电池储能智能管理平台设计

吴斌，李毓

（1. 广州调峰调频科技发展有限公司，广东 广州 510000；2. 南方电网调峰调频发电有限公司，广东 广州 510000）

1 概述

电池储能智能管理平台旨在解决电池储能、光储充、充放电桩、光伏等系统的数据接入、信息通信及协调控制等技术问题。主要内容包括研究海量数据分布式实时存储计算技术，研究调峰调频应用场景下电池储能的聚合管理和控制策略等。

基于调频调峰的电池储能智能管理云平台，接入管理分布式储能电站、光储充一体储能系统和双向 V2G 充电桩，能够实现 V2G 双向充放电，实现能量的分配和调度。通过在每个节点部署一个智能本地控制终端，实现信息流在节点和平台间的双向通信。智能本地控制终端除具备 IEC 61850、AGC等通讯控制能力，满足安全的双向通信要求外，还能完成充电桩、储能电站标准化接入流程，快速管理分布式系统，实施跨虚拟片区的能量调度[1-4]。

2 系统基本架构

电池储能智能管理平台总体架构以安全接入多种异构系统，实现多系统聚合调度为目标，在满足电力二次安全防护管理规定的基础上，实现布置分散的电池储能、充电桩、光伏、光储充等系统的接入与管控，具备调度 OCS 控制系统与云平台进行交互的能力。

分布式站点数据主要来源于各站点生产监控系统，由控制终端和安全加密装置通过专网将数据传输至电池储能智能管理云平台。站点数据通过专网到达安全接入区后，再通过正、反向隔离装置分别和控制Ⅰ区服务器、管理 Ⅲ 区服务器进行通信。管理 Ⅲ 区通过内外网交换平台与阿里云服务器进行通信。

2.1 云平台架构介绍

基于云平台构建接入安全、响应灵活的电池储能智能管理通信网络，实现海量数据采集与处理、能量双向流动的监控，满足布置分散的电池储能系统、充电桩、光伏系统的接入与管控需求。

总体架构按照系统分散布置、终端安全接入、云平台处理的设计原则。电池储能系统、充电桩、光伏系统采用 CANBus/RS485 等方式接入控制终端，而控制终端通过专有网络接入云平台。云平台具备安全防护、数据处理中台和多场景应用管理的功能，从底层到顶层支撑分布式部署的电池储能系统、充电桩、光伏系统的接入与管控，如图 1 所示。

图1 系统总体架构图

2.2 安全防护方案设计

1）应对电池储能聚合智能管理平台上下游环境安全风险进行总体分析，主要从分布式站点接入和平台综合防护能力两方面进行安全防护建设。

2）分布式站点数据主要来源于各站点生产监控网，通过专网将数据传输至电池储能聚合智能管理平台。各站点部署安全加密装置实现对传输数据的加密。

3）分布式站点数据通过专网到达安全接入区后，通过安全加密网关对加密数据进行解密。数据解密后由安全接入区服务器，通过正反向隔离装置分别和生产控制Ⅰ区服务器、管理 Ⅲ 区服务器进行通信。

4）生产控制区（Ⅰ区）边界部署纵向加密装置，通过调度数据网和各级调度 OCS 进行通信。

5）管理区（Ⅲ区）边界部署防火墙，通过综合数据网和调度私有云平台进行通信，实现访问控制和边界隔离。

6）管理区（Ⅲ区）通过内外网交换平台与双调租赁阿里云服务器进行通信，实现数据安全传输。

7）重要的服务器和通信网关使用国家指定部门认证的安全加固操作系统，并采用加密、认证和访问控制等安全防护措施。

2.3 安全接入区

在安全接入区与生产控制大区的网络边界部署电力专用安全隔离装置实现数据传输和物理隔离。在安全接入区与专用通信网络的边界采用加密认证措施，为运行维护单位安全接入区和业务终端的纵向数据通信提供认证与加密服务，实现数据传输的机密性、完整性和抗抵赖性保护。安全接入区服务器向生产控制区（Ⅰ区）服务器和管理区（Ⅲ区）服务器，通过反向隔离传输 E 文件，主要用于传输系统数据。生产控制区（Ⅰ区）服务器和管理区（Ⅲ区）服务器向安全接入区，通过正向隔离传输E 文件，主要传输控制命令等数据。

2.4 储能聚合平台生产控制区（Ⅰ 区）

储能聚合平台生产控制区（Ⅰ区）按生产控制Ⅰ区安全管理，主要实现对接入的储能电站和充电桩进行实时监测和聚合控制的功能，要求数据实时性高，目前仅下发远程控制指令。通过调度数据网，接入总调/中调/低调 OCS，接收调度指令，并将聚合控制指令发送到安全接入区。安全接入区服务器处理聚合控制指令，并下发到储能电站或充电桩。生产控制区（Ⅰ区）服务器部署储能系统数据解析程序。该程序扫描反向隔离指定的文件夹，将反向隔离传输的数据文件解析，访问数据库进行原始数据存储。

2.5 储能聚合平台管理区（Ⅲ区）

按生产控制 Ⅲ 区安全管理，主要实现将安全接入区接收到的数据，通过综合数据网，转发到总调私有云平台(总调云平台 Ⅲ 区)，并在总调私有云平台实现高级数据分析应用。目前实现的另外一条数据通路为：管理区（Ⅲ区）将安全接入区接收到的数据，通过内外网交换平台，转发 DMZ 区。然后，DMZ 服务器将数据上传到租赁的阿里云。

2.6 双调阿里云平台

双调阿里云平台对实时数据进行解析、存储、计算和分析，部署了聚合控制云、充放电运营管理云、储能监控管理云、电池监测管理云、智能分析云、新能源监测云。该平台可以通过因特网接入第三方储能系统数据，提供系统监测、数据分析和远程控制等功能。后期通过内外网交换平台，储能聚合平台管理区（Ⅲ区）可将第三方储能系统数据发送到总调云平台。

2.7 总调私有云平台

总调私有云平台对实时数据进行解析、存储、计算和分析，部署了聚合控制云、充放电运营管理云、储能监控管理云、电池监测管理云、智能分析云、新能源监测云。该平台可以通过 DMZ 技术对互联网开放 web 或 app 应用。

2.8 DMZ 数据传输

内外网交互平台客户端 IDC 服务部署在管理区（Ⅲ区）服务器，而内外网交互平台服务端 DMZ服务部署在堡垒机位于服务器。两台服务器均部署内外网交互平台的客户端和服务端，能够实现反向通讯。管理区（Ⅲ区）服务器通过 IDC 客户端将数据发往 DMZ 堡垒机。堡垒机接收到数据后，会与阿里云进行通讯。

3 系统功能

3.1 系统拓扑

系统拓扑功能可以查看整个智能平台的调峰、调频容量，以及已完成的响应调度系统数据，如图2 所示。通过收集每个系统实时可/放充电量，统计出所有储能系统预计可进行对电网进行调峰的容量。通过收集每个系统实时可/放充功率，统计出所有储能系统预计可进行对电网进行调频的容量。通过统计每个系统历史充/放电量，计算出所有储能系统已经完成对电网进行的充放电量。

图2 系统拓扑

3.2 聚合控制云

聚合控制云具备系统调度功能，主要负责统筹系统区域内调度管理，具有聚合管理、响应调度统计分析、电力市场运营策略三项功能。通过聚合管理界面，可以看到南方电网区域内实时可响应调度任务的储能系统数量、容量等，同时还能够通过地图，看到该区域内正在进行的响应调度任务，如图3 所示。关于响应调度统计分析，可以展示已经完成的聚合调度任务数据，分析已经完成的响应调度任务量，同时提供历史数据查询功能。对于电力市场运营策略这项功能，能够显示所有的已响应、未响应或正在响应的调度任务，可以查看调入任务的最优策略，并且对未响应的调度策略进行优化。

图3 虚拟调度管理界面

3.3 充放电运营管理云

充放电运营管理云主要负责系统中所有 V2G充电桩、普通充电桩的监测、管理，见图 4。通过采集汇总所有 V2G 充电桩、普通充电桩的实时数据，实现对充电桩的实时监测，可以实时查看到系统中任意一个充电桩的数据，包括充电桩的位置、响应调度量、充/放电量、运行状态、收益情况、告警信息等，还能够提供充电桩的响应调度任务曲线、V2G 放电曲线和充电桩充电曲线等曲线查看功能，并且能够完成充电桩系统的收益情况分析。

图4 充放电运营管理云主界面

3.4 储能监控管理云

储能监控管理云主要负责系统中所有储能电站或储能系统的监测管理。其中，地图分布功能主要用于展示当前系统中储能系统的分布情况，显示可参加响应调度任务的储能系统数量、容量等，以及当前正在执行调度任务的储能系统数量、容量，如图 5 所示。同时还具备对储能电站或储能系统进行远程控制功能。

图5 储能监控管理云地图分布界面

电站监控系统主要负责实时监控储能系统的运行状态，具备储能系统各类数据的统计和分析功能，能够记录储能系统的操作日志，可以实现实时监测系统中任意一个储能系统数据，包括系统的功率、SOE、充/放电量、告警信息、响应调度量数据曲线信息、通讯状态，如图 6 所示。

图6 储能监控管理云电站监控界面

3.5 电池数据监测

电池数据监测负责对系统中的电池数据进行监测，根据电池应用的场景不同，分为储能电池数据监测和动力电池数据监测。储能电池数据监测可对接入平台的所有储能系统单体电池的电压、压差、温度、温差进行计算和统计。动力电池数据监测可对接入平台动力车辆的数量、位置分布、车辆信息、车辆状态、车辆 SOC、总电流、总电压、累计里程等进行统计分析，如图 7 所示。

图7 电池数据监测界面

4 结语

目前电池储能智能管理平台已经投入使用，运行情况良好。电池储能智能管理平台在满足电力二次安全防护管理规定的基础上，实现了布置分散的电池储能、充电桩、光伏、光储充等系统的接入与管控。