储能电站监控系统遥控延时检测装置设计

储能电站监控系统遥控延时检测装置设计

王楠

特变电工西安电气科技有限公司  陕西 西安  710100

摘要：储能电站在运行阶段支持多种不同的规约模式，控制储能模块时也会有延时的情况。为此，本文面向储能电站监控系统提出一种遥控延时检测装置。该装置运用B码+NTP服务器进行对时结合，确保储能电站拥有相同的时戳；通过对通信规约进行提前布置，使电站运行规约保持一致；而后，计算电站的遥控时延数据。本装置能够测试储能电站中不同遥控点上的时延，效率高，费用少，结果可靠，能够帮助储能电站控制系统提升性能，促进实时遥控通信。

关键词：储能电站监控系统；遥控延时检测装置；设计

引言

遥控延时检测，即从监控系统下达某个遥控明令，至PCS成功接收该指令之间耗费的总延时，包括遥控命令从发出后经过IEC870-5-104通道，最后抵达控制器之间产生的延时，经过Modbus/TCP（Modbus/RTU）通道传递给PCS产生的延时。对站内储能电池执行遥控时，我们应当考虑电池型号、通信规约。因此，遥控时间有时会有较大的误差。伴随电网精细化管理，投切动作对电网的影响也应当精确至毫秒级。所以，有必要解决遥控时间存在的误差。

1 电池储能系统分析

1.1 储能系统的基本组成

从构成上看，电池储能系统（BESS）涵盖了电池堆（BP）、储能变流器（PCS）以及电池管理系统（BMS）这三个不同的部分。单体电池是利用串并联方式来组建BP，利用PCS来实现DC/AC变换，以确保能量的双向流动，达到充放电之目的。BMS能够监测BP电压、电流和温度等相关参数，提供过压、过流保护。结合储能系统的不同结构，我们将其分成支路型、电站型、回路型以及微电网中这几种类型。

1.2回路型储能系统

回路型储能系统，适合容量处于中等的配网侧储能电站，功率200MW～1MW，容量2-4MW·h，其中涵盖了若干并联储能支路、1个升压变单元。而升压变单元，则包括断路器、保护装置还有升压变这三个部分。

1.3电站型储能系统

电站型储能系统，适合多种不同的场合，如配网侧储能、调峰调频电站以及新能源接纳，其功率≥1MW，容量2-4MW·h，涵盖了若干不同的并联储能回路，以及多个升压变单元，该系统的功能有：平抑可再生能源波动、增加电网稳定性、提高供电质量。

2电池储能监控系统架构和建设模式

根据储能系统结构，ESMS应当对PCS和BP运行参数、并网点电能量、升压变单元等基础的运行信息进行监测。ESMS作为电网调度、储能系统二者的联结桥梁，有着上传下达的效果：接收电网下达的调度指令，同时将指令分配和传输至其他不同的储能支路，对储能系统在不同时点的运行状态进行监测，智能分析，使储能系统处于一种安全的工作状态。从总架构上看，ESMS涵盖了储能回路统一数据采集、优化调度等部分，拥有SCADA功能、高级分析功能。对计算机监控系统来说，它的核心部分有2个，一是分为站控层，二是间隔层。前者涵盖了监控主机、通信网关机、数据服务器等基础性设备；而后者涵盖了就地监控、测控装置等，每层均是利用通信网络进行连接。对站控层来说，其C/S结构涵盖了多台独立的计算机，采集服务器、监控主站（各2台），另外还有1台维护工作站。人机界面，则是交由监控主站负责，其功能是搜集相关信息，实时展现，对设备进行远程控制，完成存储、统计等操作。另外，利用网络分别和通信网关、电网调度、集中监控管理系统之间建立通信，完成信息的交换。

就地监控系统可以采集BP、PCS的基本参数，将其传送给监控主站，同时接收并且执行监控主站下达的控制命令。利用通信协议IEC104网络方式，BMS、PCS能够和站控层设备建立通信，以采集相关数据。除上述外，两层通信网络涵盖了两种通信网络，设备层-就地监控单元、就地监控单元-ESMS，以便对就地监控单元、主站实施动态地监控。

3 遥控延时检测装置设计

3.1 延时检测装置的架构

该装置涵盖了主控制器、信号比较单元、红外光发射以及接收单元。这其中，主控制器上设置了时钟计数器，能够和红外光发射单元进行连接；而红外光接收单元则可以和红外光发射、信号比较单元进行连接。另外，信号比较单元能够和主控制器进行连接。通常，信号比较单元能够对接收到的输出、驱动信号进行处理，以得到一种待测脉宽信号，最后将该信号传送给主控制器上。利用时钟计数器，能够采集待测脉宽信号对应的脉冲宽度及其高频脉冲数量，结合高频脉冲个数和高频脉冲频率，得到具体的延时时间。

3.2时间同步模块

延时控制，关键是解决各种设备在时间方面的同步问题。一般来说，储能电站中敷设不同类型的设备，有必要统一时戳。目前，时间同步有如下几种不同的方法：一种是基于GPS或是北斗校时，另外一种是基于时间戳交换的无线通信。受信号因素的影响，北斗校时在使用时有诸多的限制，不过，它的精度较高。所以，本文也是选择综合北斗信号+时戳进行复合校时。将B码、NTP服务器两种对时进行结合，前者采用了GPS（全球定位系统）以及IRIG-B（国际通用时间格式码），利用GPS来成功获取装置具体的位置，以明确所在时区。IRIG-B每秒均可发送1个帧脉冲和基准时钟（大小10MHz），确保测试仪、时间机器能够保持相同的时钟。NTP服务器对时，实质上是利用网络和国标标准时间NTP服务器来完成对时。本装置选取了symmetric对时法，装置可以从远端时间服务器上直接读取时钟。采集上述两种方式各自的对时数据，取二者平均值，以保证时间的精准性。当NTP服务器连接失败时，则改为B码对时数据。一旦B码对时装置受损，需改为NTP服务器对时。利用复合对时法，能够提高储能电站设备时间的准确性，减少遥控延时存在的误差。

3.3多类型规约数据分析统计模块

储能电站在具体运行中，存在多种规约并行的情况。为了缩短分析报文、延时计算的周期，对不同阶段采集的报文，需按照不同类型的规约，对不同类型的数据报文进行解析，自动关联AGC调节，提高响应时间的性能，保证响应一致性，从而精准定位响应时长，明确响应出错的设备。本模块应当提前布置ET规约，同时对储能电站甚至不同类型的规约，如101、104、IEC61850、modbus等，以防止多种规约报文来回转换，缩短时间。同时，可以利用多点接入对网络通信通道进行测试。

3.4延时综合计算

延时综合计算，需结合各时段的通信报文时间戳，对通信延时和每次操作对应的遥控时延进行计算，以得出储能电站整体的综合时延数据。综合延时，相当于各个环节、每次遥控的延时相加。所以，应当思考和计算单个环节上的延时。本文所示装置可以对报文进行自行模拟，在系统中直接接入整个报文模拟装置，模拟遥控报文。在主站上，检查报文接受及其反馈情况，统计延时数据。

结束语

在运行期间，统计储能电站总共有97次遥控延时，其中超误差遥控延时

一共5次；利用报文模拟装置，精准定位了18件不达标的储能设备/电池，提高了储能电站总体的遥控精准度。可见，该装置实用性高，达到了预期的效益。

参考文献：

[1] 无线传感器网络中时间同步和时隙分配算法研究吲．浙江大学，2011.

[2] 虞胜东,华寅飞,胡志勇.在智能电网体系下用户侧储能装置的经济性分析[J].电力系统自动化,2013,35(2):62-64.

[3] 张文亮，丘明，来小康．储能技术在电力系统中的应用[J]．电网技术，2008，32(7):1—9．