時序數據庫 IoTDB 賦能上海電氣國軒智慧儲能運營云平臺建設

: 電力網; 2024-05-10; 來源：咸寧新聞網; 瀏覽：

　　1. 應用背景

　　上海電氣國軒新能源科技有限公司(以下簡稱“上海電氣國軒”)長期致力于電化學儲能業務的技術研發、工程應用和市場開拓，實現從電芯到儲能系統的全產業鏈覆蓋，能夠為新能源+儲能、調峰調頻、電網側儲能、工商業儲能應用等提供一站式系統解決方案。其儲能系統已進入全國 18 個省、市、自治區，已完成電源側、電網側、用戶側全場景應用布局。

　　圍繞"一芯3S"(電芯、BMS、EMS、PCS)核心產品鏈，上海電氣國軒構建了儲能核心競爭力，其中"上海電氣智慧儲能運營云平臺"為關鍵組成部分。

　　上海電氣智慧儲能運營云平臺旨在運用物聯網、大數據、機器學習等前沿數字化技術，提供對儲能單元的狀態感知、邊緣協同管理、儲能運行可靠性評估及儲能系統運維策略等方面能力，構建滿足儲能智慧運營和智慧運維相結合的場景化解決方案。

　　該平臺的建設存在兩大難點：面向大規模儲能場景的海量時序數據接入，以及多終端、多環境的云邊協同。上海電氣國軒通過選擇 IoTDB 作為智慧儲能運營云平臺中，負責時序數據存儲、查詢、分析、傳輸的核心組件，實現了高通量寫入、高壓縮比、高實時查詢返回，并建立了高擴展、高靈活度的數據模型與協同同步方案。

　　2. 應用痛點

　　大規模儲能電站場景的時序數據管理，往往面臨數據寫入、存儲、查詢等性能挑戰，并需要減少系統架構復雜度，降低系統維護成本，提高系統可靠性。具體來看：

　　數據量大，采集頻率高

　　以 200 MWh 規模的儲能電站為例，其一般包括幾十臺集裝箱，共約百萬個測點，以秒級頻率進行采集，年數據量達到 TB 級別。而以集裝箱為例，目前上海電氣國軒系統已接入 1 GWh 容量、約 400 臺設備，每臺設備測點在 6000～8000 個左右，每個測點平均 15～30 秒更新一次數據。海量的時序數據增加了存儲和計算資源的壓力，超高的采集頻率也對物聯網終端設備的性能和穩定性提出了更高的要求。

　　數據的無序性

　　通常而言，采集數據多為連續數據流形式，從不同的外部數據源持續生成。但在工業互聯網常見的端、邊、云數據傳輸場景中，由于網絡和安全策略等原因，往往無法控制這些數據流到達的順序和產生的速率。數據流可以看作一個帶有時間戳的、無限增長的結構化日志模型，它的流向是不可變的，一般不支持更新操作。所以大規模儲能電站場景中，如何更好地接入、存儲這些無序數據并實現協同部署，是一大挑戰。

　　寫入和查詢性能要求

　　儲能測點基數大，并采用及時變位存儲，導致存儲數據量巨大。如果數據庫不能及時寫入，系統設計的復雜度會隨之提高。

　　同時，對于 TB 級別以上的數據量，傳統的大數據手段可以做到非實時查詢分析，但對時序數據最重要的實時查詢場景，傳統大數據手段可能無法滿足性能要求。

　　此外，采集系統上傳的原始數據一般無法滿足業務需要，這些離散的原始數據需要進一步加工、處理、分析，而在此過程中依然需要保證寫入性能，因此對系統的并發能力提出了要求。

　　靈活的數據模型要求

　　對于查詢、處理過的更高重要性的數據，上海電氣國軒希望將其直接加入到數據模型中，從而不斷地完善擴展現有模型，因此需要數據庫支持的數據模型具備高擴展性與靈活性。

　　并且，智慧儲能運營云平臺的設計初衷并非只滿足儲能系統數字化的需要，同時也希望滿足風、光、充等新能源系統集成和其他類型系統的需要，因此需要針對各個行業實現靈活建模，并能夠在開發過程靈活擴展。

　　3. 選擇 IoTDB 原因

　　上海電氣國軒之所以選擇 IoTDB 作為智慧儲能運營云平臺中的時序數據管理核心組件，主要因為 IoTDB 有以下幾點特性：

　　物聯網原生

　　IoTDB 立足物聯網/工業物聯網業務場景，針對工業場景時序數據管理中數據通量高、數據模式弱、兩節點高可用等典型需求，自主研發了 IoT/IIoT 全場景工具，能夠提供低理解成本、高應用效能的完整解決方案。上海電氣國軒對于 IoTDB 為工業業務場景量身研發的數據模型、功能、工具等成果十分認可。

　　穩定的寫入支持

　　IoTDB 具備強大的海量時序數據寫入能力，列式寫入模式支持毫秒級接入，能夠滿足海量時序數據上報需求。在上海電氣國軒實際應用中，以 200 MWH 容量電站的數據采集為例，總數 40 萬測點中如同時有 20 萬測點更新寫入 IoTDB，經實踐單機版寫入毫無壓力并保持運行穩定。

　　優異的數據壓縮比

　　在存儲壓縮性能方面，IoTDB 結合自研的時序數據標準文件格式 TsFile，其中列式存儲、編碼算法、分段摘要信息、文件級索引等架構，能夠使數據壓縮比獲得明顯提升。

　　上海電氣國軒將過去其他數據庫約 3T 的數據遷移到 IoTDB 上，只占用約 100G 空間，大幅減少了資源占用與成本。目前上海電氣國軒萬億量級的數據，只占用 800GB 存儲空間。對于 200 MWH 容量電站，單站部署機器要求的磁盤容量配置也相應大大降低，只需 2～8T 便可滿足 5 年以上數據的存儲要求。

　　優雅的存儲模型

　　傳統時序數據模型需要通過 Table 進行管理，雖然能夠實現測點的添加，但從概念上不免受到 Table 結構的約束，需要開發人員學習特定創建或修改的語句等，學習和記憶的成本均較高。

　　IoTDB 采用樹形時序數據模型，能夠直觀地與工業場景中的工廠、設備、測點/傳感器等層級進行對應。對于需要新增或變更的設備，IoTDB 也能夠做到自動化同步，有效降低時序數據管理與運維成本的同時，也方便了模型的擴展，能夠達到億級時序數據的管理規模。

　　上海電氣國軒基于 IoTDB 構建的時序數據模型

　　4. 應用架構及效果

　　上海電氣國軒打造的上海電氣智慧儲能運營云平臺，依托 IoTDB 以及大數據分析、智慧云平臺等能源數字化技術，構建了儲能系統的“端-邊-云”協同系統，實現儲能電站和設備的全面感知、實時監控、數據追溯、智能診斷以及儲能系統的全生命周期管理，有效提升電站和設備的運行壽命以及經濟性收益。

　　該平臺可滿足端-邊-云業務場景下的所有業務需要，包含邊緣側數據接入、邊緣側數據處理、云側數據接入、云端多級數據處理、數據管理等處理全鏈路，實現數據采集、邊緣數據轉發、數據存儲、數據模型管理、可視化監測、決策分析等功能模塊。

　　儲能工業場景產生的數據從智能設備層上報，通過數據接入層的多類協議進行采集，傳輸進入數據存儲層的各類數據庫中，以供數據服務層的多類處理、分析功能進行調用、查詢，最終服務業務層的數據可視化、告警檢測、業務決策等方向。

　　在整個系統時序數據鏈路層，上海電氣國軒借助 IoTDB 優勢，將 IoTDB 應用至數據采集、數據存儲、數據傳輸、數據分析等各個方面，用以管理電池電芯、儲能電池簇、集裝箱儲能系統、5G 通信基站備用電源、UPS 備用電源等多類儲能設備監測數據。

　　基于統一的、可插拔的文件格式 TsFile，上海電氣國軒實現跨網閘文件同步，場站端側向云側數據上傳，方便、靈活地協同傳輸需求。

　　借助 IoTDB 本身具備的高讀寫能力、高壓縮能力、時序場景實時查詢能力等，上海電氣國軒可有效利用時序數據，支持分析電池利用率、使用壽命等業務服務。

　　不僅如此，上海電氣國軒也對原有系統完成了重新設計和定義。依托 IoTDB，上海電氣國軒全面設計和規范化模型，使其靈活支持業務的變化;在 IoTDB 實現的高效寫入和壓縮性能基礎上，上海電氣國軒全面優化系統部件，如場端去掉消息隊列、Redis 等，從而大幅提升上海電氣智慧儲能運營云平臺對時序數據管理的效率。

　　目前，上海電氣智慧儲能運營云平臺接入測點約有 500 萬點以上，每個測點平均每 5～10 秒更新一次數據，總數據存儲量超過萬億條，并且隨著業務的發展，測點數量還在不斷增長中。

　　IoTDB 在功能、性能等方面的優勢，成功幫助上海電氣國軒系統從重服務蛻變為輕服務，有效降低開發難度，減輕系統運維壓力，架構設計得到質的提高，并減少了企業的存儲成本和計算成本。同時，IoTDB 優雅的樹狀結構模型也提升了服務接口之間的一致性。各方賦能下，上海電氣國軒系統性能得到質的提升，目前沒有發生劣化現象。