CN109066895B - 基于调频储能系统的多级功率限制保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于调频储能系统的多级功率限制保护方法，其包括：电池管理系统BMSij获取SOCij，并将SOCij传送至储能变流器PCSij；集控设备KQi根据储能变流器PCSij传送的SOCij计算得到SOCi，储能监控系统EMS根据SOCi计算得到SOC；当SOC超出A1时，或当SOC未超出A1且SOCi超出A2时，或当SOCi未超出A2且SOCij超过A3时，或当SOCij未超过A3且SOCij超过A4时，执行预设功率限制处理策略。本发明的储能监控系统、集控设备、储能变流器和电池管理系统根据SOC分层进行功率限制，既减少了维护成本，也提升了调频储能系统的运行稳定性能。

Description

基于调频储能系统的多级功率限制保护方法

技术领域

本发明涉及动力电池技术领域，尤其涉及一种基于调频储能系统的多级功率限制保护方法。

背景技术

现有的调频储能系统在对电池管理系统的电池堆进行频繁反复的充放电操作的过程中，尤其处于充放电过程的充满或放空最后阶段，电池管理系统中的电池堆的电池参数的变化速率很快，譬如：电压变化速率很快，因此，易于出现过压或欠压、过流等情形。

为了避免电池堆处于过压或欠压或过流等情况下，则需要对电池堆进行保护。现有的保护策略为：当电池堆出现过压或欠压或过流等情况时，执行自动断闸的操作，从而起到保护电池堆的效果。

但是，电池堆断闸后，需要运维人员对分闸后的电池堆进行分析、诊断，确认安全等操作后，才能执行合闸操作，因此，存在维护时间长，人工维护成本高的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于调频储能系统的多级功率限制保护方法，以解决现有的调频储能系统存在的维修时间长，维修成本高，且易于断闸的技术问题。

为了解决上述问题，本发明提供了一种基于调频储能系统的多级功率限制保护方法，其包括：

电池管理系统BMSij获取SOCij，并将SOCij传送至储能变流器PCSij,其中，1≤i≤M,1≤i≤N,M为电池箱系统的个数，N为第i个电池箱系统中电池管理系统BMS的个数；

集控设备KQi接收储能变流器PCSij传送的SOCij，并根据SOCij计算得到SOCi，储能监控系统EMS接收集控设备KQi传送的SOCi，并根据SOCi计算得到SOC；其中，电池管理系统BMSij对应的SOC阈值范围为A4(BMS_min,BMS_max)，储能变流器PCSij对应的SOC阈值范围为A3(PCS_min,PCS_max)，集控设备KQi对应的SOC阈值范围为A2(KQ_min,KQ_max)，储能监控系统EMS对应的SOC阈值范围为A1(EMS_min,EMS_max)，BMS_min≤PCS_min≤KQ_min≤EMS_min，BMS_max≥PCS_max≥KQ_max≥EMS_max；

储能监控系统EMS判定SOC超出A1时，储能监控系统控制M个电池箱系统执行预设功率限制处理策略；

当SOC未超出A1，且集控设备KQi判定SOCi超出A2时，集控设备KQi控制第i个电池箱系统执行预设功率限制处理策略；

当SOCi未超出A2，且储能变流器PCSij判定SOCij超过A3时，储能变流器PCSij控制电池管理系统BMSij执行预设功率限制处理策略；

当SOCij未超过A3，且电池管理系统BMSij判定SOCij超过A4时，电池管理系统BMSij控制自身执行预设功率限制处理策略。

作为本发明的进一步改进，集控设备KQi根据SOCij计算得到SOCi的步骤，包括：

集控设备KQi按照根据公式(1)计算SOCi:

SOCi＝(SOCi1+SOCi2+…+SOCij+…+SOCiN)/N (1)。

作为本发明的进一步改进，储能监控系统EMS根据SOCi计算得到SOC的步骤，包括：

储能监控系统EMS按照公式(2)计算SOC：

SOC＝(SOC1+SOC2+…+SOCi+…SOCM)/M (2)。

作为本发明的进一步改进，储能监控系统EMS控制M个电池箱系统执行预设功率限制处理策略的步骤，包括：

储能监控系统EMS接收上层发送的功率控制指令；

储能监控系统EMS判断功率控制指令是充电指令还是放电指令；

若功率控制指令是充电指令且SOC>EMS_max，则储能监控系统EMS限制M个电池箱系统的充电功率为0，且不对M个电池箱系统的放电功率进行限制；

若功率控制指令是放电指令且SOC<EMS_min，则储能监控系统EMS限制M个电池箱系统的放电功率为0，且不对M个电池箱系统的充电功率进行限制。

作为本发明的进一步改进，集控设备KQi控制第i个电池箱系统执行预设功率限制处理策略的步骤，包括：

集控设备KQi接收储能监控系统EMS发送的功率控制指令；

集控设备KQi判断功率控制指令是充电指令还是放电指令；

若功率控制指令是充电指令且SOCi>KQ_max，则集控设备KQi限制第i个电池箱系统的充电功率为0，且不对第i个电池箱系统的放电功率进行限制；

若功率控制指令是放电指令且SOCi<KQ_min，则集控设备KQi限制第i个电池箱系统的放电功率为0，且不对第i个电池箱系统的充电功率进行限制。

作为本发明的进一步改进，储能变流器PCSij控制电池管理系统BMSij执行预设功率限制处理策略的步骤，包括：

储能变流器PCSij接收集控设备KQi发送的功率控制指令；

储能变流器PCSij判断功率控制指令是充电指令还是放电指令；

若功率控制指令是充电指令且SOCij>PCS_max，则储能变流器PCSij限制电池管理系统BMSij的充电功率为0，且不对电池管理系统BMSij的放电功率进行限制；

若功率控制指令是放电指令且SOCij<PCS_min，则储能变流器PCSij限制电池管理系统BMSij的放电功率为0，且不对电池管理系统BMSij的充电功率进行限制。

作为本发明的进一步改进，电池管理系统BMSij控制自身执行预设功率限制处理策略的步骤，包括：

电池管理系统BMSij接收储能变流器PCSij发送的功率控制指令；

电池管理系统BMSij判断功率控制指令是充电指令还是放电指令；

若功率控制指令是充电指令且BMS_SOCij>BMS_max，则电池管理系统BMSij限制自身的充电功率为0，且不对自身的放电功率进行限制；

若功率控制指令是放电指令且BMS_SOCij<BMS_min，电池管理系统BMSij限制自身的放电功率为0，且不对自身的充电功率进行限制。

与现有技术相比，本发明的储能监控系统、集控设备、储能变流器和电池管理系统根据SOC分层进行功率限制，提前预防了电池管理系统在充放电过程中，出现过压、欠压、过流等情况的发生，从而降低了过压、欠压、过流等情况发生的概率，进而减少了人工维护的次数，因此，既减少了维护成本，也提升了调频储能系统的运行稳定性能。

附图说明

图1为本发明调频储能系统一个实施例的框架结构示意图；

图2为本发明基于调频储能系统的多级功率限制保护方法一个实施例的流程示意图；

图3为本发明基于调频储能系统的多级功率限制保护方法中储能监控系统功率限制流程一个实施例的流程示意图；

图4为本发明基于调频储能系统的多级功率限制保护方法中集控设备功率限制流程一个实施例的流程示意图；

图5为本发明基于调频储能系统的多级功率限制保护方法中储能变流器功率限制流程一个实施例的流程示意图；

图6为本发明基于调频储能系统的多级功率限制保护方法中电池管理系统功率限制流程一个实施例的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，附图中类似的组件标号代表类似的组件。显然，以下将描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1展示了本发明调频储能系统的一个实施例。在本实施例中，该调频储能系统包括AGC控制系统层、储能监控系统层、中压箱系统层和电池箱系统层，其中，该中压箱系统层包括多个中压箱系统，每一个中压箱系统包括多个储能变流器PCS和一个集控设备，该电池箱系统层包括多个电池箱系统，每一个电池箱系统包括多个电池管理系统，每一个电池管理系统对应一个储能变流器。

为了更加详细说明本发明的技术方案，以中压箱系统层包括4个中压箱系统、电池箱系统层包括4个电池箱系统为例，对本案进行详细说明。

参见图1，该调频储能系统包括AGC控制系统层1、储能监控系统层2、中压箱系统层3和电池箱系统层4，其中，该中压箱系统层3包括第1个中压箱系统、第2个中压箱系统、第3个中压箱系统和第4个中压箱系统，该电池箱系统层4包括第1个电池箱系统、第2个电池箱系统、第3个电池箱系统和第4个电池箱系统。

具体地，第1个中压箱系统包括集控设备KQ1、储能变流器PCS1-1、储能变流器PCS1-2、储能变流器PCS1-3、储能变流器PCS1-4；......；第4个中压箱系统包括集控设备KQ4、储能变流器PCS4-1、储能变流器PCS4-2、储能变流器PCS4-3、储能变流器PCS4-4。

第1个电池箱系统包括电池管理系统BMS1-1、电池管理系统BMS1-2、电池管理系统BMS1-3和电池管理系统BMS1-4；......；第4个电池箱系统包括电池管理系统BMS4-1、电池管理系统BMS4-2、电池管理系统BMS4-3和电池管理系统BMS4-4。

进一步地，电池管理系统BMSi-j与储能变流器PCSi-j通信连接。

至此，己经详细介绍了本发明实施例调频储能系统的硬件结构。下面，将基于上述调频储能系统，提出本发明的各个实施例。

图2-图6展示了本发明基于调频储能系统的多级功率限制保护方法的一个实施例。在本实施例中，如图2所示，该基于调频储能系统的多级功率限制保护方法，包括如下步骤：

步骤S1，电池管理系统BMSij获取SOCij，并将SOCij传送至储能变流器PCSij,其中，1≤i≤M,1≤i≤N,M为电池箱系统的个数，N为第i个电池箱系统中电池管理系统BMS的个数。

在本实施例中，该储能变流器PCSij为第i个中压箱系统中的第j个储能变流器PCS。

步骤S2，集控设备KQi接收储能变流器PCSij传送的SOCij，并根据SOCij计算得到SOCi，储能监控系统EMS接收集控设备KQi传送的SOCi，并根据SOCi计算得到SOC；其中，电池管理系统BMSij对应的SOC阈值范围为A4(BMS_min,BMS_max)，储能变流器PCSij对应的SOC阈值范围为A3(PCS_min,PCS_max)，集控设备KQi对应的SOC阈值范围为A2(KQ_min,KQ_max)，储能监控系统EMS对应的SOC阈值范围为A1(EMS_min,EMS_max)，BMS_min≤PCS_min≤KQ_min≤EMS_min，BMS_max≥PCS_max≥KQ_max≥EMS_max。

在本实施例的基础上，其他实施例中，在该步骤S2中，集控设备KQi按照根据公式(1)计算SOCi:

SOCi＝(SOCi1+SOCi2+…+SOCij+…+SOCiN)/N (1)。

具体地，假设第1个电池箱系统包括电池管理系统BMS1-1，与电池管理系统BMS1-1对应的SOC值为SOC11、电池管理系统BMS1-2，与电池管理系统BMS1-2对应的SOC值为SOC12、电池管理系统BMS1-3，与电池管理系统BMS1-3对应的SOC值为SOC13、电池管理系统BMS1-4，与电池管理系统BMS1-4对应的SOC值为SOC14。

则SOC1＝(SOC11+SOC12+SOC13+SOC14)/4。

在本实施例的基础上，其他实施例中，在该步骤S2中，储能监控系统EMS按照公式(2)计算SOC：

SOC＝(SOC1+SOC2+…+SOCi+…SOCM)/M (2)。

具体地，假设中压箱系统层包括第1中压箱系统、第2中压箱系统、第3中压箱系统和第4中压箱系统，其中，与第1中压箱系统的KQ1对应的SOC至为SOC1，与第2中压箱系统的KQ1对应的SOC至为SOC2，与第3中压箱系统的KQ1对应的SOC至为SOC3，与第4中压箱系统的KQ1对应的SOC至为SOC4。

则SOC＝(SOC1+SOC2+SOC3+SOC4)/4。

步骤S3，储能监控系统EMS判断SOC是否超出A1。当SOC超出A1时，执行步骤S4，当SOC未超过A1时，执行S5。

在本实施例中，储能监控系统EMS对应的SOC阈值范围为A1(EMS_min,EMS_max)。

步骤S4，储能监控系统控制M个电池箱系统执行预设功率限制处理策略。

在本实施例的基础上，其他实施例中，参见图3，该步骤S4包括：

步骤S40，储能监控系统EMS接收上层发送的功率控制指令。

步骤S41，储能监控系统EMS判断功率控制指令是充电指令还是放电指令；若功率控制指令是充电指令，则执行步骤S42；若功率控制指令是放电指令，则执行步骤S43。

步骤S42，当SOC>EMS_max时,储能监控系统EMS限制M个电池箱系统的充电功率为0，且不对M个电池箱系统的放电功率进行限制。

步骤S43，当SOC<EMS_min时,储能监控系统EMS限制M个电池箱系统的放电功率为0，且不对M个电池箱系统的充电功率进行限制。

本实施例可以对整个电池箱系统层进行同步功率控制，进而提升了功率限制效率。

步骤S5，集控设备KQi判断SOCi是否超出A2。当SOCi超出A2时，执行步骤S6，当SOCi未超出A2时，执行步骤S7。

在本实施例中，集控设备KQi对应的SOC阈值范围为A2(KQ_min,KQ_max)。

步骤S6，集控设备KQi控制第i个电池箱系统执行预设功率限制处理策略。

在本实施例的基础上，其他实施例中，参见图4，该步骤S6包括：

步骤S60，集控设备KQi接收储能监控系统EMS发送的功率控制指令；

步骤S61，集控设备KQi判断功率控制指令是充电指令还是放电指令；若功率控制指令是充电指令，则执行步骤S62。若功率控制指令是放电指令，则执行步骤S63。

步骤S62，当SOCi>KQ_max时，集控设备KQi限制第i个电池箱系统的充电功率为0，且不对第i个电池箱系统的放电功率进行限制；

步骤S63，当SOCi<KQ_min时，集控设备KQi限制第i个电池箱系统的放电功率为0，且不对第i个电池箱系统的充电功率进行限制。

本实施例根据SOC判定某一个电池箱系统将会出现过压、过流等情况，对整一个电池箱系统进行功率限制操作，提升了功率限制效率。

步骤S7，储能变流器PCSij判断SOCij是否超过A3。当SOCij超过A3，则执行步骤S8。当SOCij未超过A3，则执行步骤S9。

在本实施例中，储能变流器PCSij对应的SOC阈值范围为A3(PCS_min,PCS_max)。

步骤S8，储能变流器PCSij控制电池管理系统BMSij执行预设功率限制处理策略。

在本实施例的基础上，其他实施例中，参见图5，该步骤S8包括：

步骤S80，储能变流器PCSij接收集控设备KQi发送的功率控制指令。

步骤S81，储能变流器PCSij判断功率控制指令是充电指令还是放电指令；若功率控制指令是充电指令，则执行步骤S82；若功率控制指令是放电指令，则执行步骤S83。

步骤S82，当SOCij>PCS_max时,储能变流器PCSij限制电池管理系统BMSij的充电功率为0，且不对电池管理系统BMSij的放电功率进行限制。

步骤S83，当SOCij<PCS_min时,储能变流器PCSij限制电池管理系统BMSij的放电功率为0，且不对电池管理系统BMSij的充电功率进行限制。

步骤S9，电池管理系统BMSij判断SOCij是否超过A4。当SOCij超过A4，则执行步骤S10。当SOCij未超过A4，则执行步骤S11。

在本实施例中，电池管理系统BMSij对应的SOC阈值范围为A4(BMS_min,BMS_max)。

步骤S10，电池管理系统BMSij控制自身执行预设功率限制处理策略。

在本实施例的基础上，其他实施例中，参见图6，该步骤S10包括：

步骤S100，电池管理系统BMSij接收储能变流器PCSij发送的功率控制指令；

步骤S101，电池管理系统BMSij判断功率控制指令是充电指令还是放电指令；若功率控制指令是充电指令，则执行步骤S102；若功率控制指令是放电指令，则执行步骤S103。

步骤S102，当BMS_SOCij>BMS_max时，电池管理系统BMSij限制自身的充电功率为0，且不对自身的放电功率进行限制；

步骤S103，当BMS_SOCij<BMS_min时，电池管理系统BMSij限制自身的放电功率为0，且不对自身的充电功率进行限制。

步骤S11，M个电池箱系统均无需执行预设功率限制处理策略。

本实施例的储能监控系统、集控设备、储能变流器和电池管理系统根据SOC分层进行功率限制，提前预防了电池管理系统在充放电过程中，出现过压、欠压、过流等情况的发生，从而降低了过压、欠压、过流等情况发生的概率，进而减少了人工维护的次数，因此，既减少了维护成本，也提升了调频储能系统的运行稳定性能。

应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。

以上对发明的具体实施方式进行了详细说明，但其只作为范例，本发明并不限制与以上描述的具体实施方式。对于本领域的技术人员而言，任何对该发明进行的等同修改或替代也都在本发明的范畴之中，因此，在不脱离本发明的精神和原则范围下所作的均等变换和修改、改进等，都应涵盖在本发明的范围内。

Claims (7)

1.一种基于调频储能系统的多级功率限制保护方法，其特征在于，其包括：

电池管理系统BMSi j获取SOCi j，并将所述SOCi j传送至所述储能变流器PCSij,其中，1≤i≤M,1≤i≤N,M为电池箱系统的个数，N为第i个电池箱系统中电池管理系统BMS的个数；

集控设备KQi接收所述储能变流器PCSij传送的SOCij，并根据所述SOCij计算得到SOCi，储能监控系统EMS接收所述集控设备KQi传送的所述SOCi，并根据所述SOCi计算得到SOC；其中，所述电池管理系统BMSi j对应的SOC阈值范围为A4(BMS_min,BMS_max)，所述储能变流器PCSij对应的SOC阈值范围为A3(PCS_min,PCS_max)，所述集控设备KQi对应的SOC阈值范围为A2(KQ_min,KQ_max)，所述储能监控系统EMS对应的SOC阈值范围为A1(EMS_min,EMS_max)，BMS_min≤PCS_min≤KQ_min≤EMS_min，BMS_max≥PCS_max≥KQ_max≥EMS_max；

所述储能监控系统EMS判定所述SOC超出所述A1时，所述储能监控系统控制M个电池箱系统执行预设功率限制处理策略；

当所述SOC未超出所述A1，且集控设备KQi判定所述SOCi超出所述A2时，所述集控设备KQi控制第i个电池箱系统执行所述预设功率限制处理策略；

当所述SOCi未超出所述A2，且所述储能变流器PCSi j判定所述SOCi j超过所述A3时，所述储能变流器PCSi j控制所述电池管理系统BMSij执行所述预设功率限制处理策略；

当所述SOCi j未超过所述A3，且所述电池管理系统BMSi j判定所述SOCij超过所述A4时，所述电池管理系统BMSij控制自身执行所述预设功率限制处理策略。

2.根据权利要求1所述的基于调频储能系统的多级功率限制保护方法，其特征在于，所述集控设备KQi根据所述SOCij计算得到SOCi的步骤，包括：

所述集控设备KQi按照根据公式(1)计算SOCi:

SOCi＝(SOCi 1+SOCi2+…+SOCij+…+SOCiN)/N(1)。

3.根据权利要求1所述的基于调频储能系统的多级功率限制保护方法，其特征在于，所述储能监控系统EMS根据所述SOCi计算得到SOC的步骤，包括：

所述储能监控系统EMS按照公式(2)计算SOC：

SOC＝(SOC1+SOC2+…+SOCi+…SOCM)/M(2)。

4.根据权利要求1所述的基于调频储能系统的多级功率限制保护方法，其特征在于，所述储能监控系统EMS控制M个电池箱系统执行预设功率限制处理策略的步骤，包括：

所述储能监控系统EMS接收上层发送的功率控制指令；

所述储能监控系统EMS判断所述功率控制指令是充电指令还是放电指令；

若所述功率控制指令是所述充电指令且SOC>EMS_max，则所述储能监控系统EMS限制所述M个电池箱系统的充电功率为0，且不对所述M个电池箱系统的放电功率进行限制；

若所述功率控制指令是所述放电指令且SOC<EMS_min，则所述储能监控系统EMS限制所述M个电池箱系统的放电功率为0，且不对所述M个电池箱系统的充电功率进行限制。

5.根据权利要求1所述的基于调频储能系统的多级功率限制保护方法，其特征在于，所述集控设备KQi控制第i个电池箱系统执行所述预设功率限制处理策略的步骤，包括：

所述集控设备KQi接收所述储能监控系统EMS发送的功率控制指令；

所述集控设备KQi判断所述功率控制指令是充电指令还是放电指令；

若所述功率控制指令是所述充电指令且SOCi>KQ_max，则所述集控设备KQi限制所述第i个电池箱系统的充电功率为0，且不对所述第i个电池箱系统的放电功率进行限制；

若所述功率控制指令是所述放电指令且SOCi<KQ_min，则所述集控设备KQi限制所述第i个电池箱系统的放电功率为0，且不对所述第i个电池箱系统的充电功率进行限制。

6.根据权利要求1所述的基于调频储能系统的多级功率限制保护方法，其特征在于，所述储能变流器PCSi j控制所述电池管理系统BMSij执行所述预设功率限制处理策略的步骤，包括：

所述储能变流器PCSij接收所述集控设备KQi发送的功率控制指令；

所述储能变流器PCSij判断所述功率控制指令是充电指令还是放电指令；

若所述功率控制指令是所述充电指令且SOCij>PCS_max，则所述储能变流器PCSij限制所述电池管理系统BMSij的充电功率为0，且不对所述电池管理系统BMSi j的放电功率进行限制；

若所述功率控制指令是所述放电指令且SOCij<PCS_min，则所述储能变流器PCSij限制所述电池管理系统BMSij的放电功率为0，且不对所述电池管理系统BMSi j的充电功率进行限制。

7.根据权利要求1所述的基于调频储能系统的多级功率限制保护方法，其特征在于，所述电池管理系统BMSi j控制自身执行所述预设功率限制处理策略的步骤，包括：

所述电池管理系统BMSi j接收所述储能变流器PCSij发送的功率控制指令；

所述电池管理系统BMSi j判断所述功率控制指令是充电指令还是放电指令；

若所述功率控制指令是所述充电指令且BMS_SOCij>BMS_max，则所述电池管理系统BMSij限制自身的充电功率为0，且不对自身的放电功率进行限制；

若所述功率控制指令是所述放电指令且BMS_SOCij<BMS_min，所述所述电池管理系统BMSij限制自身的放电功率为0，且不对自身的充电功率进行限制。

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