电池储能系统数据管理与状态监测技术方案

1综述

加工电池储能系统数据管理与状态监测平台，支持不低于80MW分布式储能装置的信息采集和处理，支持与分布式储能装置以及上级监控中心的通信，实现分布式储能系统数据管理以及在线监测功能。平台包括数据采集模块、数据管理模块、控制模块以及接口集成模块。数据采集模块采集通道并发处理规模≥20路，支持IEC 104规约、IEC 61850规约的数据交互格式；数据管理单元存储容量≥10TB（可扩展）；控制终端端口通信速率≥100Mbps；接口集成模块支持以太网接口、串口接口，各自不小于24路。

2平台的特点

2.1平台的开放性

·遵循最新的IEC61970 CIM/CIS 和IEC61968、IEC61850 等国际、国内标准，以及有关的国际标准通讯规约，如IEC60870-5-101、IEC60870-5-104、MODBUS等。

·操作系统遵循IEEE POSIX 1003.0 工作组定义的开放性，提供标准的图形用户界面编辑和生成工具及调用接口。提供各数据库的访问接口。提供标准的网络通信应用层协议和应用函数及调用接口。支持用户应用软件程序的开发。

·提供应用级开发的环境及标准的应用级编程接口（API），用户可在该开发环境及标准的API 基础上进行应用软件的开发及集成，具备支持第三方软件植入的软件环境。

•数据库由自行开发的实时数据库和大型商用关系数据库两部分组成。提供统一标准的实时数据库与历史数据库访问接口。

•图形系统基于国际标准的三维图形标准OpenGL，可在Windows、Unix、Linux等各种操作系统下运行

•网络通信采用标准的TCP/IP、CAN、HTTP协议等

·具有良好的扩展能力。   

2.2  平台的分布性

      ·采用全分布式的功能设计和网络结构，所有功能均采用Client／Server模式。在网络环境下，实现数据共享功能。

·应用软件采用模块化、一体化设计，具备即插即用的特点。所有功能模块分布到不同的模块上运行。充分优化各模块资源，保证系统的负荷均衡和负荷最小，以防止功能分布不当而引起平台的“瓶颈”效应。

2.3  平台的可靠性和安全性

·满足国家电力监管委员会5 号令《电力二次系统安全防护规定》的要求。

·硬件采用双网、双电源、可接入双通道（包括专线及网络）等冗余设计结构

·具备软件功能动态重构处理功能，在发生故障时可自动切换，保障系统的不间断可靠运行。

·具有系统恢复措施，保证在系统故障时，能尽快地恢复系统运行。具有高度的安全保障和完善的权限管理，保证数据的安全和保密性。

2.4  平台的可维护性

·采用图模库一体化设计，可将PCS、BMS等模型直接导入平台进行管理，减小建模和维护的工作量。

2.5  平台的实时性

·具有优先内核和优先调度功能，对多任务调度不仅可以按时间片进行分时任务调

度管理，还可按优先级进行实时任务调度管理（基于实时操作系统）。   

·具有监视高分辨率实时钟并据此唤醒定时进程的功能。

·具有进程之间的快速通信功能

·采用实时内存数据库技术，能完成几十万采集点的秒级数据处理，在不断增加数据量的情况下，也能保持系统各种性能指标基本稳定。

3 电池储能系统数据管理与状态监测平台组成

3.1  配置

平台采用交换式局域网结构。

配置图如下：

3.2  结构

包括站控层，设备层。

站控层主要设备包括：数据采集板1套、数据管理单元1套、控制终端1套、接口集成模块1套、机柜1台等。

设备层主要设备包括：储能逆变器（PCS）、电池管理（BMS）、其他监控设备等。

站控层负责各个模块之间和来自设备层的全部数据的传输和各种访问请求。其网络协议应符合国际标准化组织OSI模型或国际通用标准。具有良好的开放性。网络配置规模能满足工程远期要求。

具有足够的抗电磁干扰能力。且具有基本的管理能力，对网络的工作状态能自动选择、协调、以及自动监测。

3.3  硬件设备

电池储能系统数据管理与状态监测平台采用最新的、可靠的、符合工业标准的硬件设备。

1）数据采集板

采用带独立显卡、图形功能强大的高性能设备。是站控层数据处理核心部件。

2）数据管理单元

采用高性能、大容量的磁盘阵列。

数据管理单元用于实时数据、实验数据等的存储与数据分析。

3）控制终端

采用处理能力强的高性能控制终端。运用并行处理和优化调度线程，快速计算并分析实时信息，合理控制储能出力，给出安全、快速、合理的控制策略。

4）接口集成模块

支持10/100/1000M自适应的高速工业以太网，以太网接口数量≥24路，串口接口数量≥16路。支持IEC60870-5-104、MODBUS规约、IEC 61850规约以及各种电力系统主流规约；方便快速的实现与第三方的接口。

5）机柜

屏体包括所有安装在上面的成套设备或单个组件皆有足够机械强度和正确安装方法保证在起吊、运输、存放和安装过程中不会损坏。并提供运输、存放和安装说明书供用户使用。

屏体的机械结构能满足IEC-IP50标准，并能防止：灰尘；潮湿；虫和动物；所规定的高温和低温；屏体支架的振动。

屏体前后有门，前门为单开式（有玻璃窗），后门为双开式。门在开关时不应造成系统误动作。

屏体底部有安装孔，屏上设备的安装及接线应便于施工、维护和检查。

端子排保证有足够的绝缘水平。每个端子排的一端只能接一根导线。端子排至少有10%的备用端子。并可根据需要增加。所有的端子额定值为10A、1000V。电源端子应采用带熔段器的端子。屏体两侧配有电缆走线槽。

每面屏及其上的设备都有标签框，以便可以清楚地识别。

屏体内有横向和竖向导线槽，所有设备安装的位置方便外部电缆从柜的底部进入。

屏体的外部尺寸满足(2260mm高×800mm宽×600mm深)，颜色按用户提供色标确定。防护等级为IP50。

3.4  平台软件系统

电池储能系统数据管理与状态监测平台软件由系统软件、支撑软件、应用软件组成。

1）系统软件

包括LINUX操作系统、MYSQL数据库软件、C++编译系统、QT开发工具

2）支撑软件

支撑软件是应用软件的支撑平台，包括：

·系统配置管理

·实时、历史数据库管理系统

·图型引擎

·CIM 模型、电网组态软件

·人机界面管理

·权限管理

·实时数据采集与处理

·告警管理

·事件顺序记录（SOE）

·多数据源处理

·算术与逻辑计算

·历史数据计算与处理

·报表数据统计

3）应用软件

应用软件按功能模块划分为：

·PCS与平台的接口模块

·BMS与平台的接口模块

·环境监控等与平台的接口模块

·数据库管理平台

·人机界面及建模功能

·高级可视化功能

·储能电池管理功能

4软件支撑平台

软件支撑平台，又称为分布式实时运行环境。包括分布式系统配置管理，实时、历史数据库管理，基于OpenGL的三维图形引擎，地理信息引擎、图形组态工具、脚本语言引擎、人机界面管理、数据可视化、系统运行监视、系统控制调节、权限管理、报表工具、通信管理、二次开发接口等功能。软件支撑平台具有完善的数据采集与监控（SCADA）功能，为应用软件提供了开发与运行的支撑环境.

软件平台的层次结构描述：

4.1全面采用开放的工业及国际标准作为基础

·整个系统采用开放式设计，能接入不同厂家的不同设备。

·硬件平台：支持多种基于RISC技术的服务器和工作站如：ALPHA系列、SUN系列、IBM、

HP或Intel系列PC等。

·操作系统：POSIX/UNIX，LINUX或Windows NT操作系统。

·语言：C、C++等。

·网络：采用分流/冗余的双网机制，遵循ISO-OSI七层网络参考模型、TCP/IP、X.25等。

·数据库: 关系型/SQL/CLIENT-SERVER体系结构, 如Mysql。

·图形人机接口：X-WINDOW系统；OSI/MOTIF，Windows。

·图形标准：OpenGL跨平台三维图形标准

4.2实时、历史数据库管理系统

数据库子系统由两部分组成，其中一部分是商用关系数据库。另一部分是基于内存的实时数据库。实时数据库是一种宿主型的数据库，它依赖于商用关系数据库来保存信息，如数据库模式描述，数据库备份，数据断面的保存与恢复等。两种数据库协调运行，数据同步和并发访问由实时数据库负责管理。

1)历史数据库

·采用标准商用 ORACLE数据库系统。

·Client/Server 结构体系，提供方便的网络访问；

·安全的事务处理能力，当系统发生故障时，保证数据不丢失；

·触发器功能为保证相关数据的一致性带来便利；

·严密的双服务器一致性维护。

·快速大批量数据访问机制。

·透明的双冗余网访问支持。

·SQL/ODBC访问接口

2)实时数据库

·CLIENT/SERVER体系结构, 在分布式运行环境下，实现数据库全网共享

·严密的多服务器一致性。

·支持实时数据库的备份或镜象

·支持并发访问控制

·支持安全级别及用户权限管理

·提供C++ API访问接口。

·提供标准SQL访问机制。

3)数据库管理工具

提供两种方式的数据输入，人机交互方式和批量数据方式。用户输入的数据需经过有效性，相关性和一致性检查。合格的数据才能投入在线运行。提供管理界面，用于数据库的日常维护。除了以表格方式维护数据库外，还提供控制台SQL接口。

4)实时数据库和关系数据库的同步及安全机制

在商业关系数据库中存在实时数据库的实体备份，该实体备份与内存实时数据库有两种同步方式，即定时同步与立即同步。当实时数据库被意外破坏时，可立即用实体备份进行恢复，实现数据库的安全保护。实体备份库还提供了外部用户通过关系数据库访问实时系统的接口。

关系数据库与实时数据库均有主与备（分布在不同节点上），可快速实现主备切换，以保证系统安全性。

对数据库的修改，无论来自应用程序的访问，还是来自任何节点的交互式访问修改，系统均自动维护主数据库和备用数据库的一致性。

4.3实时数据库访问接口（实时软总线）

    共有三种方式实现对网络分布式实时数据库的透明访问：

1)点对点方式：

在服务器一端有守候线程，专门负责与客户进行通讯。每一次客户访问请求得到服务器一次应答。服务器一端采用多线程机制，可同时响应多个用户的并发访问。

2)订阅/分发方式：

如果客户需要周期性地访问实时数据库，可采用订阅/分发方式。就象订阅杂志的过程一样。客户预先访问服务器一次，登记所需信息的类型及时间周期，随后服务器就会周期性地将信息送给客户，直到客户提出终止。这种访问方式为实时库访问节省了大量重复的访问请求，有效地降低了网络负载，特别适合于多窗口多画面客户。

3)实时SQL/ODBC方式

提供SQL/ODBC子集，支持标准开放的实时库访问。此种服务适用于必须使用标准接口的人机交互或程序访问客户，以及需要较为灵活的检索查询的访问需求。SQL/ODBC接口为第三方开发工具如VB，VC，DELPHI，JAVA等提供了统一的访问方式。

4.4 分布式系统配置与管理

在复杂的分布式系统中，需要有效的手段管理系统中的硬件及软件对象，监视整个系统的运行状态，检测硬件和软件故障，以及在故障情况下通过自动或人工重新构造系统配置，以达到高效可靠运行的目的。

主要包括以下功能：

·分布式系统配置管理

·分布式系统监视与控制

网络节点的配置

    网络新增加一个节点时，首先对节点属性进行配置，然后通过将网络配置发送到正在运行的节点上，从而使网络按照新的配置运行。

运行监视和控制

    系统服务器负责监视网络各节点的状态、控制信息传输。 任何网络节点启动后，首先向系统服务器传送登录信息，报告其正在启动。服务器则向其发送当前的系统配置及状态。登录完成后，网络节点则按照预先设定的时间间隔向服务器发送平安报文，服务器则向其发送各节点的状态。当服务器发现网路节点发生故障时，则进行重新组态，将发生故障的节点从系统中剔除，从而保证系统的正常运行。当主服务器发生故障时，则由备用服务器接管网络的监控任务。对于系统的异常形成事项报警。

    各网络节点由于其完成的功能不同，运行的任务进程也各不相同。为了对系统任务进程的运行进行监视，系统开发了一套进程管理系统，对系统中各网络节点中运行的进程进行监视与控制。该管理系统包括以下功能：