吳斌，李毓

（1. 廣州調(diào)峰調(diào)頻科技發(fā)展有限公司，廣東 廣州 510000；2. 南方電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻發(fā)電有限公司，廣東 廣州 510000）

1 概述

電池儲(chǔ)能智能管理平臺(tái)旨在解決電池儲(chǔ)能、光儲(chǔ)充、充放電樁、光伏等系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接入、信息通信及協(xié)調(diào)控制等技術(shù)問(wèn)題。主要內(nèi)容包括研究海量數(shù)據(jù)分布式實(shí)時(shí)存儲(chǔ)計(jì)算技術(shù)，研究調(diào)峰調(diào)頻應(yīng)用場(chǎng)景下電池儲(chǔ)能的聚合管理和控制策略等。

基于調(diào)頻調(diào)峰的電池儲(chǔ)能智能管理云平臺(tái)，接入管理分布式儲(chǔ)能電站、光儲(chǔ)充一體儲(chǔ)能系統(tǒng)和雙向 V2G 充電樁，能夠?qū)崿F(xiàn) V2G 雙向充放電，實(shí)現(xiàn)能量的分配和調(diào)度。通過(guò)在每個(gè)節(jié)點(diǎn)部署一個(gè)智能本地控制終端，實(shí)現(xiàn)信息流在節(jié)點(diǎn)和平臺(tái)間的雙向通信。智能本地控制終端除具備 IEC 61850、AGC等通訊控制能力，滿(mǎn)足安全的雙向通信要求外，還能完成充電樁、儲(chǔ)能電站標(biāo)準(zhǔn)化接入流程，快速管理分布式系統(tǒng)，實(shí)施跨虛擬片區(qū)的能量調(diào)度[1-4]。

2 系統(tǒng)基本架構(gòu)

電池儲(chǔ)能智能管理平臺(tái)總體架構(gòu)以安全接入多種異構(gòu)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)多系統(tǒng)聚合調(diào)度為目標(biāo)，在滿(mǎn)足電力二次安全防護(hù)管理規(guī)定的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)布置分散的電池儲(chǔ)能、充電樁、光伏、光儲(chǔ)充等系統(tǒng)的接入與管控，具備調(diào)度 OCS 控制系統(tǒng)與云平臺(tái)進(jìn)行交互的能力。

分布式站點(diǎn)數(shù)據(jù)主要來(lái)源于各站點(diǎn)生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)，由控制終端和安全加密裝置通過(guò)專(zhuān)網(wǎng)將數(shù)據(jù)傳輸至電池儲(chǔ)能智能管理云平臺(tái)。站點(diǎn)數(shù)據(jù)通過(guò)專(zhuān)網(wǎng)到達(dá)安全接入?yún)^(qū)后，再通過(guò)正、反向隔離裝置分別和控制Ⅰ區(qū)服務(wù)器、管理 Ⅲ 區(qū)服務(wù)器進(jìn)行通信。管理 Ⅲ 區(qū)通過(guò)內(nèi)外網(wǎng)交換平臺(tái)與阿里云服務(wù)器進(jìn)行通信。

2.1 云平臺(tái)架構(gòu)介紹

基于云平臺(tái)構(gòu)建接入安全、響應(yīng)靈活的電池儲(chǔ)能智能管理通信網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)海量數(shù)據(jù)采集與處理、能量雙向流動(dòng)的監(jiān)控，滿(mǎn)足布置分散的電池儲(chǔ)能系統(tǒng)、充電樁、光伏系統(tǒng)的接入與管控需求。

總體架構(gòu)按照系統(tǒng)分散布置、終端安全接入、云平臺(tái)處理的設(shè)計(jì)原則。電池儲(chǔ)能系統(tǒng)、充電樁、光伏系統(tǒng)采用 CANBus/RS485 等方式接入控制終端，而控制終端通過(guò)專(zhuān)有網(wǎng)絡(luò)接入云平臺(tái)。云平臺(tái)具備安全防護(hù)、數(shù)據(jù)處理中臺(tái)和多場(chǎng)景應(yīng)用管理的功能，從底層到頂層支撐分布式部署的電池儲(chǔ)能系統(tǒng)、充電樁、光伏系統(tǒng)的接入與管控，如圖 1 所示。

圖1 系統(tǒng)總體架構(gòu)圖

2.2 安全防護(hù)方案設(shè)計(jì)

1）應(yīng)對(duì)電池儲(chǔ)能聚合智能管理平臺(tái)上下游環(huán)境安全風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行總體分析，主要從分布式站點(diǎn)接入和平臺(tái)綜合防護(hù)能力兩方面進(jìn)行安全防護(hù)建設(shè)。

2）分布式站點(diǎn)數(shù)據(jù)主要來(lái)源于各站點(diǎn)生產(chǎn)監(jiān)控網(wǎng)，通過(guò)專(zhuān)網(wǎng)將數(shù)據(jù)傳輸至電池儲(chǔ)能聚合智能管理平臺(tái)。各站點(diǎn)部署安全加密裝置實(shí)現(xiàn)對(duì)傳輸數(shù)據(jù)的加密。

3）分布式站點(diǎn)數(shù)據(jù)通過(guò)專(zhuān)網(wǎng)到達(dá)安全接入?yún)^(qū)后，通過(guò)安全加密網(wǎng)關(guān)對(duì)加密數(shù)據(jù)進(jìn)行解密。數(shù)據(jù)解密后由安全接入?yún)^(qū)服務(wù)器，通過(guò)正反向隔離裝置分別和生產(chǎn)控制Ⅰ區(qū)服務(wù)器、管理 Ⅲ 區(qū)服務(wù)器進(jìn)行通信。

4）生產(chǎn)控制區(qū)（Ⅰ區(qū)）邊界部署縱向加密裝置，通過(guò)調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)和各級(jí)調(diào)度 OCS 進(jìn)行通信。

5）管理區(qū)（Ⅲ區(qū)）邊界部署防火墻，通過(guò)綜合數(shù)據(jù)網(wǎng)和調(diào)度私有云平臺(tái)進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)訪(fǎng)問(wèn)控制和邊界隔離。

6）管理區(qū)（Ⅲ區(qū)）通過(guò)內(nèi)外網(wǎng)交換平臺(tái)與雙調(diào)租賃阿里云服務(wù)器進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)安全傳輸。

7）重要的服務(wù)器和通信網(wǎng)關(guān)使用國(guó)家指定部門(mén)認(rèn)證的安全加固操作系統(tǒng)，并采用加密、認(rèn)證和訪(fǎng)問(wèn)控制等安全防護(hù)措施。

2.3 安全接入?yún)^(qū)

在安全接入?yún)^(qū)與生產(chǎn)控制大區(qū)的網(wǎng)絡(luò)邊界部署電力專(zhuān)用安全隔離裝置實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸和物理隔離。在安全接入?yún)^(qū)與專(zhuān)用通信網(wǎng)絡(luò)的邊界采用加密認(rèn)證措施，為運(yùn)行維護(hù)單位安全接入?yún)^(qū)和業(yè)務(wù)終端的縱向數(shù)據(jù)通信提供認(rèn)證與加密服務(wù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)臋C(jī)密性、完整性和抗抵賴(lài)性保護(hù)。安全接入?yún)^(qū)服務(wù)器向生產(chǎn)控制區(qū)（Ⅰ區(qū)）服務(wù)器和管理區(qū)（Ⅲ區(qū)）服務(wù)器，通過(guò)反向隔離傳輸 E 文件，主要用于傳輸系統(tǒng)數(shù)據(jù)。生產(chǎn)控制區(qū)（Ⅰ區(qū)）服務(wù)器和管理區(qū)（Ⅲ區(qū)）服務(wù)器向安全接入?yún)^(qū)，通過(guò)正向隔離傳輸E 文件，主要傳輸控制命令等數(shù)據(jù)。

2.4 儲(chǔ)能聚合平臺(tái)生產(chǎn)控制區(qū)（Ⅰ 區(qū)）

儲(chǔ)能聚合平臺(tái)生產(chǎn)控制區(qū)（Ⅰ區(qū)）按生產(chǎn)控制Ⅰ區(qū)安全管理，主要實(shí)現(xiàn)對(duì)接入的儲(chǔ)能電站和充電樁進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和聚合控制的功能，要求數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性高，目前僅下發(fā)遠(yuǎn)程控制指令。通過(guò)調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)，接入總調(diào)/中調(diào)/低調(diào) OCS，接收調(diào)度指令，并將聚合控制指令發(fā)送到安全接入?yún)^(qū)。安全接入?yún)^(qū)服務(wù)器處理聚合控制指令，并下發(fā)到儲(chǔ)能電站或充電樁。生產(chǎn)控制區(qū)（Ⅰ區(qū)）服務(wù)器部署儲(chǔ)能系統(tǒng)數(shù)據(jù)解析程序。該程序掃描反向隔離指定的文件夾，將反向隔離傳輸?shù)臄?shù)據(jù)文件解析，訪(fǎng)問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行原始數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。

2.5 儲(chǔ)能聚合平臺(tái)管理區(qū)（Ⅲ區(qū)）

按生產(chǎn)控制 Ⅲ 區(qū)安全管理，主要實(shí)現(xiàn)將安全接入?yún)^(qū)接收到的數(shù)據(jù)，通過(guò)綜合數(shù)據(jù)網(wǎng)，轉(zhuǎn)發(fā)到總調(diào)私有云平臺(tái)(總調(diào)云平臺(tái) Ⅲ 區(qū))，并在總調(diào)私有云平臺(tái)實(shí)現(xiàn)高級(jí)數(shù)據(jù)分析應(yīng)用。目前實(shí)現(xiàn)的另外一條數(shù)據(jù)通路為：管理區(qū)（Ⅲ區(qū)）將安全接入?yún)^(qū)接收到的數(shù)據(jù)，通過(guò)內(nèi)外網(wǎng)交換平臺(tái)，轉(zhuǎn)發(fā) DMZ 區(qū)。然后，DMZ 服務(wù)器將數(shù)據(jù)上傳到租賃的阿里云。

2.6 雙調(diào)阿里云平臺(tái)

雙調(diào)阿里云平臺(tái)對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行解析、存儲(chǔ)、計(jì)算和分析，部署了聚合控制云、充放電運(yùn)營(yíng)管理云、儲(chǔ)能監(jiān)控管理云、電池監(jiān)測(cè)管理云、智能分析云、新能源監(jiān)測(cè)云。該平臺(tái)可以通過(guò)因特網(wǎng)接入第三方儲(chǔ)能系統(tǒng)數(shù)據(jù)，提供系統(tǒng)監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)分析和遠(yuǎn)程控制等功能。后期通過(guò)內(nèi)外網(wǎng)交換平臺(tái)，儲(chǔ)能聚合平臺(tái)管理區(qū)（Ⅲ區(qū)）可將第三方儲(chǔ)能系統(tǒng)數(shù)據(jù)發(fā)送到總調(diào)云平臺(tái)。

2.7 總調(diào)私有云平臺(tái)

總調(diào)私有云平臺(tái)對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行解析、存儲(chǔ)、計(jì)算和分析，部署了聚合控制云、充放電運(yùn)營(yíng)管理云、儲(chǔ)能監(jiān)控管理云、電池監(jiān)測(cè)管理云、智能分析云、新能源監(jiān)測(cè)云。該平臺(tái)可以通過(guò) DMZ 技術(shù)對(duì)互聯(lián)網(wǎng)開(kāi)放 web 或 app 應(yīng)用。

2.8 DMZ 數(shù)據(jù)傳輸

內(nèi)外網(wǎng)交互平臺(tái)客戶(hù)端 IDC 服務(wù)部署在管理區(qū)（Ⅲ區(qū)）服務(wù)器，而內(nèi)外網(wǎng)交互平臺(tái)服務(wù)端 DMZ服務(wù)部署在堡壘機(jī)位于服務(wù)器。兩臺(tái)服務(wù)器均部署內(nèi)外網(wǎng)交互平臺(tái)的客戶(hù)端和服務(wù)端，能夠?qū)崿F(xiàn)反向通訊。管理區(qū)（Ⅲ區(qū)）服務(wù)器通過(guò) IDC 客戶(hù)端將數(shù)據(jù)發(fā)往 DMZ 堡壘機(jī)。堡壘機(jī)接收到數(shù)據(jù)后，會(huì)與阿里云進(jìn)行通訊。

3 系統(tǒng)功能

3.1 系統(tǒng)拓?fù)?/h3>

系統(tǒng)拓?fù)涔δ芸梢圆榭凑麄€(gè)智能平臺(tái)的調(diào)峰、調(diào)頻容量，以及已完成的響應(yīng)調(diào)度系統(tǒng)數(shù)據(jù)，如圖2 所示。通過(guò)收集每個(gè)系統(tǒng)實(shí)時(shí)可/放充電量，統(tǒng)計(jì)出所有儲(chǔ)能系統(tǒng)預(yù)計(jì)可進(jìn)行對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行調(diào)峰的容量。通過(guò)收集每個(gè)系統(tǒng)實(shí)時(shí)可/放充功率，統(tǒng)計(jì)出所有儲(chǔ)能系統(tǒng)預(yù)計(jì)可進(jìn)行對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行調(diào)頻的容量。通過(guò)統(tǒng)計(jì)每個(gè)系統(tǒng)歷史充/放電量，計(jì)算出所有儲(chǔ)能系統(tǒng)已經(jīng)完成對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行的充放電量。

圖2 系統(tǒng)拓?fù)?/p>

3.2 聚合控制云

聚合控制云具備系統(tǒng)調(diào)度功能，主要負(fù)責(zé)統(tǒng)籌系統(tǒng)區(qū)域內(nèi)調(diào)度管理，具有聚合管理、響應(yīng)調(diào)度統(tǒng)計(jì)分析、電力市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)策略三項(xiàng)功能。通過(guò)聚合管理界面，可以看到南方電網(wǎng)區(qū)域內(nèi)實(shí)時(shí)可響應(yīng)調(diào)度任務(wù)的儲(chǔ)能系統(tǒng)數(shù)量、容量等，同時(shí)還能夠通過(guò)地圖，看到該區(qū)域內(nèi)正在進(jìn)行的響應(yīng)調(diào)度任務(wù)，如圖3 所示。關(guān)于響應(yīng)調(diào)度統(tǒng)計(jì)分析，可以展示已經(jīng)完成的聚合調(diào)度任務(wù)數(shù)據(jù)，分析已經(jīng)完成的響應(yīng)調(diào)度任務(wù)量，同時(shí)提供歷史數(shù)據(jù)查詢(xún)功能。對(duì)于電力市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)策略這項(xiàng)功能，能夠顯示所有的已響應(yīng)、未響應(yīng)或正在響應(yīng)的調(diào)度任務(wù)，可以查看調(diào)入任務(wù)的最優(yōu)策略，并且對(duì)未響應(yīng)的調(diào)度策略進(jìn)行優(yōu)化。

圖3 虛擬調(diào)度管理界面

3.3 充放電運(yùn)營(yíng)管理云

充放電運(yùn)營(yíng)管理云主要負(fù)責(zé)系統(tǒng)中所有 V2G充電樁、普通充電樁的監(jiān)測(cè)、管理，見(jiàn)圖 4。通過(guò)采集匯總所有 V2G 充電樁、普通充電樁的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)充電樁的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，可以實(shí)時(shí)查看到系統(tǒng)中任意一個(gè)充電樁的數(shù)據(jù)，包括充電樁的位置、響應(yīng)調(diào)度量、充/放電量、運(yùn)行狀態(tài)、收益情況、告警信息等，還能夠提供充電樁的響應(yīng)調(diào)度任務(wù)曲線(xiàn)、V2G 放電曲線(xiàn)和充電樁充電曲線(xiàn)等曲線(xiàn)查看功能，并且能夠完成充電樁系統(tǒng)的收益情況分析。

圖4 充放電運(yùn)營(yíng)管理云主界面

3.4 儲(chǔ)能監(jiān)控管理云

儲(chǔ)能監(jiān)控管理云主要負(fù)責(zé)系統(tǒng)中所有儲(chǔ)能電站或儲(chǔ)能系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)管理。其中，地圖分布功能主要用于展示當(dāng)前系統(tǒng)中儲(chǔ)能系統(tǒng)的分布情況，顯示可參加響應(yīng)調(diào)度任務(wù)的儲(chǔ)能系統(tǒng)數(shù)量、容量等，以及當(dāng)前正在執(zhí)行調(diào)度任務(wù)的儲(chǔ)能系統(tǒng)數(shù)量、容量，如圖 5 所示。同時(shí)還具備對(duì)儲(chǔ)能電站或儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制功能。

圖5 儲(chǔ)能監(jiān)控管理云地圖分布界面

電站監(jiān)控系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)監(jiān)控儲(chǔ)能系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，具備儲(chǔ)能系統(tǒng)各類(lèi)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)和分析功能，能夠記錄儲(chǔ)能系統(tǒng)的操作日志，可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中任意一個(gè)儲(chǔ)能系統(tǒng)數(shù)據(jù)，包括系統(tǒng)的功率、SOE、充/放電量、告警信息、響應(yīng)調(diào)度量數(shù)據(jù)曲線(xiàn)信息、通訊狀態(tài)，如圖 6 所示。

圖6 儲(chǔ)能監(jiān)控管理云電站監(jiān)控界面

3.5 電池?cái)?shù)據(jù)監(jiān)測(cè)

電池?cái)?shù)據(jù)監(jiān)測(cè)負(fù)責(zé)對(duì)系統(tǒng)中的電池?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，根據(jù)電池應(yīng)用的場(chǎng)景不同，分為儲(chǔ)能電池?cái)?shù)據(jù)監(jiān)測(cè)和動(dòng)力電池?cái)?shù)據(jù)監(jiān)測(cè)。儲(chǔ)能電池?cái)?shù)據(jù)監(jiān)測(cè)可對(duì)接入平臺(tái)的所有儲(chǔ)能系統(tǒng)單體電池的電壓、壓差、溫度、溫差進(jìn)行計(jì)算和統(tǒng)計(jì)。動(dòng)力電池?cái)?shù)據(jù)監(jiān)測(cè)可對(duì)接入平臺(tái)動(dòng)力車(chē)輛的數(shù)量、位置分布、車(chē)輛信息、車(chē)輛狀態(tài)、車(chē)輛 SOC、總電流、總電壓、累計(jì)里程等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，如圖 7 所示。

圖7 電池?cái)?shù)據(jù)監(jiān)測(cè)界面

4 結(jié)語(yǔ)

目前電池儲(chǔ)能智能管理平臺(tái)已經(jīng)投入使用，運(yùn)行情況良好。電池儲(chǔ)能智能管理平臺(tái)在滿(mǎn)足電力二次安全防護(hù)管理規(guī)定的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了布置分散的電池儲(chǔ)能、充電樁、光伏、光儲(chǔ)充等系統(tǒng)的接入與管控。