1. 清安儲能業(yè)務(wù)場景
清安儲能技術(shù)（重慶）有限公司（以下簡稱清安儲能）總部位于西部（重慶）科學城，是專業(yè)從事能源存儲與智慧管理的新能源科技型企業(yè)，也是重慶首家聚焦儲能系統(tǒng)安全集成的領(lǐng)軍企業(yè)。清安儲能由首席科學家歐陽明高院士團隊孵化，具有國際一流的研發(fā)隊伍，現(xiàn)已實現(xiàn)儲能系統(tǒng)關(guān)鍵核心部件及集成系統(tǒng)的自研和制造，并面向“源-網(wǎng)-荷”全場景需求，深耕電池系統(tǒng)安全、電力電子、分布式發(fā)電及能源管理等領(lǐng)域，致力于為大電網(wǎng)、新能源電廠、工商企業(yè)、工業(yè)園區(qū)以及家庭用戶等提供儲能系統(tǒng)解決方案與綜合能源技術(shù)服務(wù)。
為幫助用戶實現(xiàn)對儲能系統(tǒng)及能源系統(tǒng)的全面監(jiān)控、調(diào)度與管理，清安儲能核心研發(fā)團隊構(gòu)建了 PC 端和 APP 端的儲能云平臺。儲能云平臺運用數(shù)字孿生技術(shù)，將儲能場景狀態(tài)保真還原，達到能源管理定制化，并從能源管理維度對儲能設(shè)備、光伏設(shè)備等進行遠程監(jiān)控告警和精準運維，為用戶提供一系列可定制的云平臺解決方案。而儲能云平臺主要管理各類能源設(shè)備上報的時序數(shù)據(jù)，為實現(xiàn)儲能云平臺的性能高穩(wěn)定性與處理高實時性，清安儲能需要尋求對于能源領(lǐng)域時序數(shù)據(jù)更優(yōu)的寫入、存儲、查詢、分析方案。
基于 IoTDB 時序數(shù)據(jù)庫自身的先進特性，清安儲能選擇使用 IoTDB 作為儲能云平臺時序數(shù)據(jù)接入、存儲、查詢的核心組件，有效支持多個核心查詢場景的低延遲查詢返回，并實現(xiàn)高速寫入性能與超高壓縮比，能夠滿足不斷增長的海量時序數(shù)據(jù)管理業(yè)務(wù)需求。
2. 業(yè)務(wù)需求痛點
2.1 單設(shè)備最高數(shù)十萬測點
清安儲能目前需要管理儲能設(shè)備共計 50 余臺，記錄溫度、電壓、電流等電池數(shù)據(jù)，并預(yù)計在一年中實現(xiàn)設(shè)備量翻倍。因儲能設(shè)備運行狀態(tài)需進行全方位監(jiān)測，單設(shè)備數(shù)據(jù)量很大，最高測點數(shù)可達到幾十萬，以 5 秒為頻次進行實時上報。隨著未來可預(yù)見的數(shù)據(jù)量增長，清安儲能對于時序數(shù)據(jù)庫的實時數(shù)據(jù)寫入及海量數(shù)據(jù)壓縮能力均要求較高。
2.2 自動掛載困難
清安儲能的數(shù)據(jù)上報鏈路為主設(shè)備及多個子設(shè)備集成為大字段，進而進行傳輸上報。設(shè)備測點多且各個設(shè)備點位、字段存在差異，因此很難將上報數(shù)據(jù)抽取為固定模型。這就對于選型時序數(shù)據(jù)庫的掛載功能提出了挑戰(zhàn)，需要具備安全隔離，并唯一定位存儲設(shè)備、測點等層級的架構(gòu)，采取固定模型之外的其他方式，高效標記存儲設(shè)備和文件系統(tǒng)的位置。
2.3 復(fù)雜字段實時查詢
清安儲能能源設(shè)備目前上報的字段數(shù)眾多，經(jīng)常需要在查詢中涉及多個字段或多層路徑，并實現(xiàn)儲能云平臺各類監(jiān)控場景的實時數(shù)據(jù)反饋，因此對時序數(shù)據(jù)庫的查詢實時返回性能有較高的要求。同時，對于包含多個關(guān)鍵詞的復(fù)雜查詢，清安儲能還希望時序數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)針對此類查詢的語句優(yōu)化，以節(jié)省查詢語句編寫所需時間。
3. 選型 IoTDB 原因
3.1 樹狀架構(gòu)方便自動掛載
IoTDB 的底層時序數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)采用物聯(lián)網(wǎng)專屬的樹形結(jié)構(gòu)管理，并支持設(shè)備模板化管理、序列標簽、元數(shù)據(jù)自動識別與生成等便捷的數(shù)據(jù)與模型管理功能。針對清安儲能不同設(shè)備點位、字段的差異現(xiàn)狀，IoTDB 的樹形結(jié)構(gòu)并不需要將數(shù)據(jù)抽取為固定模型，即可將數(shù)據(jù)以工廠、設(shè)備等設(shè)備進行分類，方便進行自動掛載的同時也可唯一確定 IoTDB 中存儲的時序數(shù)據(jù)，方便精細查詢。
3.2 千萬點每秒寫入，10 倍無損壓縮比
IoTDB 能夠?qū)崿F(xiàn)每秒千萬數(shù)據(jù)點寫入、處理多設(shè)備億級點位的能力，且寫入速率不隨數(shù)據(jù)量增長而下降，能夠滿足清安儲能單設(shè)備數(shù)據(jù)量大、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)體量持續(xù)增長的數(shù)據(jù)接入需求。同時，IoTDB 獨創(chuàng)針對時間序列優(yōu)化的列式文件存儲格式 TsFile，支持多種高效編碼、壓縮方法，可以達到 10X 倍無損壓縮比，有效降低時序數(shù)據(jù)存儲成本。
3.3 豐富的低延遲查詢功能
IoTDB 通過預(yù)聚合和時序索引支持快速數(shù)據(jù)過濾、最新值查詢、聚合查詢、降采樣查詢等典型時序數(shù)據(jù)查詢種類，使篩選后的數(shù)據(jù)以更小的數(shù)據(jù)量，達到更快的查詢速度，且不影響查詢者的輸出需求，達到 TB 數(shù)據(jù)毫秒級響應(yīng)。并且，IoTDB 可用 * 號做為通配符，針對設(shè)備字段多的復(fù)雜時序數(shù)據(jù)查詢場景，能夠在日常業(yè)務(wù)場景中進行更方便地查詢。
3.4 積極更新版本，運維無憂
清安儲能在選型調(diào)研時了解到，IoTDB 研發(fā)團隊由多位數(shù)據(jù)庫核心技術(shù)科學家和工業(yè)資深專家組成，并在開源社區(qū)持續(xù)更新版本功能，相關(guān)技術(shù)文檔較為清晰，清安儲能認為 IoTDB 團隊可以保障數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品落地的運維、管理工作的高效可靠。
4. 解決方案架構(gòu)
清安儲能構(gòu)建的儲能云平臺目前全部部署于云上環(huán)境，將儲能設(shè)備、TCP/UDP 設(shè)備及三方平臺上報的主設(shè)備及多個子設(shè)備集成的大字段數(shù)據(jù)，通過 MQTT 等協(xié)議壓縮上云后，在設(shè)備接入層進行解壓，并將不同協(xié)議數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一數(shù)據(jù)格式。轉(zhuǎn)換完成后，按照單個線程一次性寫入 20 萬+測點為單位，進行批處理打包，傳輸至云上部署的 IoTDB 進行數(shù)據(jù)存儲。同時，儲能云平臺基于 IoTDB 與其他組件，也支持數(shù)據(jù)清洗、數(shù)據(jù)緩存、數(shù)據(jù)訂閱、任務(wù)調(diào)度等數(shù)據(jù)處理功能，并可支持異步隊列應(yīng)對耗時較長的任務(wù)。
業(yè)務(wù)層，清安儲能針對儲能云平臺構(gòu)建了專屬監(jiān)控平臺，以將不同廠區(qū)設(shè)備運行情況（告警、異常等）進行實時反饋，并依托云端進行處理。運用 IoTDB 的豐富查詢功能，可以達到應(yīng)用服務(wù)實時最新值查詢、時間聚合統(tǒng)計查詢、關(guān)鍵部件運行狀態(tài)查詢等場景的毫秒級響應(yīng)，也可以靈活定義按分鐘/秒/小時等不同區(qū)間進行時序數(shù)據(jù)聚合，并支持接入 Java、Python 等多語言客戶端進行算法分析。IoTDB 的查詢性能可使監(jiān)控平臺達到實時數(shù)據(jù)可視化查詢，并進一步支撐用戶依據(jù)數(shù)據(jù)結(jié)果進行價值效益計算、控制下發(fā)等操作。
目前，清安儲能使用 IoTDB V0.13 單機版半年以上，運行效果穩(wěn)定，單機服務(wù)器配置為 8H64G，硬盤目前在 2T 以上。IoTDB 目前可以穩(wěn)定達到毫秒級數(shù)據(jù)寫入與業(yè)務(wù)常用查詢場景毫秒級相應(yīng)，歷史數(shù)據(jù)目前一直進行存儲，平均壓縮比達到 90.375，后續(xù)數(shù)據(jù)量增長后將考慮數(shù)據(jù)遷移與分級存儲實現(xiàn)。
5. 查詢應(yīng)用場景
5.1 IoTDB Client 客戶端查詢
場景一 監(jiān)控運行狀態(tài)查詢
清安儲能在 IoTDB 客戶端查詢各部件不同時間段的最新數(shù)據(jù)，以此實現(xiàn)數(shù)據(jù)實時監(jiān)控，方便運維人員隨時掌控各關(guān)鍵部件實時運行狀態(tài)。
查詢語句及耗時見下：
場景二 數(shù)據(jù)統(tǒng)計趨勢查詢
清安儲能在 IoTDB 客戶端通過查詢進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計，實現(xiàn)對儲能系統(tǒng)運行趨勢，關(guān)鍵部件傳感器數(shù)值變動趨勢的分析展示。例如，監(jiān)測電池 SOC 24小時/7天內(nèi)變化趨勢、充放電功率變化趨勢，用以掌握儲能每日充放電時間范圍，功率變動的情況。
查詢語句及耗時見下：
5.2 應(yīng)用服務(wù)端內(nèi)部查詢
同時，清安儲能也通過 IoTDB 在應(yīng)用服務(wù)端進行監(jiān)控運行狀態(tài)查詢與數(shù)據(jù)統(tǒng)計趨勢查詢。
查詢語句及耗時見下：
通過以上的查詢類型語句返回的結(jié)果耗時可以看出，IoTDB 在客戶端與服務(wù)端均可支持清安儲能最常用的查詢場景，并穩(wěn)定實現(xiàn)毫秒級返回數(shù)據(jù)。
6. 未來展望
目前，IoTDB 已協(xié)助清安儲能在其研發(fā)的儲能云平臺構(gòu)建了穩(wěn)定、高效的時序數(shù)據(jù)管理方案。針對未來不斷增大的時序數(shù)據(jù)體量，清安儲能表示未來將考慮升級至 IoTDB 集群版本。IoTDB 團隊將和清安儲能繼續(xù)深度合作，協(xié)助打造專屬適配清安儲能運行狀態(tài)的 IoTDB 數(shù)據(jù)實時遷移方案，在不停止運行程序影響產(chǎn)能的情況下，完成單機版向企業(yè)版的數(shù)據(jù)高速導入與架構(gòu)無縫切換，以幫助清安儲能實現(xiàn)對更龐大時序數(shù)據(jù)量的靈活、便捷、高效能管理。
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