互

BMS上传蓄电池的必要信息至储能站监控系统用以监视蓄电池的运行状态，信息内容包含电池单体电压和温度、电池组端电压、充放电电流、荷电状态（SOC）、模块箱温度、蓄电池充放电相关控制参数、告警信息等。

2.2 监控系统与PCS的信息交互

PCS上传告警信息、开关量、功率等信息至储能电站监控系统；储能电站监控系统根据系统高级控制策略下达运行策略信息至PCS，PCS执行这些策略。与BMS相比，监控系统与PCS通信的特点：信息点规模较小，每个PCS信息点规模在200～400个左右，其信息点规模占总体规模比重很小；但PCS是储能电站高级控制策略的主要执行机构，PCS通讯的实时性要求比BMS高。因此，为了避免BMS的海量信息影响PCS通讯的实时性和可靠性，BMS通信与PCS通信应适当进行隔离。

2.3 监控系统与深圳供电局调度中心／调峰调频发电公司的信息交互

储能电站项目按无人值守模式设计，储能电站的必要信息需上送深圳供电局调度中心／调峰调频发电公司，同时，深圳供电局调度中心／调峰调频发电公司可以对储能电站进行监视与控制，包括高级控制策略的各种参数下载、控制命令下达、模式切换、电站启停等。

2.4 监控系统与碧岭站和电网控制系统的信息交互

储能电站接入110kV碧岭站10kV侧，高级控制策略的某些应用（如负荷实时跟踪模式的削峰填谷应用）需要获取碧岭站变压器负载以及10kV出线的实时信息。这其实也是所有储能电站需要解决的一个通用问题。首先，一般储能电站都独立于变电站建设；其次，储能电站都需要采集相应接入点（接入110kV变电站）的实时信息。

3 储能站监控系统的设计和实现

根据储能电站信息交互的特点，设计储能电站监控系统架构如图1所示。

图1 储能站监控系统框架结构示意图

整个监控系统采用分层分布式架构，按照信息流和功能，通信网络分为3个部分，即监控网、BMS采集网和PCS采集网。为保证整个系统的高可靠性，3个网络都为双网热备用，监控网为千兆网，其余2个采集网为百兆网。3个网络之间互联采用千兆连接。远动系统直接从BMS采集网和PCS采集网采集向调度转发的信息，满足直采直送要求。

主机1、2为主备SCADA服务器兼BMS系统专用前置服务器兼操作员站，用于完成基本SCADA功能、BMS系统的信息采集及系统日常监视、控制操作。高级应用服务器1、2用于实现所有高级应用功能，包括高级控制策略的计算和执行等，同时实现PCS系统的信息采集和控制。

BMS系统通过规约转换器接入主机。BMS系统与主机单独组网，将BMS系统通讯与监控主网通讯隔离开来，避免海量BMS信息通讯对监控系统造成冲击。

PCS系统直接接入高级应用服务器。高级应用功能在单独的机器节点上运行，可避免高级应用功能对系统其他功能（如SCADA平台功能）造成影响。

站内其他保护测控装置以及第三方的消防及火灾自动报警系统、电能采集装置、环境监控系统等通过规约转换器接入监控主网［4－6］。

4 结语

南方电网深圳宝清电池储能电站于2011年1月成功并网，标志着中国大容量电池储能集成应用技术取得重大技术突破。储能电站监控系统实现了与电池管理系统、能量转换系统、深圳供电局调度中心、调峰调频发电公司、110kV碧岭站以及电网控制系统的高效可靠的信息交互。根据信息交互的特点，储能电站监控系统采用了多采集网、分层分布的架构，设计了合理的信息流分布，使用多种信息采集方式来满足不同种类信息的实时性要求。经现场长期运行验证，储能电站监控系统设计合理、运行稳定，能够为储能站高级控制策略的实现提供功能完备、性能可靠的平台支撑。

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