CN105490392B - 一种储能系统的黑启动控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及储能系统的黑启动控制技术领域，提供一种储能系统的黑启动控制系统及方法，其中系统包括提供黑启动所需电能的电源和用于存储电能的n个电池组；每一所述电池组包括由多个储能电池串联而成的电池串和与用于实现所述电池串黑启动的二次电路，所述第一电池组、所述第二电池组、……和所述第n电池组通过所述二次回路依次电连接，所述电源接入所述第一电池组的二次回路中；在黑启动过程中，所述电源黑启动所述第一电池组，并且所述第一电池组通过所述二次回路依次黑启动所述第二电池组、……和所述第n电池组。本发明实现利用小功率的电源驱动大容量的储能系统的黑启动操作。

Description

一种储能系统的黑启动控制系统及方法

【技术领域】

本发明涉及储能系统的黑启动控制技术领域，尤其涉及一种储能系统的黑启动控制系统及方法。

【背景技术】

在无市电的偏远地区和海岛等地区常常会用到离网型储能电站用以提供电能。由于没有外部电网为所述离网型储能电站的控制系统提供工作电源，则需要解决所述控制系统的黑启动问题。

目前，常用的所述控制系统的黑启动方案包括：手动将储能电池串直接连接到能量转换系统(PCS)和使用不间断电源(UPS电源)作为所述控制系统的工作电源。

如果采用手动将所述储能电池串直接连接到所述能量转换系统的方法，则手动操作的前提是连接所述储能电池串和所述能量转换系统的开关设备必须是可以进行手动分合闸的直流断路器或隔离开关。但是，采用手动操作方法需要工作人员进入到电池仓内对所述储能电池串实行合闸操作，由于每一所述储能电池串正负极的直流电压可达500-1000V,会导致手动操作具有较大的安全隐患，不安全。

如果采用所述不间断电源作为所述控制系统的工作电源，通过所述控制系统将所述储能电池串连接所述能量转换系统逆变输出交流电。但是，由于所述控制系统的内部功耗大，如此要求所述不间断电源的功率和后备电池容量大，就会导致所述不间断电源的成本太高且占较多的安装空间。

因此，有必要提供一种利用小功率电源驱动大功率负载的储能系统的黑启动控制系统及方法。

【发明内容】

本发明的目的在于为了解决上述问题而提供一种利用小功率电源驱动大功率负载的储能系统的黑启动控制系统及方法。

本发明通过以下技术方案实现上述目的：

一种储能系统的黑启动控制系统，包括提供黑启动所需电能的电源和用于存储电能的n个电池组，所述n个电池组包括依次设置的第一电池组、第二电池组、……和第n电池组，其中n为大于等于1的自然数；

每一所述电池组包括由多个储能电池串联而成的电池串和与用于实现所述电池串黑启动的二次回路，所述第一电池组、所述第二电池组、……和所述第n电池组通过所述二次回路依次电连接，所述电源接入所述第一电池组的二次回路中；

在黑启动过程中，所述电源黑启动所述第一电池组，并且所述第一电池组黑启动所述第二电池组，所述第二电池组黑启动所述第三电池组，……，所述第n-1电池组黑启动所述第n电池组。

优选地，在每一所述电池组内，所述二次回路包括与所述电池串电连接的第一开关电源、用于第一开关电源输出端的防反二极管、用于电连接相邻的两个所述电池组的第一继电器常开触头、第一继电器常闭触头、第一继电器线圈和用于在所述电池串中实现黑启动的第一直流接触器线圈。

优选地，第一开关电源包括输入端和输出端，所述第一继电器和所述第一直流接触器分别包括第一继电器线圈和第一直流接触器线圈，所述第一开关电源的输入端与所述电池串电连接，所述的第一开关电源的输出端分别与并联设置的所述第一继电器线圈和所述第一直流接触器线圈电连接。

优选地，所述第一继电器还包括常闭触头和常开触头，在依次设置的所述n个电池组之间，每一所述电池组的第一继电器常闭触头接入上一级所述电池组的二次回路中，所述第一继电器常开触头接入下一级所述电池组的二次回路中。

优选地，在所述第一电池组中，所述第一继电器常闭触头与所述电源电连接，将所述电源接入所述第一电池组的二次回路中，且在所述第一继电器常闭触头与所述电源之间还设置有按钮开关。

优选地，所述第一直流接触器还包括第一直流接触器主触头，所述第一直流接触器主触头是常开触头，且串接于所述电池串之间。

优选地，所述电源是输出电压范围在21-28V范围的直流电源。

优选地，所述电源包括提供电能的蓄电池以及为所述蓄电池提供欠压保护、过压保护和充电功能的第二开关电源。

一种如上所述的储能系统的黑启动控制系统的黑启动控制方法，包括如下步骤：

a、将所述电源接入所述第一电池组的二次回路中，从而黑启动所述第一电池组；

b、所述第一电池组黑启动所述第二电池组，所述第二电池组黑启动所述第三电池组，……，所述第n-1电池组黑启动所述第n电池组。

优选地，在步骤a中，包括如下步骤：

a1、按下所述按钮开关，通过所述电源对所述第一电池组中第一直流接触器线圈供电，使得串接设于所述电池串之间的所述第一直流接触器主触头闭合；

a2、所述电池串的电能输入至所述第一开关电源，所述第一开关电源的输出端对所述第一继电器线圈和所述第一直流接触器线圈供电；

a3、所述第一继电器常闭触头断开，使得所述电源与所述二次回路断开；a4、所述第一继电器常开触头闭合，使得所述第一开关电源输出的电能接入所述第二电池组的二次回路中。

本发明的有益效果是：本发明提供的储能系统的黑启动控制系统中，在每一所述电池组内形成由第一开关电源、第一继电器和第一直流接触器、防反二极管组成的二次回路，且所述第一电池组、所述第二电池组、……和所述第n电池组通过所述二次回路依次电连接，所述电源接入所述第一电池组的二次回路中。因此，当所述黑启动控制系统运行时，只需要按下所述按钮开关将所述电源与所述第一电池组的二次回路导通，则就可以依次黑启动所述n个电池组，实现利用小功率的电源驱动大容量的储能系统的黑启动操作，以及所述储能系统一键黑启动的设计。

而且，在所述二次回路中，利用所述第一开关电源对所述第一直流接触器线圈供电，从而保持所述第一直流接触器的自锁闭合状态，从而实现利用所述电池串本身的电能通过所述第一开关电源控制所述第一直流接触器实现自锁的功能，可以提高所述储能系统的黑启动控制系统的可靠性。

为进一步提高所述储能系统的黑启动控制系统的可靠性，可将所述电池组中奇数号电池组中所述二次回路中所述第一继电器的常开触头两端分别通过导线短接，如此即使系统中任一电池组出现故障均不影响其他电池组黑启动(未图示)。

【附图说明】

图1是本发明提供的储能系统的黑启动控制系统的结构示意图；

图2是图1所示黑启动控制系统中第一电池组的结构示意图；

图3是图1所示黑启动控制系统中电源一实施例的结构示意图；

图4是图1所示黑启动控制系统的黑启动控制方法的流程图；

图5是图4所示黑启动控制方法中步骤S21的流程图；

图6是图4所示黑启动控制方法中步骤S22的流程图。

附图标记：

100、黑启动控制系统，10、电池组，20、电源，11、电池串，12、二次回路，13、按钮开关，14、第二直流接触器主触头，15、防反二极管，16、钥匙旋钮开关，17、第二继电器常闭触头，18、第一熔断器，19、第二熔断器，21、蓄电池，22、第二开关电源，23、微型直流断路器，24、第三熔断器，101、第一电池组，102、第二电池组，10n-1、第n-1电池组，10n、第n电池组，121、第一开关电源，122、第一继电器线圈，123、第一直流接触器线圈，1211、输入端，1212、输出端，1221、第一继电器常闭触头，1222、第一继电器常开触头，1231、第一直流接触器主触头。

【具体实施方式】

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

请同时参阅图1、图2和图3，其中图1是本发明提供的储能系统的黑启动控制系统的结构示意图，图2是图1所示黑启动控制系统中第一电池组的结构示意图，图3是图1所示黑启动控制系统中电源一实施例的结构示意图。所述储能系统的黑启动控制系统100包括用于存储电能的n个电池组10和提供黑启动所需电能的电源20，所述电源20驱动所述n个电池组10实现黑启动操作。其中，所述n个电池组10包括依次设置的第一电池组101、第二电池组102、……、第n-1电池组10n-1和第n电池组10n，其中n为大于等于1的自然数。所述n个电池组10分别并联地电连接到所述储能系统的能量转换系统(图未示)的直流侧，并通过所述能量转换系统逆变输出交流电源。

每一所述电池组10包括的由多个储能电池串联而成的电池串11和用于实现所述电池串11黑启动的二次回路12。在本实施例中，所述第一电池组101、所述第二电池组102、……、第n-1电池组10n-1和所述第n电池组10n通过所述二次回路12依次电连接，所述电源20接入所述第一电池组101的二次回路12中。

所述电池串11电连接到所述储能系统的能量转换系统(图未示)的直流侧，用于为所述能量转换系统提供直流电能。

所述二次回路12包括与所述电池串11电连接的第一开关电源121、用于电连接相邻的两个所述电池组10的第一继电器和用于在所述电池串11中实现黑启动的第一直流接触器。其中，所述第一开关电源121包括输入端1211和输出端1212，所述第一继电器包括第一继电器线圈122、第一继电器常闭触头1221和第一继电器常开触头1222，所述第一直流接触器包括第一直流接触器线圈123和第一直流接触器主触头1231。

在本实施例中，所述第一开关电源121是直流开关电源。其中，所述的第一开关电源121的输入端1211与所述电池串11电连接，所述的第一开关电源121的输出端1212分别与并联设置的所述第一继电器线圈122和所述第一直流接触器线圈123电连接。而且，每一所述电池组10的第一开关电源121为相对应的所述电池串11的电池管理系统(图未示)提供工作电源。

所述第一继电器常闭触头1221接入上一级所述电池组10的二次回路12中，所述第一继电器常开触头1222接入下一级所述电池组10的二次回路12中，由此实现所述n个电池组10的依次电连接。例如，以依次电连接的第四电池组(图未示)、第五电池组(图未示)和第六电池组(图未示)为例，所述第五电池组中第一继电器常闭触头1221与所述第四电池组中第一继电器常开触头1222电连接，所述第五电池组中第一继电器常开触头1222与所述第六电池组中第一继电器常闭触头1221电连接。

而且，在所述第一电池组101中，所述第一继电器常闭触头1221与所述电源20电连接，将所述电源20接入所述第一电池组101的二次回路12中，实现在黑启动过程中所述电源20对所述第一直流接触器线圈123供电。在本实施例中，所述第一继电器常闭触头1221与所述电源20之间还设置有按钮开关13。优选地，所述按钮开关13是具有再次按下复位功能的自锁型开关。

所述第一直流接触器主触头1231是常开触头，且串接于所述电池串11之间。即，所述第一直流接触器主触头1231控制所述电池串11实现黑启动和安全解列功能。而且，在本实施例中，只有当所述第一直流接触器主触头1231闭合后所述第一开关电源121才能获得所述电池串11输入的电能，从而维持系统正常运行。

此外，在每一所述电池组10，所述电池串11与所述能量转换系统的直流侧之间还设有第二直流接触器主触头14。而且，所述第一开关电源121对所述第二直流接触器线圈(图未示)供电，同时通过电池管理系统(图未示)控制所述第二直流接触器主触头14的分合。

而且，为了保护所述第一开关电源121的输出端1212因上一级电池组二次回路向其反向送电导致输出保护故障，在所述第一开关电源121的输出端1212设有防反二极管15。为了便于故障保护和设备维护关机操作，在所述第一开关电源121与所述第一直流接触器线圈123构成的回路中依次设有钥匙旋钮开关16和第二继电器常闭触头17。当然，不限于本实施例，所述钥匙旋钮开关16和所述第二继电器常闭触头17可以省略其中一个，依然可以实现便于故障保护和设备维护关机操作的目的；但是，如果二者均被省略，则会导致上电后的所述第一开关电源121无法关机。

进一步的，为了在所述电池串11内，以及所述电池串11和所述二次回路12之间提供短路保护，在所述电池串11内部设有第一熔断器18，在所述电池串11和所述二次回路12之间设有至少一个第二熔断器19。

可选择地，所述电源20可以是任何输出电压范围在21-28V范围的直流电源，例如两只12V/7Ah串联的铅酸电池；所述电源20还可以包括提供24/7Ah电能的蓄电池21、为所述蓄电池21提供欠压保护、过压保护和充电的功能的第二开关电源22、以及设于所述蓄电池21和所述第二开关电源22之间微型直流断路器23和第三熔断器24。其中，所述蓄电池21为可充电蓄电池。

所述第二开关电源22的功率为100W左右，且其输入230V交流电，输出27.6V的直流电，并在其输出侧外接所述蓄电池21，为所述蓄电池21提供欠压和过压保护功能，并可为所述蓄电池21充电。所述微型直流断路器23的两端分别与所述第二开关电源22的输出端的正负极电连接，可以在所述第二开关电源输入端有交流电源输入时切断所述蓄电池21与与所述第二开关电源22的输出端的正负极的电连接。所述第三熔断器24可以为所述蓄电池21提供过流保护功能。

而且，在所述电源20中，如果所述第二开关电源22输入端失电，所述第二开关电源22还可以自动切换为电池输出，替代所述蓄电池21的功能。

请参阅图4，是图1所示储能系统的黑启动控制系统的黑启动控制方法的流程框图。所述黑启动控制方法200包括如下步骤：

S21、将所述电源20接入第一电池组101的二次回路12中，从而黑启动所述第一电池组101；

请参阅图5，是图4所示黑启动控制方法中步骤S21的流程框图。在步骤S21中，通过所述电源20实现所述第一电池组101的黑启动操作，主要包括如下步骤：

S211、按下所述按钮开关13，通过所述电源20对所述第一电池组101中所述第一直流接触器线圈123供电，使得串接于所述电池串11之间的所述第一直流接触器主触头1231闭合；

S212、所述电池串11的电能输入至所述第一开关电源121，所述第一开关电源121的输出端对所述第一继电器线圈122和所述第一直流接触器线圈123供电；

S213、所述第一直流接触器主触头1231保持闭合状态(自锁状态)，所述第一继电器常闭触头1221断开，使得所述电源20与所述二次回路12断开；

S214、所述第一继电器常开触头1222闭合，使得所述第一电池组101的第一开关电源121输出的电能接入所述第二电池组102的二次回路12中，至此完成所述第一电池组101的黑启动过程。

而且，由于所述第一直流接触器线圈123与所述第一开关电源121的输出端1212电连接，即使所述第一继电器常闭触头1221断开或所述按钮开关13复位，所述第一直流接触器主触头1231在所述第一开关电源121的作用下依然保持自锁闭合状态。

S22、所述第一电池组101的二次回路12将电能输送至所述第二电池组102，从而黑启动所述第二电池组102；

在所述步骤S22中，所述第二电池组102中第一继电器常闭触头1221闭合后，将所述第一电池组101的二次回路12输出的电能导入所述第二电池组102的二次回路12中。

请参阅图6，是图4所示黑启动控制方法中步骤S22的流程框图。所述第二电池组102黑启动的过程主要包括如下步骤：

S221、所述第一电池组101的第一开关电源121对所述第二电池组102的第一直流接触器线圈123供电，使得串接于所述第二电池组102的电池串11之间的所述第一直流接触器主触头1231闭合；

S222、将所述电池串11的电能输入至所述第一开关电源121，所述第一开关电源121输出端对所述第一继电器线圈122和所述第一直流接触器线圈123供电；

S223、所述第一直流接触器主触头1231保持闭合状态，所述第一继电器常闭触头1221断开，使得所述第二电池组102的二次回路12与所述第一电池组101的二次回路12断开；

S224、所述第二电池组102的第一继电器常开触头1222闭合，将所述第一开关电源121输出的电能接入所述第三电池组(图未示)的二次回路12中，至此完成所述第二电池组102的黑启动过程。

而且，由于所述第一直流接触器线圈123与所述第一开关电源121的输出端1212电连接，即使所述第一继电器常闭触头1221断开或所述按钮开关13复位，所述第一直流接触器主触头1231在所述第一开关电源121的作用下依然保持自锁闭合状态。

S23、所述第二电池组102黑启动所述第三电池组，……，所述第n-1电池组10n-1黑启动所述第n电池组10n；

在步骤S23中，所述黑启动控制系统100中第三电池组、……、所述第n-1电池组10n-1和第n电池组10n在所述第二电池组102的驱动下依次实现黑启动的过程。而且，所述第三电池组103、……、所述第n-1电池组10n-1和所述第n电池组10n的黑启动过程与所述第二电池组102的黑启动过程相同，在此不作赘述。

步骤S24、复位所述按钮开关13，完成所述储能系统的黑启动操作。

相较于现有技术，本发明提供的储能系统的黑启动控制系统100中，在每一所述电池组10内形成由第一开关电源121、第一继电器、防反二极管15和第一直流接触器组成的二次回路12，且所述第一电池组101、所述第二电池组102、……和所述第n电池组10n通过所述二次回路12依次电连接，所述电源20接入所述第一电池组101的二次回路12中。因此，当所述黑启动控制系统100运行时，只需要按下所述按钮开关13将所述电源20与所述第一电池组101的二次回路12导通，则就可以依次黑启动所述n个电池组10，实现利用小功率的电源驱动大容量的储能系统的黑启动操作，以及所述储能系统一键黑启动的设计。

而且，在所述二次回路12中，利用所述第一开关电源121对所述第一直流接触器线圈123供电，从而保持所述第一直流接触器主触头1231的自锁闭合状态，从而实现利用所述电池串11本身的电能通过所述第一开关电源121控制所述第一直流接触器实现自锁的功能，可以提高所述储能系统的黑启动控制系统100的可靠性。

为进一步提高所述储能系统的黑启动控制系统的可靠性，可将所述电池组中奇数号电池组中所述二次回路中所述第一继电器的常开触头两端分别通过导线短接，如此即使系统中任一电池组出现故障均不影响其他电池组黑启动(未图示)。对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同条件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (8)

1.一种储能系统的黑启动控制系统，其特征在于，包括提供黑启动所需电能的电源和用于存储电能的n个电池组，所述n个电池组包括依次设置的第一电池组、第二电池组、第三电池组、……第n-1电池组和第n电池组，其中n为大于等于1的自然数；

每一所述电池组包括由多个储能电池串联而成的电池串和与用于实现所述电池串黑启动的二次回路，所述第一电池组、所述第二电池组、……和所述第n电池组通过所述二次回路依次电连接，所述电源接入所述第一电池组的二次回路中；

具体地，所述二次回路包括：第一开关电源，第一继电器和第一直流接触器，其中，所述第一继电器包括第一继电器线圈、第一继电器常开触头和第一继电器常闭触头，所述第一直流接触器包括第一直流接触器线圈和第一直流接触器主触头；

所述第一开关电源一端连接电池串，一端与并联设置的第一继电器线圈和第一直流接触器线圈连接，所述第一继电器线圈控制所述第一继电器常开触头和第一继电器常闭触头的开/闭，所述第一直流接触器线圈控制所述第一直流接触器主触头的开/闭；所述电源通过所述第一继电器常闭触头接入所述第一电池组，在所述电源和所述第一继电器常闭触头之间设置有按钮开关；

在黑启动过程中，所述按钮开关闭合后，电源对所述第一直流接触器线圈供电，控制所述第一直流接触器主触头闭合，黑启动所述第一电池组的电池串为第一开关电源供电，进而所述第一开关电源对所述第一直流接触器线圈和第一继电器线圈供电，维持所述第一直流接触器主触头的自锁闭合状态，并且第一继电器常闭触头断开，电源与第一电池组断开，第一继电器常开触头闭合，使得所述第一电池组的第一开关电源输出的电能接入所述第二电池组的二次回路中，所述第一电池组黑启动所述第二电池组，所述第二电池组黑启动所述第三电池组，……，所述第n-1电池组黑启动所述第n电池组。

2.根据权利要求1所述的储能系统的黑启动控制系统，其特征在于，在每一所述电池组内，所述二次回路包括与所述电池串电连接的第一开关电源、用于第一开关电源输出端的防反二极管、用于电连接相邻的两个所述电池组的第一继电器常开触头、第一继电器常闭触头、第一继电器线圈和用于在所述电池串中实现黑启动的第一直流接触器线圈。

3.根据权利要求1所述的储能系统的黑启动控制系统，其特征在于，所述第一继电器还包括常闭触头和常开触头，在依次设置的所述n个电池组之间，每一所述电池组的第一继电器常闭触头接入上一级所述电池组的二次回路中，所述第一继电器常开触头接入下一级所述电池组的二次回路中。

4.根据权利要求1所述的储能系统的黑启动控制系统，其特征在于，所述第一直流接触器还包括第一直流接触器主触头，所述第一直流接触器主触头是常开触头，且串接于所述电池串之间。

5.根据权利要求1所述的储能系统的黑启动控制系统，其特征在于，所述电源是输出电压范围在21-28V范围的直流电源。

6.根据权利要求1所述的储能系统的黑启动控制系统，其特征在于，所述电源包括提供电能的蓄电池以及为所述蓄电池提供欠压保护、过压保护和充电功能的第二开关电源。

7.根据权利要求1至6任一项所述的储能系统的黑启动控制系统的黑启动控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

a、将所述电源接入所述第一电池组的二次回路中，从而黑启动所述第一电池组；

b、所述第一电池组黑启动所述第二电池组，所述第二电池组黑启动所述第三电池组，……，所述第n-1电池组黑启动所述第n电池组。

8.根据权利要求7所述的黑启动控制方法，其特征在于，在步骤a中，包括如下步骤：

a1、按下所述按钮开关，通过所述电源对所述第一电池组中第一直流接触器线圈供电，使得串接设于所述电池串之间的所述第一直流接触器主触头闭合；

a2、所述电池串的电能输入至所述第一开关电源，所述第一开关电源的输出端对所述第一继电器线圈和所述第一直流接触器线圈供电；

a3、所述第一继电器常闭触头断开，使得所述电源与所述二次回路断开；

a4、所述第一继电器常开触头闭合，使得所述第一开关电源输出的电能接入所述第二电池组的二次回路中。