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2020 年，我国提出了「碳达峰、碳中和」的指标，开始鼎力投入风能和太阳能发电建设。依据能源局公布的数据，到 2022 年 8 月为止，风电和太阳能在全国电网的装机容量占比曾经超过 28%。
风电和太阳能发电具备随机性、间歇性和波动性的特点，这给电网调峰、运行管制和供电品质等带来微小挑战。通过储能调节风能和太阳能大规模入网给电网带来的冲击是一种重要的技术手段。
与此同时，其平安问题也日益凸显。通过现代化的技术保障储能零碎的平安经营成为储能零碎建设须要关注的一个重要议题。
储能系统安全保障技术现状
传统的储能零碎建设次要蕴含以下几个局部：
- BMS 电池管理系统：电池管理系统次要性能是治理及保护各个电池单元的充放电，避免电池呈现过充或者过放，缩短电池的使用寿命。电池管理系统单元由采集模组、管制模组和电池治理利用组成。采集模组次要采集电池模组和电池单体的电压、电流、温度等参数据数据；管制模组管制电池的充放电，电池治理利用治理电池的充放电和保护电池的充放电平安。
- PCS 储能变流器：储能变流器次要管制储能零碎的充电和放电过程，进行直交换的转换并依据功率指令管制变流器对电池进行充电或放电，实现对电网有功功率及无功功率的调节，是储能零碎充放电策略的执行单元。
- EMS 能源管理系统：能源管理系统全面采集了 BMS、PCS 和其余辅助管理系统的信息，技针电池储能零碎实现调控一体化能量治理，实现储能零碎实时监控、诊断预警、全景剖析、高级管制等性能，满足储能零碎监督全面化、平安剖析智能化、全景剖析动态化等需要，保障储能系统安全、牢靠、稳固地运行。
- 辅助零碎：储能辅助零碎蕴含空调零碎和消防系统，次要是保护储能零碎的运行在绝对平安的环境，并在呈现火灾时实现告警和灭火。
传统储能零碎个别是采纳固定的运行策略脱网运行的模式，随着智能微网和虚构电厂等利用的呈现，储能零碎须要联网并提供接口供智能调度零碎进行调度，这须要引入物联网的技术实现储能零碎的技术升级。电力生产零碎联网有严格的平安要求和标准，网络架构须要合乎电力生产零碎的平安标准，在物联网的根底上减少单向网闸穿透的性能成为必要。
此外，原有的 EMS 零碎虽具备肯定的剖析、告警性能，但其设计指标重点在整体的零碎的监控，零碎数据个别存储在结构化的数据库中，对大数据的存储和剖析反对的能力无限，拓展和整合其余技术的能力也比拟弱。要想实现储能零碎的模型优化、参数调优、提前预警、可预测保护等智能运维性能，须要引入大数据、人工智能、深度学习等技术，实现储能零碎物联网化降级。
云边协同储能可预测保护零碎计划
针对储能零碎物联网化和运维智能化的需要，EMQ 提供了云边协同可预测保护零碎的根底技术架构。通过低代码、可配置低形式实现储能零碎数据接入、边缘计算、数据汇聚、网闸穿透、数据存储和剖析，在边缘实现预测性保护算法，云端实现算法、模型、参数的优化，并通过边缘计算提供的流计算框架更新参数到边缘计算预测模型，从而实现云边协同的可预测保护零碎。
毫秒级高频数据采集
储能零碎的数据采集须要基于传统的 EMS 零碎实现，EMS 零碎曾经反对 BMS、PCS 以及辅助零碎的数据采集，储能零碎的数据可通过 EMS 零碎获取残缺的数据。目前，EMS 能源管理系统个别能够对外提供传统工业协定数据接口，例如 Modbus/TCP、OPC-UA、IEC104 等。通过传统的工业协定接口采集超过 10000 点位数据，往往须要数秒的工夫，而储能零碎数据采集频率要求达到亚秒级。
EMQ 旗下边缘工业协定网关软件 Neuron 提供改良的 Modbus 协定，反对每 100 毫秒一次采集数千点位的数据，能够满足储能零碎数据高频的数据采集需要。
反对迭代流计算的边缘计算框架
储能零碎的可预测性保护是通过电池一致性、电池衰弱度、电池衰弱变动的趋势等参数预测电池的工作情况，其中蕴含通过电池的等效模型估算其电量和衰弱度状态的算法。目前 SoC 和 SoH 估算比拟罕用的算法是基于卡尔曼滤波器实现，而卡尔曼滤波器算法的外围是须要基于上一个时刻的状态估算后果和状态协方差矩阵，联合以后时刻的观测值更新状态协方差矩阵、计算滤波增益和预估值，计算 SoC/SoH 的估计值。此类算法要求在边缘计算框架中须要反对流数据的迭代算法。
开源的边缘流计算产品 eKuiper，反对流式计算结果保留在流中，满足下次计算对上次计算结果的调用。eKuiper 还反对流式数据依照不同的模式切片，并基于切片数据执行内置或者拓展的聚合计算算法，实现储能零碎状态的实时预测。
灵便的流数据汇聚
储能零碎数据汇聚零碎须要提供设施连贯和音讯的双向通信，保证数据采集和方向管制通道，数据汇聚服务除了提供连贯服务和音讯通道以外，还须要提供灵便的机制实现储能零碎数据长久化到数据库并转发数据到大数据分析系统。在理论的利用零碎中，还须要思考电力系统安全生产的须要，反对网闸并升高数据通过网闸的带宽。
企业级物联网 MQTT 接入平台 EMQX 可基于 MQTT 提供储能零碎的连贯和双向解耦的消息传递计划，并内置基于规定引擎之上的网闸穿透、数据编码、数据长久化和数据转发的性能，实现储能数据的汇聚和灵便利用。
内置网闸穿透
电力生产零碎的网络安全要求生产控制区、生产非控制区和生产管理区之间的网络通讯通过单向网闸设施保障网络安全。EMQX 内置了正向网闸穿透代理模块，通过配置能够启用此性能，实现储能数据通过规范的 MQTT 协定在不同的生产区之间传输。
流式数据存储和剖析
高频采集的储能数据是一种继续的零碎状态数据流，不同类型的数据须要通过不同的解决和剖析再长久化或者转发到其余的利用零碎和服务。
流解决数据库 HStreamDB 提供存储和剖析一体化的产品，实现储能流数据的实时去重、检测相邻数据的变动范畴、实时流剖析、剖析算法的拓展以及数据集成和存储等性能。
云边协同与治理
EMQ 提供云边协同一体化的计划实现储能零碎的云边协同可预测保护的计划，eKuiper 提供可拓展的边缘计算框架，通过迭代计算、数据流窗口化、插件式的函数、流式表等性能实现边缘预测算法及参数的更新；HStreamDB 提供脚本编程的形式实现云端数据的大数据分析，进行预测参数的一直优化；优化的参数能够通过 MQTT 协定更新到 eKuiper 流式表中；通过流式表，实时流数据能够合并更新后的参数，实现算法参数的更新，一直优化储能零碎的可预测保护模型。
穿透网闸的反向管制
可预测保护零碎的算法模型参数更新和控制指令等数据须要通过反向网闸发送到生产非控区，反向网闸提供文件转发的性能实现两个生产区之间通信。
EMQX 通过规定引擎提供十六进制数据和字符相互转换的性能，实现音讯数据文本化并可在穿透网闸后复原为音讯数据。具体实现形式为：在生产管理区，通过 eKuiper 文件动作插件把须要传输音讯的十六进制字符串写到反向网闸指定的目录；反向网闸主动传输指定目录下的文件到生产非控制区；在生产非控制区由文本读取服务获取由反向网闸传输过去的文件，并将文件中的十六进制字符串发送到 MQTT 音讯代理服务 EMQX 的指定主题，以此实现算法模型参数更新和控制指令下发等性能。
结语
通过 EMQ 云边一体化的计划，可实现数据高频率的数万点位采集，为边缘端赋予实时剖析和预测储能零碎运行状态的能力，使云端具备大数据分析能力。通过定时的执行策略，定期调整预测模型的参数，实现储能零碎云边协同一体化的可预测运维，助力新能源储能零碎的平安、高效经营。
版权申明：本文为 EMQ 原创，转载请注明出处。
原文链接：https://www.emqx.com/zh/blog/high-frequency-data-collection-and-real-time-stream-computing
