儲能系統能夠為電網運行提供調峰、調頻、備用、黑起動、需求響應支撐等多種服務，是提升傳統電力系統靈活性、經濟性和安全性的重要手段，是有效推動電力體制改革和促進能源新業態發展的核心基礎。國內電網側大型儲能電站從2009年第一座深圳寶清儲能電站開始，到2018年江蘇、河南、湖南等地大規模興建，發展迅猛。作為新生事物，對電力調度、運維檢修、施工調試等帶來極大挑戰。

當前大型儲能電站正逐步由有人值班向無人值守、集中監控模式發展。按照無人值班變電站實施集中監控的基本要求和技術條件，儲能電站在實施無人值守前，需按照《變電站集中監控驗收技術導則》對反映儲能電站一、二次設備運行狀況的監控信息進行審核、接入與驗收，當前并無相關監控信息接入管理方案可以分析借鑒。

有研究者對比分析了當前儲能站內三種主流儲能監控系統架構的技術特點，提出儲能電站協調控制解決方案，但是側重站內信息監控和協同控制，并未涉及遠方監控。有研究者根據儲能系統的典型結構及監控需求，給出電站監控系統的架構和建設模式，分析了監控系統的應用功能，但是并未提及如何實現遠方監控。有研究者分析了儲能電站由大量的遙測遙信數據組成，分析了數據特點及如何保證可靠性，但是并未分析如何優化上送遠方數據進行遠方監控信息接入驗收。

本文針對儲能電站監控信息量大和模塊化的特點，提出按照“分級分類取點、模塊化加工、自動驗收裝置全驗+人工抽驗組合驗收”的方法將監控信息接入管控。從儲能電站遠方監控范圍、監控信息取點要求、監控主站接入準備、監控信息驗收方法等角度層層深入，系統分析監控信息接入管理內容和管控要點，并以某地區第一座儲能電站監控信息接入管理為例，探討儲能電站監控信息審核與驗收管理。

1 儲能電站組成與監控系統

1.1 儲能電站組成

儲能電站主要由電池堆、功率變換系統（power convert system, PCS）、升壓變壓器、電池管理系統（battery management system, BMS）、能量管理系統（energy management system, EMS）、保護和監控設備等組成。儲能電站結構示意圖如圖1所示，兩組電池堆和兩組PCS，與一臺380V/10kV升壓變壓器組成一組儲能單元。

EMS主要功能包括整個電池儲能電站的數據采集、網絡監控、能量調度和網絡數據分析等方面。BMS主要是針對電池側的監測、評估、保護和均衡監測，BMS可全面監測電池的運行狀態。PCS主要實現交直流電能的轉換，即根據調度指令實現交流變直流（充電）或直流變交流（放電）。

圖1 儲能電站結構示意圖

1.2 儲能電站監控系統

儲能電站監控系統（EMS）是整個儲能電站的監控、測量、信息交互和調度管理核心，EMS通過局域網和61850協議與各子系統進行連接。EMS能實現數據匯總、信息綜合分析統計、調度數據采集與監視控制（supervisory control and data acquisition, SCADA）遠傳、故障顯示及監視、有功無功控制、頻率控制等功能。EMS通過與BMS、PCS通信，實時掌握每組儲能單元的運行情況，并下發控制指令，實現蓄電池到PCS再到全站設備的逐層監視和控制。

儲能電站按無人值班原則設計，采用兩層網絡結構的計算機監控系統。站控層設備配置滿足儲能電站監控系統功能要求，配置監控主機（EMS主機）、數據通信網關機（遠動機）、綜合應用服務器等；間隔層設備由保護測控裝置、BMS、PCS、故障錄波裝置等組成，完成本間隔設備的就地監視、信息遠傳等功能。儲能電站集中式監控方案示意圖如圖2所示，它實現了一套EMS監控全站BMS和PCS。

圖2 儲能電站集中式監控方案示意圖

?2 儲能電站監控信息接入要求

2.1 儲能電站遠方監控范圍

根據儲能電站調度運行管理規范“統一調度、分級管理”的原則，所有并網運行的公用儲能電站，其儲能設備均屬省調調度管轄，影響儲能設備充、放電容量的輔助設備或系統屬于省調調度管理和許可。

儲能電站按無人值班模式設計，監控信息上送集控中心和地調、省調。根據《儲能電站監控信息技術規范》要求，為滿足無人值守變電站調控機構遠方故障判斷、分析處置等集中監控要求，儲能電站需采集站內一、二次設備及輔助設備監視和控制信息，并集中上送調度主站EMS。因此，地調監視范圍聚焦在10kV電壓等級一、二次設備和儲能電站公用設備，對于升壓變壓器及以下PCS、BMS信號，仍以集控中心為主負責巡視和監控，地調輔助監視部分重要信號。

2.2 儲能電站監控信息

儲能電站監控信息的采集按照《變電站調控數據交互規范》、《變電站設備監控信息規范》、《儲能系統接入配電網技術規定》等技術規范要求，按信息重要性分類分級。儲能電站與常規變電站相比，新增的監控信息主要包括：PCS狀態、電池狀態信息、消防告警信息等。

一座典型的24MW/48MW?h磷酸鐵鋰儲能電站由約10萬個單體蓄電池串并聯組成，其對應的BMS遙測、遙信量約54萬條，加上PCS、升壓變壓器、10kV斷路器、站用電和孤島解列等公用設備信號，全站站內重要監控信息數約2萬條，超過5座220kV變電站規模。因此，上送調度端監控信息必須經過信息歸并、篩選。

2.3 儲能電站遠傳取點要求

儲能電站監控信息表，存在遙測數量多、儲能單元BMS/PCS信號完全相同、信息分類分級監控等特點。因此，在設計儲能電站監控信息點表時，為了便于后續加工驗收，監控信息點表制作有以下要求：

1）分類集中排列。第一類重要信號集中放在遙測、遙信表最前面，第二類全站PCS、BMS整體狀態和告警信號集中放在第一類重要信號之后，第三類儲能單元組PCS、BMS信號按組集中放在信息表最后。

2）PCS、BMS遙測、遙信信號按照儲能單元的形式分組排列，每組除編號有差別，其他信號內容均一致。

3）BMS信號按照分級監控要求，按電池堆采集。遙測只采集蓄電池堆的總體信息，如電池組的荷電狀態（state of charge, SOC）、電池健康狀態（state of health, SOH）、單體電壓或溫度最高/最低等，遙信對蓄電池堆信號進行分類匯總，如電池組過電壓/欠電壓/過溫/欠溫等。

2.4 監控信息驗收方法要求

一座典型的24MW/48MW?h磷酸鐵鋰儲能電站單站重要監控信息數約2萬條，其中大部分為BMS和PCS實時溫度、電壓等遙測數據，以及控制狀態、空調運行情況等遙信信息，集控中心和調度部門如果按照常規方法逐單元遙測加量、逐遙信現場模擬進行驗收，整體驗收量巨大，而且儲能電站很多遙測、遙信信號無法按照常規方法進行遙測加量和遙信模擬觸發。因此，儲能電站驗收需要適合其要求的新方法。

3 儲?能電站監控信息接入管控方法

儲能電站監控信息接入要求明確了監控范圍廣、監視難度大，由大量單體組合成的電站監控數據信息量大但具有模塊化特點，監控信息量大導致后續主站自動化加工量和監控驗收工作量均嚴重超出常規公用變電站規模。本節針對儲能電站監控信息量大和模塊化的特點，提出按照“分級分類取點、模塊化加工、自動驗收裝置全驗+人工抽驗組合驗收”的方法將監控信息接入管控。

3.1 監控信息分級分類取點

儲能電站遙測遙信信息采用分級分類取點的方法，可按照電池組進行篩選和分類歸并，參照有關文獻信息根據重要程度進行分級，按照儲能單元再次進行分類歸并。

根據調控中心監視要求，歸并后可分為以下三大類信號：第一類是升壓變壓器以上10kV并網側一、二次設備和全站控制設備，主要包括斷路器和測保裝置等常規一、二次設備、頻率電壓緊急控制裝置等安全自動裝置、自動電壓控制（automatic voltage control, AVC）/自動發電控制（automatic generation control, AGC）/源網荷控制子站等，這是調度監控重點；第二類是全站PCS、BMS總體狀態和消防告警等信息，為調度提供儲能電站全站基本運行情況，監控根據值班情況進行輔助監視；第三類是按儲能單元合并篩選的BMS、PCS狀態和告警信息，這類信息數量多、易發信，主要由現場運維人員負責監視。

上送調度端的監控信息，經過兩輪分類歸并后，其取點按儲能單元進行選取，如PCS遙信選取過電流/過頻/欠頻/煙感/高溫/過載/過電壓/欠電壓等信號，BMS遙信選取系統匯總的每組蓄電池堆的總體告警信號，如SOC/過電流/過電壓/欠電壓/過溫/欠溫/ 絕緣/煙感/事故/告警等合并匯總信號，還對預制艙的空調和環境溫度進行重點監視。遙測選取總體狀態信息，如全站/蓄電池堆SOC、PCS狀態、總充放電量、AGC/AVC目標值、溫度、電壓等。遙控主要是PCS開停機。

3.2 監控主站驗收前準備

儲能電站實施遠方集中監控前，集控中心或調度部門的監控主站系統需要提前加工儲能電站監控畫面和監控信息。按照常規加工模式，加工工作量繁重，大量遙測手工關聯容易出錯。根據儲能單元為PCS、BMS和升壓變壓器組成的單元接線形式的模式，可以按照模塊化方法進行儲能電站監控信息和畫面的加工。具體如下：

1）儲能電站主畫面總體參照光伏電站繪制，需專門設計PCS、電池組等圖元，畫面突出展示全站狀態控制信息和儲能單元狀態。

2）按照儲能單元進行定制化設計，要求PCS、BMS、升壓變壓器等信息固定，只需輸入對應儲能單元組編號，即可自動生成該組儲能單元遙測關聯、遙信光字牌，無需人工重復勾選加工。

3）儲能電站按照分級分類監控要求，第一類重要信號和第二類信號進入實時告警窗不間斷進行監視，第三類信號在現場有人值班期間可單獨設置一個信號責任區，信號不上監控實時告警窗，只用于后續定期統計分析。

4）設置儲能集中監控頁面，便于多個儲能電站全站信息和狀態的集中監控與管理。

3.3 監控信息驗收方法

儲能電站由于遙測遙信量多，且多為BMS、PCS信號，無法按照《變電站集中監控驗收技術導則》中常規遙測遙信方法進行驗收。經現場調試團隊和某地區調控中心深入討論研究，采取以下驗收方法：

1）根據儲能電站信號分級分類監控要求，對常規10kV一、二次設備遙測遙信仍然采用驗收導則要求的人工驗收方法驗收。

2）對于BMS和PCS遙測量，其遙測驗收無法利用繼保測試儀模擬加量，可采取并網后再核對蓄電池組實際出力值的方法驗收。

3）對于BMS和PCS遙信量，無法采用常規點二次端子等方法，可采用實際對拖實驗、改變閾值觸發告警等方法進行站內監控主機的監控信息驗收（后臺驗收），在后臺驗收時，通信管理機（遠動機）出口側接入自動驗收裝置進行現場同步驗收，驗收完成后由自動驗收裝置與調度主站EMS自動驗收模塊配合進行自動驗收，大大縮短了監控信息驗收時間，同時降低了現場為進行監控信息驗收反復試驗的風險。

自動驗收裝置根據儲能電站全站系統配置文件（substation configuration description, SCD）（61850規約站點模型配置文件）模擬仿真全站智能電子設備（intelligent electronic device, IED）模型。在經過后臺同步驗收校驗模型后，接入遠動機輸入側模擬相關設備發信，與調度主站自動驗收模塊配合進行遙測遙信的自動驗收。通過采用自動驗收技術，監控信息驗收前提前驗證了信號的正確性并進行信號消缺，極大地縮短了現場與調度遠方對點時間，同時盡可能保證了BMS和PCS信號的加工正確性。

?4 儲能電站監控接入驗收實例

4.1 榔梨儲能電站整體情況

榔梨儲能電站的建設規模為24MW/48MW?h，全預制艙布置，采用磷酸鐵鋰蓄電池24MW×2h，包括24個40尺電池集裝箱，24個PCS變壓集裝箱（每個集裝箱含2臺PCS+1臺1 250kV?A變壓器），4個40尺10kV集裝箱，1個總控集裝箱。每段母線接入容量為8MW/16MW?h，通過3回10kV電纜線路分別接至220kV榔梨變10kV側，其一次接線示意圖如圖3所示。

圖3 儲能電站一次接線示意圖

4.2 儲能電站監控信息選點

儲能電站主要由常規一、二次設備、儲能電站控制子站設備和儲能單元相關設備等組成。監控信息選點按照滿足無人值班站要求選取。

常規一、二次設備包括：10個10kV斷路器和三段10kV母線、一體化站用交直流系統、頻率電壓緊急控制裝置、防孤島保護裝置、智能輔助控制系統等裝置。常規設備點按照《變電站監控信息規范》要求選取，作為監控人工驗收重點。

儲能電站控制子站設備包括AGC、AVC功能子站、源網荷終端裝置等。根據各控制子系統要求進行取點，以滿足其控制功能。地調側重于AVC控制相關信號，省調側重于AGC和源網荷功能相關信號。

儲能單元相關設備和信號：主要是24組儲能單元（含48組蓄電池組、48臺變流器單元和24臺升壓變壓器）相關的升壓變壓器就地監測裝置信號、PCS、BMS相關信號。

最終榔梨儲能電站從54萬條三遙信號中選取了遙測1 544點、遙信2 188點、遙控71點、遙調5點，合計3 808點。其中BMS和PCS遙測遙信共3 152點、遙控48點。通過這些信號，可以很好地對儲能電站運行情況開展遠方集中監控。

4.3 監控信息驗收情況

某地區調控中心按照事先與調試團隊商定的驗收方法，對儲能電站常規一、二次設備525點遙測遙信和10kV斷路器遙控按照驗收導則要求，采取人工驗收方法。驗收時，遙測利用繼保測試儀模擬加量，遙信實際點端子觸發，遙控進行全回路實際遙控操作，總體驗收時間約16h。

對于BMS和PCS遙測量，其遙測驗收無法利用繼保測試儀模擬加量，采取并網后試驗階段，人工與現場后臺核對蓄電池組實際出力的方法。總體核對時間約8h。

對于BMS和PCS遙信信號，采用自動驗收裝置驗收。在站內進行實際對拖等試驗時，進行后臺監控信息驗收，同時自動驗收裝置接入遠動機出口側開展現場同步驗收，驗收完成后由自動驗收裝置與調度主站D5000系統自動驗收模塊配合進行遙信自動驗收工作。榔梨儲能電站1752點遙信，一遍自動驗收時間約1h。

某地區調控中心通過采取人工+自動驗收裝置組合的驗收方法，驗收時間控制在3個工作日以內，通過自動驗收技術保證了驗收質量，相對以往常規驗收方法的20個工作日以上的驗收時間，驗收效率得到大幅提升。

?5 結論

本文針對電網側儲能電站實現遠方集中監控前的監控信息接入驗收管控方法進行了系統闡述，提出針對儲能電站結構組成和監控系統特點，制定儲能電站監控范圍、監控信息取點、監控信息加工與驗收等要求。

本文提出了儲能電站按照分級分類取點、模塊化加工、人工+自動驗收裝置組合驗收的方法進行系統監控信息的接入管控，通過典型儲能電站實際接入驗收過程說明了儲能電站監控信息接入驗收管理效果明顯。該方法對規范后續儲能電站并網監控信息驗收、提升驗收效率有很好的指導作用。

本文編自2021年第7期《電氣技術》，論文標題為“電網側儲能電站監控信息接入驗收管控方法研究”，作者為李琳、秦澤宇、劉嘯。