周啟平，何偉，賈蕾，郭俊凱

（1.安徽繼遠(yuǎn)軟件有限公司，安徽 合肥230088；2.中國電子科技集團(tuán)第二十研究所，陜西 西安710068；3.四創(chuàng)電子股份有限公司，安徽 合肥230011）

2019年初，國家電網(wǎng)有限公司提出了建設(shè)“三型兩網(wǎng)、世界一流”戰(zhàn)略目標(biāo)，充分發(fā)揮電網(wǎng)在能源匯集傳輸和轉(zhuǎn)換利用中的樞紐作用，以能源互聯(lián)網(wǎng)為支撐，匯集各類資源，通過能源配置和綜合服務(wù)等平臺，打造帶動上下游產(chǎn)業(yè)鏈共同發(fā)展、共建共治共贏的能源互聯(lián)網(wǎng)生態(tài)圈。多站融合作為泛在電力物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)的基礎(chǔ)保障，是實(shí)現(xiàn)“三型兩網(wǎng)”目標(biāo)的重要舉措，通過在儲能電站、變電站以及數(shù)據(jù)中心站的基礎(chǔ)上，融合北斗地基增強(qiáng)站、5G基站、光伏站、綜合能源站等各類站點(diǎn)資源，完成時空數(shù)據(jù)的互聯(lián)貫通，并協(xié)同電網(wǎng)、政府、金融機(jī)構(gòu)、供應(yīng)商、服務(wù)商、用戶以及電池廠商等共建能源產(chǎn)業(yè)生態(tài)圈，實(shí)現(xiàn)能源的高效、互補(bǔ)、節(jié)約和共享，促進(jìn)新能源消納，支撐綠色智慧城市建設(shè)，推動能源產(chǎn)業(yè)健康快速發(fā)展[1-3]。

作為多站融合的關(guān)鍵組成部分，儲能環(huán)節(jié)是多站點(diǎn)間能源融合互補(bǔ)和數(shù)據(jù)貫通的紐帶，發(fā)揮著緩沖器、聚合器和穩(wěn)定器的角色，有效保障各站點(diǎn)穩(wěn)定高效的運(yùn)行，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)各類能源數(shù)據(jù)的融合和共享，由此看來，儲能電站數(shù)據(jù)是多站融合的基礎(chǔ)[4]。然而，由于目前儲能電站數(shù)據(jù)采集并沒有制定統(tǒng)一的采集規(guī)范，同時站點(diǎn)較為分散且站間差異性較大，造成儲能電站的數(shù)據(jù)難以得到統(tǒng)一管控，無法有效支撐其他業(yè)務(wù)的開展工作。因此，基于儲能電站數(shù)據(jù)采集缺乏規(guī)范性、且站點(diǎn)管控不透明和無法共享等現(xiàn)狀，通過開展項(xiàng)目研究，在總結(jié)儲能電站數(shù)據(jù)采集方法的基礎(chǔ)上，建立一套統(tǒng)一的儲能電站數(shù)據(jù)規(guī)約與采集規(guī)范，采用大數(shù)據(jù)、邊緣計(jì)算等先進(jìn)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對各儲能電站生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)的集中采集，并實(shí)時傳輸?shù)綌?shù)據(jù)中心站，對數(shù)據(jù)進(jìn)行快速分析與處理，及時掌握儲能電站的運(yùn)行狀態(tài)，確保多站融合的高效進(jìn)行。

1 研究意義

通過開展多站融合技術(shù)分析，以儲能電站數(shù)據(jù)采集為研究對象，探索提升多站融合的集中管理模式，并以各儲能電站的數(shù)據(jù)采集為切入點(diǎn)，制定統(tǒng)一的數(shù)據(jù)采集規(guī)約和接口調(diào)用規(guī)則，加強(qiáng)多站間的數(shù)據(jù)融合，提高多站融合的綜合管理水平[5]。

制定統(tǒng)一的數(shù)據(jù)采集規(guī)范：綜合考慮各儲能電站之間的差異性，建立儲能電站數(shù)據(jù)規(guī)約及采集規(guī)范，簡化各站點(diǎn)數(shù)據(jù)接入工作流程，為不同廠商儲能設(shè)備的集中采集提供參考依據(jù)，促進(jìn)多站融合的數(shù)據(jù)貫通。

提升多站融合綜合運(yùn)營水平：提升多站融合的全息感知能力，借助數(shù)據(jù)中心站，促進(jìn)智慧多站融合監(jiān)控平臺的監(jiān)測和運(yùn)行評價模型的建立，實(shí)現(xiàn)多站點(diǎn)間運(yùn)行數(shù)據(jù)的高度融合、橫向?qū)Ρ群途C合分析，強(qiáng)化儲能電站的設(shè)備安全監(jiān)視、運(yùn)行狀態(tài)評價和管理能力，促進(jìn)多站融合用能需求分析，提高多站融合整體運(yùn)營管理水平。

提高多站融合建設(shè)水平：通過對儲能數(shù)據(jù)的集中采集以及精準(zhǔn)分析，推動多站融合各站點(diǎn)間的協(xié)同運(yùn)作，提升效率，在業(yè)務(wù)上實(shí)現(xiàn)“三流合一”，即能源流、信息流和數(shù)據(jù)流的深度融合，進(jìn)而提高資源利用效率，促進(jìn)業(yè)務(wù)跨界融合，實(shí)現(xiàn)開放共享、深度協(xié)同的資源和數(shù)據(jù)服務(wù)能力[6]。

提升資源利用價值水平：以儲能電站生產(chǎn)實(shí)時數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，以遠(yuǎn)程信息采集為載體，并依托云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)、人工智能等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享與分析，促進(jìn)預(yù)警全景展示、輔助運(yùn)行監(jiān)測和自動故障分析診斷等，降低多站融合整體運(yùn)營成本，提高整體運(yùn)行效率、資源利用率以及生產(chǎn)安全性，提升資源虛擬化、數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化、應(yīng)用服務(wù)化和展示可視化等方面的綜合服務(wù)水平。

2 技術(shù)原理

2.1 技術(shù)架構(gòu)

儲能電站數(shù)據(jù)采集技術(shù)架構(gòu)如圖1所示，整個架構(gòu)包括：終端層、邊緣層、傳輸層、數(shù)據(jù)層、平臺層、應(yīng)用層和展現(xiàn)層。

圖1 儲能電站數(shù)據(jù)采集技術(shù)架構(gòu)

終端層：通過能源路由器對站內(nèi)二次設(shè)備數(shù)據(jù)進(jìn)行采集。

邊緣層：在數(shù)據(jù)中心站對數(shù)據(jù)進(jìn)行初次加工和邊緣計(jì)算。

傳輸層：通過電力無線通信專網(wǎng)或4G/5G通信網(wǎng)絡(luò)等方式，將采集數(shù)據(jù)傳輸?shù)蕉嗾救诤蠑?shù)據(jù)中心。

數(shù)據(jù)層：多站融合數(shù)據(jù)中心對采集數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲和分析，進(jìn)行實(shí)時流計(jì)算、批量計(jì)算、查詢分析等操作。

平臺層：以智慧多站融合監(jiān)控平臺或智慧儲能云平臺等載體，用于支撐上層應(yīng)用。

應(yīng)用層：開展生產(chǎn)操作類、運(yùn)營管理類和分析決策類等應(yīng)用。

以智能手機(jī)、平板電腦、Web頁面等方式進(jìn)行應(yīng)用展現(xiàn)。

2.2 技術(shù)路線

本文通過開展對儲能電站數(shù)據(jù)采集、管理維護(hù)等需求研究，建立標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)采集和分析規(guī)范，結(jié)合儲能電站存在空間上相互分離的特點(diǎn)，形成一套完整、高效、安全、可靠的數(shù)據(jù)采集技術(shù)路線，提升對儲能電站的實(shí)時監(jiān)測及運(yùn)營分析能力，保障儲能電站在數(shù)據(jù)上實(shí)現(xiàn)采集、傳輸、分析和共享[7]，充分發(fā)揮多站融合的邊緣計(jì)算和數(shù)據(jù)協(xié)同優(yōu)勢，在管理上實(shí)現(xiàn)區(qū)域范圍內(nèi)儲能電站集中監(jiān)測和多站協(xié)同管控，實(shí)現(xiàn)儲能資源的高效整合和利用。

建立統(tǒng)一規(guī)約轉(zhuǎn)換模型，用于實(shí)現(xiàn)多種傳輸協(xié)議和無縫接入，并利用數(shù)據(jù)中心站的邊緣計(jì)算能力，實(shí)現(xiàn)低延時、低功耗的儲能電站智能數(shù)據(jù)采集、處理與傳輸，滿足就地處理與智能分析業(yè)務(wù)需求，實(shí)現(xiàn)儲能電站運(yùn)行數(shù)據(jù)的高效、精準(zhǔn)采集，實(shí)現(xiàn)儲能電站在多站融合中的泛在互聯(lián)，捉高全息感知能力。

對采集的儲能電站的實(shí)時運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的預(yù)處理、異常檢查、超限判斷、數(shù)據(jù)計(jì)算和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)等操作[8]，實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)的甄別與重構(gòu)，保障數(shù)據(jù)在采集與傳輸過程中的完整性，同時利用大數(shù)據(jù)存儲及分析技術(shù)，進(jìn)行分布式數(shù)據(jù)庫部署，構(gòu)建分布式存儲系統(tǒng)，充分保障數(shù)據(jù)的安全、穩(wěn)定和可靠，為數(shù)據(jù)融合共享提供可靠的技術(shù)支撐。

2.3 采集流程

整個儲能電站的數(shù)據(jù)采集過程包括5個環(huán)節(jié)，即變電站二次系統(tǒng)、儲能電站、數(shù)據(jù)中心站、多站融合數(shù)據(jù)中心和用戶側(cè)等環(huán)節(jié)的處理過程，其采集流程如圖2所示。

圖2 儲能電站數(shù)據(jù)采集流程

確定儲能電站數(shù)據(jù)采集的范圍和內(nèi)容[9]，如表1所示。

表1 變電站二次系統(tǒng)采集信息

通過能源路由器進(jìn)行數(shù)據(jù)的實(shí)時采集和上傳，并在生產(chǎn)控制大區(qū)與管理信息大區(qū)之間設(shè)置電力專用橫向單向隔離裝置進(jìn)行物理隔離[10]，用來加強(qiáng)對數(shù)據(jù)的安全防護(hù)。

數(shù)據(jù)中心站對各系統(tǒng)上傳數(shù)據(jù)進(jìn)行就地存儲和預(yù)處理，就地存儲的機(jī)制包括定期存儲和永久存儲，定期存儲指在各系統(tǒng)數(shù)據(jù)上傳至數(shù)據(jù)中心站后，在數(shù)據(jù)中心站按照預(yù)設(shè)的保留期限定期自動清除，以滿足站內(nèi)實(shí)時查看和云端數(shù)據(jù)臨時備份的需要，其他站歷史數(shù)據(jù)查詢需從云端多站融合數(shù)據(jù)中心調(diào)取相關(guān)數(shù)據(jù)；永久存儲指各系統(tǒng)數(shù)據(jù)上傳至數(shù)據(jù)中心站后，在數(shù)據(jù)中心站永久性存儲，其他站歷史數(shù)據(jù)查詢主要以本地?cái)?shù)據(jù)中心站調(diào)取為主[11-12]。

邊緣數(shù)據(jù)中心根據(jù)接收到的各系統(tǒng)實(shí)時運(yùn)行數(shù)據(jù)，按照預(yù)設(shè)的數(shù)據(jù)上傳規(guī)則，定期或按需實(shí)現(xiàn)采集數(shù)據(jù)的全量或增量上傳至云端多站融合數(shù)據(jù)中心。根據(jù)電網(wǎng)數(shù)據(jù)的不同傳輸要求，數(shù)據(jù)傳輸方式包括電力專線、無線電力專網(wǎng)通信或者4G/5G網(wǎng)絡(luò)通信[13]。

多站融合數(shù)據(jù)中心接收站端上傳的運(yùn)行數(shù)據(jù)后，按照預(yù)設(shè)規(guī)則進(jìn)行運(yùn)算、合并和排重等相應(yīng)處理，以支撐多站融合監(jiān)控平臺的各項(xiàng)業(yè)務(wù)應(yīng)用。

2.4 應(yīng)用場景

建立智慧多站融合監(jiān)控平臺，實(shí)現(xiàn)儲能業(yè)務(wù)、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)、變電業(yè)等數(shù)據(jù)的匯集和整合，實(shí)現(xiàn)多站協(xié)同管控和數(shù)據(jù)共享，促進(jìn)多站融合的經(jīng)濟(jì)性、安全性、穩(wěn)定性運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)降本增效，可持續(xù)發(fā)展。

建立儲能大數(shù)據(jù)智能分析平臺，對接入的儲能電站點(diǎn)監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行深化分析與應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)同一站點(diǎn)歷史數(shù)據(jù)的縱向?qū)Ρ群筒煌军c(diǎn)數(shù)據(jù)的橫向分析，有助于決策管理層全面掌握站點(diǎn)總體運(yùn)營情況，同時為多站融合的儲能專業(yè)化運(yùn)營提供相應(yīng)的決策支撐[14]。

建設(shè)運(yùn)維工作管理平臺，改進(jìn)運(yùn)維工作的計(jì)劃性和協(xié)同性，加強(qiáng)遠(yuǎn)程管理與現(xiàn)場運(yùn)維人員的協(xié)調(diào)和聯(lián)動，極大降低整體維護(hù)成本，提高多站融合集中運(yùn)維能力，有效提升電站運(yùn)營可靠性和運(yùn)營效益。

建設(shè)移動應(yīng)用輔助管理系統(tǒng)，形成移動互聯(lián)、跨越時間和空間界限、24 h無間斷實(shí)時響應(yīng)的服務(wù)和管理能力，提高多站融合的日常管控和故障處理效率[15]。

3 方案創(chuàng)新點(diǎn)

建立標(biāo)準(zhǔn)化的管理流程。針對目前儲能電站布局分散只能屬地化管理，以及管理標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一等問題，制定完善的儲能電站數(shù)據(jù)采集規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范儲能電站數(shù)據(jù)采集操作流程，全面提升采集數(shù)據(jù)的實(shí)時性、準(zhǔn)確性和完整性，并對采集的儲能電站運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時存儲，用以支撐多站融合的管理應(yīng)用，為實(shí)現(xiàn)多站融合的專業(yè)化、信息化和精細(xì)化管理提供堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)保障。

基于邊緣計(jì)算技術(shù)的儲能電站數(shù)據(jù)采集。根據(jù)儲能電站的物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)交互規(guī)范，開展儲能數(shù)據(jù)多域接入和多類傳輸協(xié)議交互技術(shù)研究，建立支持多種傳統(tǒng)協(xié)議無縫接入的統(tǒng)一規(guī)約轉(zhuǎn)換模型，同時充分發(fā)揮數(shù)據(jù)中心站地理優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)儲能數(shù)據(jù)的就地處理和邊緣計(jì)算，提升本地化系統(tǒng)應(yīng)用的數(shù)據(jù)運(yùn)算和響應(yīng)效率，強(qiáng)化儲能電站的安全運(yùn)行能力。

基于大數(shù)據(jù)技術(shù)的空間數(shù)據(jù)存儲處理。根據(jù)多源異構(gòu)的結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的混合特征，利用大數(shù)據(jù)技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)的快速獲取、加載和轉(zhuǎn)換，搭建碎片化和多樣化的非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)分布式存儲框架，并利用大數(shù)據(jù)存取工具提高分布式存儲效率，提供實(shí)時有效地運(yùn)行數(shù)據(jù)，為儲能電站的數(shù)據(jù)挖掘和數(shù)據(jù)共享提供可靠的技術(shù)支撐。

4 結(jié)束語

針對目前儲能電站數(shù)據(jù)采集規(guī)范不統(tǒng)一，管理屬地化和標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一等問題，根據(jù)多站融合模式下儲能電站的數(shù)據(jù)采集方案進(jìn)行設(shè)計(jì)，利用大數(shù)據(jù)處理及存儲、邊緣計(jì)算等技術(shù)手段，研究出儲能電站數(shù)據(jù)的采集、傳輸、存儲和應(yīng)用的操作流程，此舉能有效改變長期屬地化運(yùn)維、操作不規(guī)范等現(xiàn)狀，提升儲能電站的遠(yuǎn)程管理能力，并在降低運(yùn)營成本的前提下，保障多站融合的整體運(yùn)營效率和綜合管理水平。