CN101895155B - 具有故障检测和自动重组功能的储能装置及重组方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供的是一种具有故障检测和自动重组功能的储能装置及重组方法。由m×n个结构相同的模块化储能单元、备用储能单元、第一输出母线、第二输出母线、第一重组母线、第二重组母线、中央处理器、人机对话装置、数据总线、控制总线组成具有故障检测和自动重组功能的储能装置。本发明是针对蓄电池组、超级电容器组等这些由大量储能元件单体通过串、并联构成的储能装置，消除由于个别储能元件单体损坏对整体装置运行带来的不利影响，进而提高储能装置的运行可靠性而提出的一种技术方案。

Description

具有故障检测和自动重组功能的储能装置及重组方法

技术领域

本发明涉及的是一种电气工程领域中的储能装置，特别是涉及到由多个模块化的储能单元通过特有的连接方式，构成的储能装置。

背景技术

随着储能技术的发展，储能装置被大量的应用于电力系统等工业场合，目前广泛使用的主要有蓄电池储能、超级电容器储能等储能装置。由于蓄电池和超级电容器等储能元件单体的电压较低、容量有限，在具体使用时需要大量的储能元件单体通过串、并联结构连接在一起，构成大容量、高电压的储能装置，例如蓄电池组或超级电容器组，进而满足负载对储能装置工作电压和容量的需求。但是，由于储能元件单体的性能无法做到完全一致，使用过程中即使储能装置工作在安全运行范围内，也会有某些储能元件单体由于其工作电压或电流过大而被损坏。这些与其他储能元件串、并联在一起的损坏的储能元件单体必然会影响储能装置的整体性能，甚至使其无法工作。这一问题的存在，降低了蓄电池组、超级电容器组等这类储能装置在实际使用中的运行可靠性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够消除个别储能元件单体损坏对整体装置运行带来的不利影响，提高储能装置的运行可靠性的具有故障检测和自动重组功能的储能装置。本发明的目的还在于提供一种基于具有故障检测和自动重组功能的储能装置的重组方法。

本发明的目的是这样实现的：

本发明的具有故障检测和自动重组功能的储能装置主要由m×n个结构相同的模块化储能单元、备用储能单元、第一输出母线、第二输出母线、第一重组母线、第二重组母线、中央处理器、人机对话装置、数据总线、控制总线构成；

单个模块化储能单元结构为：第一输出线O1与第一单刀双掷开关K1的动触点连接在一起，第一单刀双掷开关K1的常开触点引出第一重组连接线B1，第一单刀双掷开关K1的常闭触点与储能元件S1的一端接在一起，同时第一单刀双掷开关K1的常闭触点引出第一电压检测线A1，储能元件S1的另一端与第二单刀双掷开关K2的常闭触点一起，同时第二单刀双掷开关K2引出第二电压检测线A2，第二单刀双掷开关K2的常开触点引出第二重组连接线B2，第二单刀双掷开关K2的动触点与第二输出线O2接在一起；

备用储能单元结构为：备用储能元件SB1的两端分别与第一备用单刀双掷开关KB1和第二备用单刀双掷开关KB2的中间触点接在一起，第一备用单刀双掷开关KB1的中间触点引出第一备用电压检测线AB1，第一备用单刀双掷开关KB1的常开触点引出第一备用连接线BB1，第一备用单刀双掷开关KB1的常闭触点和第二备用单刀双掷开关KB2的常闭触点分别接至充放电电路C1的两端，第二备用单刀双掷开关KB2的常开触点引出第二备用连接线BB2，第二备用单刀双掷开关KB2的中间触点引出第二备用电压检测线AB2；

由m×n个储能单元排列成点阵结构，m、n为自然数，包含有n个结构完全相同的并联支路，即有n列并联支路，每一列中包含有m个储能单元，这m个储能单元通过各自的第一输出线O1和第二输出线O2首尾依次相连串接在一起，即有m行储能单元；每一列并联支路的连接方式完全相同且表述为：位于列首即第1行的储能单元的第一输出线O1连接至第一输出母线Bout1，位于列尾即第m行的储能单元的第二输出线O2连接至第二输出母线Bout2，每一个储能单元的第一电压检测线A1和第二电压检测线A2都连接至中央处理器CPU，每一个储能单元的第一重组连接线B1都连接至第一重组母线BS1，每一个储能单元的第二重组连接线B2都连接至第二重组母线BS2；备用储能单元的第一备用电压检测线AB1和第二备用电压检测线AB2接至中央处理器CPU，第一备用连接线BB1接至第一重组母线BS1，第二备用连接线BB2接至第二重组母线BS2，中央处理器CPU通过控制总线CBus与充放电电路C1连接在一起；中央处理器CPU通过数据总线DBus与人机对话装置MMCD连接在一起。

基于具有故障检测和自动重组功能的储能装置的重组方法为：由m×n个结构相同的模块化储能单元、备用储能单元、第一输出母线、第二输出母线、第一重组母线、第二重组母线、中央处理器、人机对话装置、数据总线、控制总线组成具有故障检测和自动重组功能的储能装置；

在正常工作时，所有储能单元中的单刀双掷开关都保持常闭触点闭合、常开触点断开状态，每一个支路即每一列中的储能元件依次串联，并且所有的支路都通过第一输出母线Bout1和第二输出母线Bout2并联在一起，所有储能元件与第一重组母线BS1和第二重组母线BS2之间没有电气联系；备用储能单元中的第一备用单刀双掷开关KB1和第二备用单刀双掷开关KB2也保持常闭触点闭合、常开触点断开状态，备用储能元件与输出母线Bout1、Bout2和重组母线BS1、BS2之间不存在电气联系；储能装置在运行过程中，利用外部的充、放电控制装置，所有的储能元件向外界提供能量或吸收外界的能量；在进行能量交换的充、放电过程中，每一个储能单元的储能元件两端的电压信号经过自身的电压检测线送至中央处理器CPU，中央处理器CPU对每一个储能单元传送来的电压信号进行处理和分析后，判断所有储能单元中的储能元件是否异常，如果发现某一个储能元件处于故障状态，则中央处理器CPU立即执行故障情况下的自动重组操作；自动重组操作分为以下几个步骤：

第一步，中央处理器CPU向故障储能单元发出动作指令，故障储能单元中的第一单刀双掷开关K1和第二单刀双掷开关K2动作使其常闭触点断开、常开触点闭合，实现故障储能元件与其他储能元件的电气隔离，故障储能元件所在支路处于开路状态，完成此操作步骤后，第一重组母线BS1和第二重组母线BS2被接入故障支路中；

第二步，中央处理器CPU通过控制总线CBus向备用储能单元发出充放电控制指令，控制备用储能单元中的充放电电路C1对备用储能元件SB1进行充电或放电，使备用储能元件SB1两端电压与其他正常工作的储能元件的两端电压相同；

第三步，中央处理器CPU向备用储能单元发出动作指令，控制备用储能单元中的第一备用单刀双掷开关KB1和第二备用单刀双掷开关KB2动作使其常闭触点断开、常开触点闭合，备用储能元件SB1的两端分别被接到第一重组母线BS1和第二重组母线BS2上；

第四步，中央处理器CPU通过数据总线DBus向人机对话装置MMCD发出故障报警指令，人机对话装置MMCD以声、光或字符的方式发出故障报警信号，并标明故障具体位置。

本发明的效果主要体现在：

(1)本发明提出的储能装置具有故障检测功能。由于每一个储能单元都将其内部的储能元件的两端电压通过两根电压检测线传递至中央处理器CPU，因此中央处理器CPU可以对每一个储能元件的工作状态进行监测，通过与其他储能元件工作状态进行比较、分析，从而判断出每一个储能元件是否发生故障。

(2)本发明提出的储能装置，在某一储能元件发生故障后，具有自动重组功能。当中央处理器CPU判断出具体某一储能元件发生故障后，立即执行自动重组操作，断开发生故障的储能元件与其他正常储能元件的电气联系，同时通过重组母线，利用备用储能元件代替故障储能元件，进而在不影响储能装置整体性能的前提下，确保储能装置的正常运行，有效提高了其运行的可靠性。

(3)在本发明提出的储能装置中，采用了模块化的储能单元结构，每一个储能单元内部都包含有一个储能元件，对外留有两根输出线、两根电压检测线、两根重组连接线，可以根据储能装置容量的大小和电压等级灵活调节储能单元的数目，且易于安装。

(4)在本发明提出的储能装置中，无论总的储能单元数目有多少，由于采用了特有的重组母线结构，只需两条重组母线和一个备用储能单元，就可以在任意一个储能单元的储能元件发生故障时，实现可靠的自动重组，因此具有总体结构简单，自动重组过程灵活的特点。

(5)在本发明提出的储能装置中，备用储能单元中包含有一个单独的充放电电路C1，在备用储能元件SB1替代故障储能元件投入使用之前，中央处理器CPU通过控制充放电电路C1，使得备用储能元件SB1的两端电压与其他正常工作的储能元件的两端电压相同，进而可以保护备用储能元件和其他正常储能元件在自动重组过程中，避免由于两端电压不等导致的损坏。

(6)在本发明提出的储能装置中，采用中央处理器CPU来完成故障检测和自动重组操作，由于目前作为中央处理器的单片机、DSP等器件的运算速度可达几十兆赫兹，且数据处理功能强大，因此本发明提出的储能装置具有故障识别率高、重组速度快等优点。

(7)本发明提出的储能装置在完成故障后的自动重组操作后，发生故障的储能元件与其他正常储能元件的电气联系被切断，为检修人员提供了一个安全的操作环境。

(8)本发明提出的储能装置具有人机对话功能，当发生故障时，人机对话装置MMCD可以通过语音、灯光、字符等信号提示操作人员注意，并标注出故障的准确位置；当操作人员完成检修并通过人机对话装置MMCD向中央处理器CPU发出故障修复信号后，中央处理器CPU执行自动恢复操作，最终使储能装置恢复到故障前的正常状态。

附图说明

图1模块化储能单元结构图。

图2备用储能单元结构图。

图3储能装置总体结构图。

图4自动重组操作后，备用储能元件替换故障储能元件后的接线示意图。

图5实施方式一中的一种继电器驱动电路。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

本发明提出的具有故障检测和自动重组功能的储能装置主要由多个结构相同的模块化储能单元、备用储能单元、第一输出母线、第二输出母线、第一重组母线、第二重组母线、中央处理器、人机对话装置、数据总线、控制总线等主要部分构成。

结合图1模块化储能单元结构为：第一输出线O1与第一单刀双掷开关K1的动触点连接在一起。第一单刀双掷开关K1的常开触点引出第一重组连接线B1，第一单刀双掷开关K1的常闭触点与储能元件S1的一端接在一起，同时第一单刀双掷开关K1的常闭触点引出第一电压检测线A1。储能元件S1的另一端与第二单刀双掷开关K2的常闭触点一起，同时引出第二电压检测线A2。第二单刀双掷开关K2的常开触点引出第二重组连接线B2，第二单刀双掷开关K2的动触点与第二输出线O2接在一起。

结合图2备用储能单元结构为：备用储能元件SB1的两端分别与第一备用单刀双掷开关KB1和第二备用单刀双掷开关KB2的中间触点接在一起。第一备用单刀双掷开关KB1的中间触点引出第一备用电压检测线AB1，第一备用单刀双掷开关KB1的常开触点引出第一备用连接线BB1，第一备用单刀双掷开关KB1的常闭触点和第二备用单刀双掷开关KB2的常闭触点分别接至充放电电路C1的两端。第二备用单刀双掷开关KB2的常开触点引出第二备用连接线BB2，第二备用单刀双掷开关KB2的中间触点引出第二备用电压检测线AB2。

结合图3具有故障检测和自动重组功能的储能装置总体结构为：包含有m行、n列m×n个储能单元，其中m的具体数值由以下公式计算得出：

n值的计算，根据储能元件性质的不同，需分别采用以下计算公式：

在由m×n个储能单元排列成的点阵结构中，包含有n个结构完全相同的并联支路，在每一个并联支路(即每一列)中包含有m个储能单元，这m个储能单元通过各自的两条输出线O1和O2首尾依次相连串接在一起，其中位于列首(即第1行)的储能单元的第一输出线O1连接至第一输出母线Bout1，其中位于列尾(即第m行)的储能单元的第二输出线O2连接至第二输出母线Bout2。每一个储能单元的电压检测线A1和A2都连接至中央处理器CPU。每一个储能单元的第一重组连接线B1都连接至第一重组母线BS1。每一个储能单元的第二重组连接线B2都连接至第二重组母线BS2。在图3中只具体给出了第1行第1列储能单元Unit11、第m行第1列储能单元Unitm1、第1行第n列储能单元Unit1n和第m行第n列储能单元Unitmn的具体接线，其他储能单元的接线以此类推。备用储能单元的第一备用电压检测线AB1和第二备用电压检测线AB2接至中央处理器CPU，第一备用连接线BB1接至第一重组母线BS1，第二备用连接线BB2接至第二重组母线BS2，中央处理器CPU通过控制总线CBus与充放电电路C1连接在一起。中央处理器CPU通过数据总线DBus与人机对话装置MMCD连接在一起。

本发明的储能装置在正常工作时，所有储能单元中的单刀双掷开关都保持常闭触点闭合、常开触点断开状态，这样每一个支路(即每一列)中的储能元件依次串联，并且所有的支路都通过第一输出母线Bout1和第二输出母线Bout2并联在一起，所有储能元件与第一重组母线BS1和第二重组母线BS2之间没有电气联系。备用储能单元中的开关KB1和KB2也保持常闭触点闭合、常开触点断开状态，备用储能元件与输出母线Bout1、Bout2和重组母线BS1、BS2之间不存在电气联系。储能装置在运行过程中，利用外部的充、放电控制装置，所有的储能元件都可以向外界提供能量或吸收外界的能量。在进行能量交换的充、放电过程中，每一个储能单元的储能元件两端的电压信号经过自身的电压检测线送至中央处理器CPU，中央处理器CPU对每一个储能单元传送来的电压信号进行处理和分析后，可以判断出所有储能单元中的储能元件是否异常，如果发现某一个储能元件处于故障状态，则中央处理器CPU立即执行故障情况下的自动重组操作。自动重组操作分为以下几个步骤：

第一步，中央处理器CPU向故障储能单元发出动作指令，故障储能单元中的第一单刀双掷开关K1和第二单刀双掷开关K2动作，动作后K1和K2的常闭触点断开，常开触点闭合，实现故障储能元件与其他储能元件的电气隔离，故障储能元件所在支路处于开路状态，这样既可避免同一支路的其他储能元件受到损坏，又可以保证其他无故障支路的正常运行，但此时储能装置的储能容量下降，完成此操作步骤后，第一重组母线BS1和第二重组母线BS2被接入故障支路中；

第二步，中央处理器CPU通过控制总线CBus向备用储能单元发出充放电控制指令，控制备用储能单元中的充放电电路C1对备用储能元件SB1进行充电或放电，使备用储能元件SB1两端电压与其他正常工作的储能元件的两端电压相同；

第三步，中央处理器CPU向备用储能单元发出动作指令，控制备用储能单元中的第一备用单刀双掷开关KB1和第二备用单刀双掷开关KB2动作，动作后KB1和KB2的常闭触点断开，常开触点闭合，备用储能元件SB1的两端分别被接到第一重组母线BS1和第二重组母线BS2上；

第四步。中央处理器CPU通过数据总线DBus向人机对话装置MMCD发出故障报警指令，人机对话装置MMCD以声、光、字符等信息方式发出故障报警信号，并标明故障具体位置。

完成以上自动重组操作后，备用储能单元中的储能元件通过第一重组母线BS1和第二重组母线BS2，取代了发生故障的储能元件，与其他正常的储能元件串、并联，使得储能装置仍能以额定容量正常工作。图4为储能装置中，发生故障的第i行、第j列(1≤i≤m，1≤j≤n)储能单元Unitij的储能元件经过自动重组操作后被备用储能元件替换后的接线示意图。从图中可以看出，完成自动重组操作后，被备用储能元件SB1通过第一备用单刀双掷开关KB1、第一重组母线BS1、储能单元Unitij的第一单刀双掷开关K1，以及第二备用单刀双掷开关KB2、第二重组母线BS2、储能单元Unitij的第二单刀双掷开关K2，完全替代了储能单元Unitij的储能元件S1在储能装置中的位置，而储能单元Unitij的储能元件S1脱离了与其他储能元件的电气联系，等待操作人员的检修。

操作人员在完成对故障储能元件的维修或更换后，通过人机对话装置MMCD向中央处理器CPU发出故障修复信号，中央处理器CPU检测到故障修复信号后，在适当的时机执行故障后的自动恢复操作。自动恢复操作分为以下几个操作步骤：

第一步，中央处理器CPU向修复后的故障储能单元发出动作指令，其第一单刀双掷开关K1和第二单刀双掷开关K2动作，动作后K1和K2的常闭触点闭合，常开触点断开，修复后的储能元件替代备用储能元件重新与其他正常的储能元件串、并联在一起；

第二步，中央处理器CPU向备用储能单元发出动作指令，控制备用储能单元中的第一备用单刀双掷开关KB1和第二备用单刀双掷开关KB2动作，动作后KB1和KB2的常闭触点闭合，常开触点断开，备用储能元件SB1的两端脱离与重组母线BS1和BS2的连接，被接至充放电电路C1的两端；

第三步。中央处理器CPU通过数据总线DBus向人机对话装置MMCD发出故障报警解除指令，人机对话装置MMCD消除报警信号和提示信息。

完成以上自动恢复操作后，储能装置恢复到正常工作状态，中央处理器CPU重新对储能装置的运行状态进行监测。

实施方式一：

储能单元中的储能元件S1采用蓄电池或超级电容器等储能元件单体；第一单刀双掷开关K1和第二单刀双掷开关K2由继电器的机械触点构成；第一电压检测线A1和第二电压检测线A2采用带有屏蔽层的电缆线；第一输出线O1和第二输出线O2，以及第一重组连接线B1和第二重组连接线B2采用铜线或铝绞线。

备用储能单元中的储能元件SB1采用与储能单元相同的储能元件单体；第一备用单刀双掷开关KB1和第二备用单刀双掷开关KB2由继电器的机械触点构成；第一备用电压检测线AB1和第二备用电压检测线AB2采用带有屏蔽层的电缆线；第一备用连接线BB1和第二备用连接线BB2采用铜线或铝绞线；充放电电路C1采用Buck-Boost电路。

第一输出母线Bout1和第二输出母线Bout2采用铜排或铜线。

第一重组母线BS1和第二重组母线BS2采用铜排、铜线或铝绞线。

中央处理器CPU采用具有A/D转换和数字量输入、输出等功能，并可进行数据计算、分析的单片机、数字信号处理器(DSP)等器件。

人机对话装置由显示器、键盘、喇叭、指示灯等器件和设备构成。

数据总线DBus和控制总线CBus采用扁平电缆线。

储能装置正常运行时，每一个储能单元中的开关K1和K2都保持常闭触点闭合、常开触点断开状态，这样所有的储能元件串、并联在一起，通过第一输出母线Bout1和第二输出母线Bout2与外界进行能量交换，且所有储能元件与第一重组母线BS1和第二重组母线BS2之间没有电气联系。备用储能单元中的备用开关KB1和KB2也保持常闭触点闭合、常开触点断开状态，备用储能元件SB1与输出母线Bout1、Bout2和重组母线BS1、BS2之间不存在电气联系。储能装置在运行过程中，中央处理器CPU通过电压检测线对每一个储能元件的端电压进行采集、分析，可以判断出所有的储能元件的工作状态是否异常，如果发现某一个储能元件处于故障状态，则中央处理器CPU立即执行故障情况下的自动重组操作。自动重组操作分为以下几个步骤：

第一步，中央处理器CPU向故障储能单元发出动作指令，故障储能单元中的第一单刀双掷开关K1和第二单刀双掷开关K2动作，动作后K1和K2的常闭触点断开，常开触点闭合，实现故障储能元件与其他储能元件的电气隔离，故障储能元件所在支路处于开路状态，这样既可避免同一支路的其他储能元件受到损坏，又可以保证其他无故障支路的正常运行，但此时储能装置的储能容量下降，完成此操作步骤后，第一重组母线BS1和第二重组母线BS2被接入故障支路中；

第二步，中央处理器CPU通过控制总线CBus向备用储能单元发出充放电控制指令，控制备用储能单元中的充放电电路C1对备用储能元件SB1进行充电或放电，使备用储能元件SB1两端电压与其他正常工作的储能元件的两端电压相同；

第三步，中央处理器CPU向备用储能单元发出动作指令，控制备用储能单元中的第一备用单刀双掷开关KB1和第二备用单刀双掷开关KB2动作，动作后KB1和KB2的常闭触点断开，常开触点闭合，备用储能元件SB1的两端分别被接到第一重组母线BS1和第二重组母线BS2上；

第四步。中央处理器CPU通过数据总线DBus向人机对话装置MMCD发出故障报警指令，人机对话装置MMCD中的喇叭发出语音报警信号、指示灯发出灯光报警信号、显示器显示出具体的故障信息，并标明故障具体位置。

完成以上自动重组操作后，备用储能单元中的储能元件通过第一重组母线BS1和第二重组母线BS2，取代了发生故障的储能元件，与其他正常的储能元件串、并联，使得储能装置的储能容量恢复到正常水平。

操作人员在完成对故障储能元件的维修或更换后，通过人机对话装置MMCD中的键盘向中央处理器CPU发出故障修复信号，中央处理器CPU检测到故障修复信号后，在适当的时机执行故障后的自动恢复操作。自动恢复操作分为以下几个操作步骤：

第一步，中央处理器CPU向修复后的故障储能单元发出动作指令，其第一单刀双掷开关K1和第二单刀双掷开关K2动作，动作后K1和K2的常闭触点闭合，常开触点断开，修复后的储能元件替代备用储能元件重新与其他正常的储能元件串、并联在一起；

第二步，中央处理器CPU向备用储能单元发出动作指令，控制备用储能单元中的第一备用单刀双掷开关KB1和第二备用单刀双掷开关KB2动作，动作后KB1和KB2的常闭触点闭合，常开触点断开，备用储能元件SB1的两端脱离与重组母线BS1和BS2的连接，被接至充放电电路C1的两端；

第三步。中央处理器CPU通过数据总线DBus向人机对话装置MMCD发出故障报警解除指令，人机对话装置MMCD消除报警信号和提示信息。

完成以上自动恢复操作后，储能装置恢复到故障前的正常工作状态，中央处理器CPU重新对储能装置的运行状态进行实时监测。

在本实施方式中，每一个单刀双掷开关状态的改变，都是由中央处理器CPU通过控制与该开关对应的继电器线圈通、断电来实现的。图5为一种具体的继电器线圈通、断电控制电路。图中虚线框内为一直流电压继电器，包括线圈Coil和受控的单刀双掷开关K。中央处理器CPU的数字量输出端口通过限流电阻R1接至三极管P1的基极，三极管P1的发射极接继电器线圈驱动电源的地GND，三极管P1的集电极和继电器线圈Coil的“-”接线端以及二极管D1的正极接在一起，继电器线圈Coil的“+”接线端和二极管D1的负极与继电器线圈驱动电源的正极VCC接在一起。当中央处理器CPU的数字量输出端口输出低电平时，三极管P1处于截止状态，继电器线圈Coil内部没有电流经过，继电器的单刀双掷开关K的常闭触点闭合，常开触点断开；当中央处理器CPU的数字量输出端口输出高电平时，三极管P1处于饱和导通状态，驱动电源的电压施加在继电器线圈Coil的两端，继电器线圈Coil内部有电流经过，继电器动作，动作后的继电器的单刀双掷开关K的常闭触点断开，常开触点闭合。并联在继电器线圈Coil两端的二极管D1起到保护作用。储能装置中的所有单刀双掷开关都可以采用这种控制电路或与之类似的其他控制电路来实现开关状态的改变。

实施方式二：

当储能装置容量较大，需要大量的蓄电池或超级电容器等储能元件单体进行串、并联时，为了降低成本，每一个储能单元中的储能元件S1可采用几个储能元件单体串、并联结构。

其他与以上实施方式相同。

实施方式三：

储能装置中所有的单刀双掷开关可以采用电力电子器件替代，例如IGBT、MOSFET等。其他与以上实施方式相同。

Claims (2)

1.一种具有故障检测和自动重组功能的储能装置，主要由m×n个结构相同的模块化储能单元、备用储能单元、第一输出母线、第二输出母线、第一重组母线、第二重组母线、中央处理器、人机对话装置、数据总线、控制总线构成；其特征是：

单个模块化储能单元结构为：第一输出线(O1)与第一单刀双掷开关(K1)的动触点连接在一起，第一单刀双掷开关(K1)的常开触点引出第一重组连接线(B1)，第一单刀双掷开关(K1)的常闭触点与储能元件(S1)的一端接在一起，同时第一单刀双掷开关(K1)的常闭触点引出第一电压检测线(A1)，储能元件(S1)的另一端与第二单刀双掷开关(K2)的常闭触点一起，同时第二单刀双掷开关(K2)引出第二电压检测线(A2)，第二单刀双掷开关(K2)的常开触点引出第二重组连接线(B2)，第二单刀双掷开关(K2)的动触点与第二输出线(O2)接在一起；

备用储能单元结构为：备用储能元件(SB1)的两端分别与第一备用单刀双掷开关(KB1)和第二备用单刀双掷开关(KB2)的中间触点接在一起，第一备用单刀双掷开关(KB1)的中间触点引出第一备用电压检测线(AB1)，第一备用单刀双掷开关(KB1)的常开触点引出第一备用连接线(BB1)，第一备用单刀双掷开关(KB1)的常闭触点和第二备用单刀双掷开关(KB2)的常闭触点分别接至充放电电路(C1)的两端，第二备用单刀双掷开关(KB2)的常开触点引出第二备用连接线(BB2)，第二备用单刀双掷开关(KB2)的中间触点引出第二备用电压检测线(AB2)；

由m×n个储能单元排列成点阵结构，m、n为自然数，包含有n个结构完全相同的并联支路，即有n列并联支路，每一列中包含有m个储能单元，这m个储能单元通过各自的第一输出线(O1)和第二输出线(O2)首尾依次相连串接在一起，即有m行储能单元；每一列并联支路的连接方式完全相同且表述为：位于列首即第一行的储能单元的第一输出线(O1)连接至第一输出母线(Bout1)，位于列尾即第m行的储能单元的第二输出线(O2)连接至第二输出母线(Bout2)，每一个储能单元的第一电压检测线(A1)和第二电压检测线(A2)都连接至中央处理器CPU，每一个储能单元的第一重组连接线(B1)都连接至第一重组母线(BS1)，每一个储能单元的第二重组连接线(B2)都连接至第二重组母线(BS2)；备用储能单元的第一备用电压检测线(AB1)和第二备用电压检测线(AB2)接至中央处理器CPU，第一备用连接线(BB1)接至第一重组母线(BS1)，第二备用连接线(BB2)接至第二重组母线(BS2)，中央处理器CPU通过控制总线(CBus)与充放电电路(C1)连接在一起； 中央处理器CPU通过数据总线(DBus)与人机对话装置(MMCD)连接在一起；其中m的具体数值由以下公式计算得出：

n值的计算，根据储能元件性质的不同，分别采用以下计算公式：

针对蓄电池类储能元件， 

针对电容性质储能元件， 

2.一种基于具有故障检测和自动重组功能的储能装置的重组方法，其特征是：由m×n个结构相同的模块化储能单元、备用储能单元、第一输出母线、第二输出母线、第一重组母线、第二重组母线、中央处理器、人机对话装置、数据总线、控制总线组成具有故障检测和自动重组功能的储能装置；

在正常工作时，所有储能单元中的单刀双掷开关都保持常闭触点闭合、常开触点断开状态，每一个支路即每一列中的储能元件依次串联，并且所有的支路都通过第一输出母线(Bout1)和第二输出母线(Bout2)并联在一起，所有储能元件与第一重组母线(BS1)和第二重组母线(BS2)之间没有电气联系；备用储能单元中的第一备用单刀双掷开关(KB1)和第二备用单刀双掷开关(KB2)也保持常闭触点闭合、常开触点断开状态，备用储能元件与输出母线(Bout1、Bout2)和重组母线(BS1、BS2)之间不存在电气联系；储能装置在运行过程中，利用外部的充、放电控制装置，所有的储能元件向外界提供能量或吸收外界的能量；在进行能量交换的充、放电过程中，每一个储能单元的储能元件两端的电压信号经过自身的电压检测线送至中央处理器CPU，中央处理器CPU对每一个储能单元传送来的电压信号进行处理和分析后，判断所有储能单元中的储能元件是否异常，如果发现某一个储能元件处于故障状态，则中央处理器CPU立即执行故障情况下的自动重组操作；自动重组操作分为以下几个步骤：

第一步，中央处理器CPU向故障储能单元发出动作指令，故障储能单元中的第一单刀双掷开关(K1)和第二单刀双掷开关(K2)动作使其常闭触点断开、常开触点闭合，实现故障储能元件与其他储能元件的电气隔离，故障储能元件所在支路处于开路状态，完成此操作步骤后，第一重组母线(BS1)和第二重组母线(BS2)被接入故障支路中；

第二步，中央处理器CPU通过控制总线(CBus)向备用储能单元发出充放电控制指令，控制备用储能单元中的充放电电路(C1)对备用储能元件(SB1)进行充电或放电，使 备用储能元件(SB1)两端电压与其他正常工作的储能元件的两端电压相同；

第三步，中央处理器CPU向备用储能单元发出动作指令，控制备用储能单元中的第一备用单刀双掷开关(KB1)和第二备用单刀双掷开关(KB2)动作使其常闭触点断开、常开触点闭合，备用储能元件(SB1)的两端分别被接到第一重组母线(BS1)和第二重组母线(BS2)上；

第四步，中央处理器CPU通过数据总线(DBus)向人机对话装置(MMCD)发出故障报警指令，人机对话装置(MMCD)以声、光或字符的方式发出故障报警信号，并标明故障具体位置。 

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