中國儲能網(wǎng)訊：實現(xiàn)“雙碳”目標，建設(shè)以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)已成為共識。由于新能源發(fā)電的波動性和隨機性，原來的“源隨荷動”模式不再適用，必須依靠儲能等措施，實現(xiàn)“源網(wǎng)荷儲”的協(xié)調(diào)互動，以保證電力供需的動態(tài)平衡。
在各種新型儲能技術(shù)中，電化學儲能由于具備良好的實時調(diào)節(jié)性能和較高的能量密度，成為了中短期內(nèi)主流儲能技術(shù)，其中鋰電池儲能由于具有高功率密度、長循環(huán)壽命和無記憶效應等特點而成為技術(shù)主流。
對鋰電池儲能電站而言，安全、循環(huán)壽命和成本控制的關(guān)鍵在于能否提供準確實時的電池狀態(tài)估計信息和便捷高效的控制方法，尤其是前者。儲能電站需要成組的鋰離子電池作為驅(qū)動力，鋰離子電池的不一致性決定了電池組性能要低于單體電池的性能。在運行過程中，常見的問題是電池狀態(tài)的估計不準，進而導致均衡控制失誤，這逐步放大了成組電池的不一致性，降低了電池的循環(huán)壽命和使用效率，嚴重時會引起起火爆炸的事故。
由于復雜的物理化學變化，電池狀態(tài)的估計問題是典型的非線性時變系統(tǒng)問題，儲能基礎(chǔ)系統(tǒng)的估計精度較差，同時在易用性上也有較多不足，難以滿足鋰電池儲能電站的發(fā)展需求。
而智能運維系統(tǒng)則能較好地滿足這一需求。該系統(tǒng)是一種基于數(shù)字模型和數(shù)據(jù)驅(qū)動的儲能增值業(yè)務系統(tǒng)，它結(jié)合人工智能、數(shù)字孿生等新技術(shù)，可以通過建立儲能電站的數(shù)字模型，實現(xiàn)對電站電池和系統(tǒng)設(shè)備運行狀態(tài)的實時監(jiān)測、數(shù)據(jù)分析和預測預警等功能，并提供動態(tài)三維展示，以便于實現(xiàn)電池的高效精準控制，為最終提升安全性和電池循環(huán)壽命、降低全壽命周期的成本提供了條件。
鋰電池儲能電站智能運維系統(tǒng)有哪些關(guān)鍵技術(shù)？
鋰電池儲能電站智能運維系統(tǒng)的建設(shè)需要多方面技術(shù)的融合，其中最為關(guān)鍵的技術(shù)有：高精度電池狀態(tài)估計算法和高性能計算技術(shù)、三維數(shù)字孿生技術(shù)、微服務和組件化代碼開發(fā)技術(shù)、高可靠組網(wǎng)通訊技術(shù)、電池管理專家?guī)旒夹g(shù)。
高精度電池狀態(tài)估計算法和高性能計算技術(shù)
電池狀態(tài)估計是實現(xiàn)精準管控的基礎(chǔ)，是保持電池一致性、提升運行效率和循環(huán)壽命、提升安全性的最關(guān)鍵因素。
電池狀態(tài)估計算法利用全維度特征提取技術(shù)和層次化識別方法，實現(xiàn)非介入式建模，開展全方位電池模型畫像分析，有效提高電池荷電狀態(tài)估計精準性，降低荷電狀態(tài)不確定性，通過對出力最優(yōu)化配置，實現(xiàn)規(guī)范性控制。
具體來看，運行中電池狀態(tài)包括電池荷電狀態(tài)（SOC）、電池剩余能量狀態(tài)(SOE)、電池健康狀態(tài)（SOH）等，以電池荷電狀態(tài)（SOC）估計為根本，其他狀態(tài)估計可依托于SOC估計展開。
對SOC估計而言，目前的主要研究方法分為傳統(tǒng)開環(huán)估計、基于電路模型的方法、基于電化學模型的方法和數(shù)據(jù)驅(qū)動的方法四類，各類方法應用情況不同：傳統(tǒng)開環(huán)估計算法簡單，但精度不足，一般較少應用；電化學模型過于復雜，不具備實用性，目前還未見商業(yè)應用；電路模型的方法精度和復雜度適中，是目前商用產(chǎn)品的主流技術(shù)，但仍存有精度不足的缺點；數(shù)據(jù)驅(qū)動的方法具備較強的潛力，是目前研究的熱點。
智能運維系統(tǒng)采用數(shù)據(jù)驅(qū)動與電路模型融合的算法，結(jié)合深度學習強大的擬合能力和電路模型較強的狀態(tài)空間抽象能力，提升電池狀態(tài)估計精度和穩(wěn)健性。
然而，電池智能狀態(tài)估計高精度算法同時帶來了高算力消耗和長時耗，基于全壽命周期公開數(shù)據(jù)集的測試結(jié)果驗證了這一點，因此，提升計算效率和實時性是應用高精度算法的關(guān)鍵。
智能運維系統(tǒng)采用高性能計算的主流技術(shù)是并行計算和分布式計算，以提升計算性能。并行計算用于高精度算法訓練，分布式計算用于高精度算法的測試、輸出狀態(tài)估計結(jié)果。
數(shù)字孿生技術(shù)
數(shù)字孿生技術(shù)是智能運維系統(tǒng)的另一項關(guān)鍵技術(shù)，通過建立儲能電站的三維數(shù)字模型，可以實現(xiàn)對電站設(shè)備和運行狀態(tài)的實時監(jiān)測、數(shù)據(jù)分析和預測預警等功能。三維數(shù)字孿生技術(shù)可以將儲能電站的設(shè)備、管道、電纜等各個元素進行三維建模，實現(xiàn)對電站的全面可視化和實時數(shù)據(jù)監(jiān)測，從而為運營決策提供準確可靠的數(shù)據(jù)支持。
微服務和低代碼開發(fā)技術(shù)
微服務和低代碼開發(fā)技術(shù)也是智能運維系統(tǒng)的重要支撐技術(shù)。通過微服務架構(gòu)，可以將數(shù)字孿生平臺拆分成多個獨立的服務模塊，從而實現(xiàn)模塊化、可擴展和快速開發(fā)的目的。低代碼開發(fā)技術(shù)可以讓運維人員通過簡單的圖形化界面和少量的編碼，快速搭建和部署數(shù)字孿生平臺，從而大大提高平臺的開發(fā)效率和靈活性。
高可靠通信技術(shù)
高可靠的通信技術(shù)也是智能運維系統(tǒng)的重要支撐技術(shù)。儲能電站智能運維系統(tǒng)需要對各種設(shè)備和運行參數(shù)進行實時監(jiān)測和分析，因此需要具備高可靠的通信技術(shù)。高可靠通信技術(shù)可以確保數(shù)據(jù)在傳輸過程中的完整性、實時性和安全性，從而保證智能運維系統(tǒng)的正常運行和數(shù)據(jù)準確性。
高可靠通信技術(shù)采用設(shè)備、組網(wǎng)、協(xié)議等多方面設(shè)計，實現(xiàn)業(yè)務QOS保障以及端到端的毫秒級保護，并利用軟件定義網(wǎng)絡（SDN）與智能運維平臺的分布式計算業(yè)務進行聯(lián)合優(yōu)化，以提升網(wǎng)絡和計算資源的利用效率。
電池管理專家?guī)旒夹g(shù)
電池管理專家?guī)旒夹g(shù)也是智能運維系統(tǒng)的重要支撐技術(shù)。電池管理專家?guī)焓欠e累運維經(jīng)驗、優(yōu)化運維策略、持續(xù)提升運營效率的重要技術(shù)。專家?guī)斓慕ㄔO(shè)需要將非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)以高效結(jié)構(gòu)化的方式組織，儲能電站智能運維系統(tǒng)通過圖譜的方式將運維輸入的非結(jié)構(gòu)化經(jīng)驗數(shù)據(jù)進行有效的組織，并通過圖神經(jīng)網(wǎng)絡進行模式識別和數(shù)據(jù)挖掘，有效提高了運維數(shù)據(jù)資產(chǎn)的利用效率。
鋰電池儲能電站智能運維系統(tǒng)的主要功能模塊
鋰電池儲能電站智能運維系統(tǒng)功能模塊包括三維用戶駕駛艙、智能監(jiān)視、智能巡視、智能安全、智能操作、智能分析等。
鋰電池儲能電站智能運維系統(tǒng)的未來展望
相比于傳統(tǒng)的電力設(shè)施數(shù)字化業(yè)務需求，鋰電池儲能電站智能運維系統(tǒng)在電池狀態(tài)估計業(yè)務上的需求更為強烈，因為它對整站效率的提升有基礎(chǔ)性作用。準確可靠的電池狀態(tài)估計主要依賴于算法，高精度算法帶來的高算力消耗和長時耗，又引發(fā)了對高性能計算及高可靠通信網(wǎng)絡技術(shù)的需求。同時，作為新興事物，智能運維系統(tǒng)的需求多且變化快，微服務和組件化的低代碼開發(fā)模式可以低成本快速地應對需求變化，運維專家?guī)斓慕ㄔO(shè)則可以快速整合新的運維經(jīng)驗數(shù)據(jù)，優(yōu)化運維策略，提升運維效率。
鋰電池儲能作為新型電力系統(tǒng)建設(shè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)的主流技術(shù)之一，其市場正在飛速發(fā)展，終局規(guī)?？善?。由于電芯數(shù)量大，它的智能運維顯得尤為必要，鋰電池儲能電站智能運維系統(tǒng)具有廣闊的應用前景。
作者為中國能源建設(shè)集團廣東省電力設(shè)計研究院有限公司儲能技術(shù)中心工程師。
