CN109378846B - 储能电站中储能变流器的电池模块充放电控制方法与装置 - Google Patents

储能电站中储能变流器的电池模块充放电控制方法与装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及储能电站中储能变流器的电池模块充放电控制方法与装置，属于储能电站的储能技术领域，充电控制方法对正在充电的各组电池模块，通过监控各组电池模块的剩余荷电量，将对比得到的最大剩余荷电量和最小剩余荷电量按照上述设定条件进行判断，在满足设定条件时切除最大剩余荷电量对应组的电池模块，不断重复前述过程，直至剩余最后一组电池模块，将全部电池模块再次投入充电，仍监控各组电池模块的剩余荷电量，将最大剩余荷电量达到设定上限的电池模块切除，直至所有电池模块切除为止。本发明在一定程度上缩减了电池模块之间剩余荷电量的不一致性，有效提高了储能电池的利用率，保证了储能电池的使用寿命，减少了更换储能电池的经济成本。

Description

储能电站中储能变流器的电池模块充放电控制方法与装置
技术领域
本发明属于储能电站的储能技术领域，具体涉及储能电站中储能变流器的电池模块充放电控制方法与装置。
背景技术
在电源侧，储能可平抑新能源发电功率波动，减少弃风/弃光，参与电网调频和调峰；在电网侧，储能可参与电网的调峰、调压和调频，并作为黑启动电源使用；在用户侧，储能可削峰填谷、平抑负荷、减少对供电容量需求和减缓配电网投资。基于上述众多优势，大规模用于储能的电化学储能电池得到了广泛的应用。但是，电化学储能电池在使用的过程，由于在充放电过程中存在电池簇之间存在剩余电量的不一致性，导致储能电站中的电化学储能电池在充电过程存在充不满和在放电过程存在放不尽的问题，降低了储能电池的利用率，影响储能电池的使用寿命。
发明内容
本发明的目的是提供储能电站中储能变流器的电池模块充放电控制方法与装置，用于解决现有储能电站中储能电池在充电或放电过程中，由于剩余荷电量不一致导致的储能电池低利用率的问题。
为解决上述技术问题，本发明提出一种储能电站中储能变流器的电池模块充电控制方法，包括以下步骤：
a1)获取正在充电的各组电池模块的剩余荷电量，当得到的最大剩余荷电量和最小剩余荷电量满足充电电量不均衡的设定条件时，降低储能变流器向各电池模块输出的功率，切除最大剩余荷电量对应组的电池模块；
a2)重复步骤a1)中的内容，直到剩余最后一组电池模块为止；
a3)控制储能变流器对所有组电池模块进行再次充电；
a4)获取正在充电的各组电池模块的剩余荷电量，当得到的最大剩余荷电量大于或等于第一设定阈值时，降低储能变流器向各电池模块输出的功率，当最大剩余荷电量达到设定上限时，切除最大剩余荷电量对应组的电池模块；第一设定阈值小于所述设定上限；
a5)重复步骤a4)中的内容，直到所有电池模块全部切除为止。
为解决上述技术问题，本发明还提出一种储能电站中储能变流器的电池模块充电控制装置，包括处理器，用于执行指令以实现上述电池模块充电控制方法。
本发明的电池模块充电控制方法与装置，针对正在充电的各组电池模块，将充电过程分为两个充电阶段，对于第一充电阶段，通过监控各组电池模块的剩余荷电量，即将对比得到的最大剩余荷电量和最小剩余荷电量按照上述设定条件进行判断，在满足设定条件时切除最大剩余荷电量对应组的电池模块，并不断重复前述过程，直至剩余最后一组电池模块；对于第二充电阶段，将全部电池模块再次投入进行充电，仍监控各组电池模块的剩余荷电量，将最大剩余荷电量达到设定上限的电池模块切除，直至所有电池模块切除为止。本发明在一定程度上缩减了电池模块之间剩余荷电量的不一致性，有效提高了储能电池的利用率，一定程度上保证了储能电池的使用寿命，减少了更换储能电池的经济成本。
在第二充电阶段时各电池模块已经达到一定电量，储能变流器不需要向各电池模块输出太大的充电功率，因此，在步骤a3)中，在控制储能变流器对所有组电池模块进行再次充电之前，控制储能变流器向各电池模块输出的功率为初始充电功率的一半，即可保证将各电池模块的电量充满。
以上步骤a2)和步骤a4)中，降低储能变流器向各电池模块输出的功率为(P-I1×U)，其中，P为储能变流器的当前输出功率，I1为最大剩余荷电量对应组的电池模块的电流，U为储能变流器的直流侧电压。
进一步，所述充电电量不均衡的设定条件为：所述最大剩余荷电量小于或等于第二设定阈值，且最大剩余荷电量和最小剩余荷电量之间的差值大于第一设定差值。
为解决上述技术问题，本发明提出一种储能电站中储能变流器的电池模块放电控制方法，包括以下步骤：
b1)获取正在放电的各组电池模块的剩余荷电量，当得到的最大剩余荷电量和最小剩余荷电量满足放电电量不均衡的设定条件时，降低储能变流器向各电池模块输出的功率，切除最小剩余荷电量对应组的电池模块；
b2)重复步骤b1)中的内容，直到剩余最后一组电池模块为止；
b3)控制所有组电池模块对储能变流器进行再次放电；
b4)获取正在放电的各组电池模块的剩余荷电量，当得到的最小剩余荷电量小于或等于第三设定阈值时，降低储能变流器向各电池模块输出的功率，当最小剩余荷电量达到设定下限时，切除最小剩余荷电量对应组的电池模块；第三设定阈值大于所述设定下限；
b5)重复步骤b4)中的内容，直到所有电池模块全部切除为止。
为解决上述技术问题，本发明提出一种储能电站中储能变流器的电池模块放电控制装置，包括处理器，处理器用于执行指令以实现上述电池模块放电控制方法。
本发明的电池模块放电控制方法与装置，针对正在放电的各组电池模块，将放电过程分为两个放电阶段，对于第一放电阶段，通过监控各组电池模块的剩余荷电量，即将对比得到的最大剩余荷电量和最小剩余荷电量按照上述设定条件进行判断，在满足设定条件时切除最小剩余荷电量对应组的电池模块，并不断重复前述过程，直至剩余最后一组电池模块；对于第二放电阶段，将全部电池模块再次投入进行放电，仍监控各组电池模块的剩余荷电量，将最小剩余荷电量达到设定下限的电池模块切除，直至所有电池模块切除为止。本发明在一定程度上缩减了电池模块之间剩余荷电量的不一致性，有效提高了储能电池的利用率，一定程度上保证了储能电池的使用寿命，减少了更换储能电池的经济成本。
在第二放电阶段时各电池模块已经达到一定电量，储能变流器不需要向各电池模块输出太大的放电功率，因此，以上步骤b3)中，在控制所有组电池模块对储能变流器进行再次放电之前，控制储能变流器向各电池模块输出的功率为初始放电功率的一半。
以上步骤b2)和步骤b4)中，降低储能变流器向各电池模块输出的功率为(P-I2×U)，其中，P为储能变流器的当前输出功率，I2为最小剩余荷电量对应组的电池模块的电流，U为储能变流器的直流侧电压。
进一步，所述放电电量不均衡的设定条件为：所述最小剩余荷电量小于等于第四设定阈值，且最大剩余荷电量和最小剩余荷电量之间的差值大于第二设定差值。
附图说明
图1是本发明的储能电站系统框架图；
图2是本发明的整体控制流程图；
图3是本发明的电池模块充电控制流程图；
图4是本发明的电池模块放电控制流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。
本发明提出一种储能电站中储能变流器的电池簇控制方法，包括充电控制方法和放电控制方法。该充电控制方法和放电控制方法适用于如图1所示的储能电站系统，储能变流器的交流侧用于连接电网、直流侧通过接触器(K1、…、Km)连接电池簇的各个电池箱(电池箱1、…、电池箱n)，一个接触器对应一个电池簇，每个电池簇包括n个电池箱、n个单体电池管理单元和1个电池簇管理单元，各个电池箱通过对应的单体电池管理单元通信连接至电池簇管理单元，各个电池簇管理单元(电池簇管理单元1、…、电池簇管理单元m)通过电池管理系统通信管理单元连接就地监控系统。
储能电站系统采用三级通讯架构，包括单体电池管理单元、电池簇管理单元和电池管理系统通信管理单元，单体电池管理单元管理电池组内所有电池，电池簇管理单元负责电池簇的充放电控制和接触器控制，电池管理系统通信管理单元负责和储能变流器、就地监控系统通信，就地监控系统用于进行本发明的电池簇控制方法，将下达的各种控制命令通过电池管理系统通信管理单元下发至各个电池簇管理单元。
就地监控系统还通信连接储能变流器，用于获取并判断储能变流器的状态，如果判断为储能变流器对电池簇进行充电，则进入充电控制方法的充电控制流程，如果判断为电池簇对储能变流器放电，则进入放电控制方法的放电控制流程，如图2所示。
如图3所示的充电控制流程，包括以下两个充电阶段：
第一充电阶段：
(1)统计正在充电的各电池簇的剩余荷电量，分别记为SOC1、SOC2、…、SOCm，并获取其中的最大剩余荷电量和最大剩余荷电量。
(2)当最大剩余荷电量和最小剩余荷电量满足充电电量不均衡的设定条件，充电电量不均衡的设定条件为最大剩余荷电量小于或等于设定阈值A(例如90％)，且最大剩余荷电量和最大剩余荷电量的差值△SOC大于a，此时，降低储能变流器向各电池簇输出的功率为(P-I1×U)，其中，P为储能变流器的当前输出功率，I1为最大剩余荷电量对应组的电池簇的电流，U为储能变流器的直流侧电压。
(3)降低储能变流器向各电池簇输出的功率后，切除最大剩余荷电量对应组的电池簇。
(4)重复步骤(2)、步骤(3)中的内容，直到剩余最后一组电池簇为止。
第二充电阶段：
(5)控制储能变流器向各电池簇输出的功率为初始充电功率的一半，控制储能变流器对所有组电池簇进行再次充电。
(6)获取正在充电的各组电池簇的剩余荷电量，当得到的最大剩余荷电量大于或等于设定阈值B(例如95％)时，降低储能变流器向各电池簇输出的功率，降低后的功率仍按照(P-I1×U)求取。当最大剩余荷电量达到设定上限(例如99％)时，切除最大剩余荷电量对应组的电池簇。
(7)重复步骤(6)中的内容，直到所有电池簇全部切除、停止充电为止。
如图4所示的放电控制流程，包括以下两个放电阶段：
第一放电阶段：
(1)统计正在放电的各电池簇的剩余荷电量，分别记为SOC1、SOC2、…、SOCm，并获取其中的最大剩余荷电量和最大剩余荷电量。
(2)当最大剩余荷电量和最小剩余荷电量满足放电电量不均衡的设定条件，放电电量不均衡的设定条件为最小剩余荷电量小于或等于设定阈值C(例如20％)，且最大剩余荷电量和最大剩余荷电量的差值△SOC大于b，此时，降低储能变流器向各电池簇输出的功率为(P-I2×U)，其中，P为储能变流器的当前输出功率，I2为最小剩余荷电量对应组的电池簇的电流，U为储能变流器的直流侧电压。
(3)降低储能变流器向各电池簇输出的功率后，切除最小剩余荷电量对应组的电池簇。
(4)重复步骤(2)、步骤(3)中的内容，直到剩余最后一组电池簇为止。
第二放电阶段：
(5)控制储能变流器向各电池簇输出的功率为初始放电功率的一半，控制储能变流器对所有组电池簇进行再次放电。
(6)获取正在放电的各组电池簇的剩余荷电量，当得到的最小剩余荷电量小于或等于设定阈值D(例如10％)时，降低储能变流器向各电池簇输出的功率为(P-I2×U)，其中，P为储能变流器的当前输出功率，I2为最小剩余荷电量对应组的电池模块的电流，U为储能变流器的直流侧电压。当最小剩余荷电量达到设定下限(例如5％)时，切除最小剩余荷电量对应组的电池簇。
(7)重复步骤(6)中的内容，直到所有电池簇全部切除、停止放电为止。
本发明的充电控制流程和放电控制流程均分为两个阶段，对于充电控制流程，第一充电阶段通过在充电过程中对比△SOC的大小，实现在宽范围内缩小各电池簇之间剩余荷电量的不一致性，第二充电阶段通过在最大剩余荷电量大于或等于设定阈值B时，可立即切除对应的电池簇，直到所有电池簇停机为止，实现在小范围内缩小各电池簇之间剩余荷电量的不一致性，达到充满电的目的。对于放电控制流程，第一放电阶段在放电过程中对比△SOC的大小，实现在宽范围内缩小各电池簇之间剩余荷电量的不一致性，第二放电阶段通过在最小剩余荷电量小于或等于设定阈值D时，可立即切除对应的电池簇，直到所有电池簇停机为止，实现在小范围内缩小各电池簇之间剩余荷电量的不一致性，达到电放尽的目的。本发明有效提高了储能电池的利用率，保证了储能电池的使用寿命，减少了更换储能电池的经济成本。
上述充电/放电电量不均衡的设定条件可以根据需要进行设置，以充电电量不均衡的设定条件为例，充电电量不均衡的设定条件还可以为：依次按照剩余荷电量从大到小取前n个电池模块的平均剩余荷电量作为最大剩余荷电量，依次按照剩余荷电量从小到大取前n个电池模块的平均剩余荷电量作为最小剩余荷电量，当最大剩余荷电量与最小剩余荷电量的差值大于或等于某一设定阈值时，表示充电电量不均衡，需要降低储能变流器向各电池簇输出的功率。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化，例如上述电池簇可以采用电池模块代替，而不需要多个电池箱、单体电池管理单元和电池簇管理单元，电池模块通过电池管理系统通信管理单元连接就地监控系统，直接由就地监控系统负责电池模块的充放电控制和接触器控制。又如，就地监控系统可以仅采用充电控制方法或放电控制方法实现储能电池的剩余荷电量的一致性，而不必同时采用充电控制方法和放电控制方法，只是仅采用充电控制方法或放电控制方法没有同时采用时的效果好。因此，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。
本发明还提出一种储能电站中储能变流器的电池模块充电/放电控制装置，包括处理器，用于执行指令以实现上述充电/放电控制方法。且上述所指的电池模块充电/放电控制装置，实际上是基于本发明方法流程的一种计算机解决方案，即一种软件构架，可以应用到就地监控系统中，上述装置即为与方法流程相对应的处理进程。由于对上述方法的介绍已经足够清楚完整，故不再详细进行描述。

Claims (10)

1.一种储能电站中储能变流器的电池模块充电控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
a1)获取正在充电的各组电池模块的剩余荷电量，当得到的最大剩余荷电量和最小剩余荷电量满足充电电量不均衡的设定条件时，降低储能变流器向各电池模块的充电功率，切除最大剩余荷电量对应组的电池模块；
a2)重复步骤a1)中的内容，直到剩余最后一组电池模块为止；
a3)控制储能变流器对所有组电池模块进行再次充电；
a4)获取正在充电的各组电池模块的剩余荷电量，当得到的最大剩余荷电量大于或等于第一设定阈值时，降低储能变流器向各电池模块的充电功率，当最大剩余荷电量达到设定上限时，切除最大剩余荷电量对应组的电池模块；第一设定阈值小于所述设定上限；
a5)重复步骤a4)中的内容，直到所有电池模块全部切除为止。
2.根据权利要求1所述的储能电站中储能变流器的电池模块充电控制方法，其特征在于，步骤a3)中，在控制储能变流器对所有组电池模块进行再次充电之前，控制储能变流器向各电池模块的充电功率为初始充电功率的一半。
3.根据权利要求1所述的储能电站中储能变流器的电池模块充电控制方法，其特征在于，所述降低储能变流器向各电池模块的充电功率为P-I1×U，其中，P为储能变流器的当前充电功率，I1为最大剩余荷电量对应组的电池模块的电流，U为储能变流器的直流侧电压。
4.根据权利要求1所述的储能电站中储能变流器的电池模块充电控制方法，其特征在于，所述充电电量不均衡的设定条件为：所述最大剩余荷电量小于或等于第二设定阈值，且最大剩余荷电量和最小剩余荷电量之间的差值大于第一设定差值。
5.一种储能电站中储能变流器的电池模块放电控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
b1)获取正在放电的各组电池模块的剩余荷电量，当得到的最大剩余荷电量和最小剩余荷电量满足放电电量不均衡的设定条件时，降低各电池模块的放电功率，切除最小剩余荷电量对应组的电池模块；
b2)重复步骤b1)中的内容，直到剩余最后一组电池模块为止；
b3)控制所有组电池模块对储能变流器进行再次放电；
b4)获取正在放电的各组电池模块的剩余荷电量，当得到的最小剩余荷电量小于或等于第三设定阈值时，降低各电池模块的放电功率，当最小剩余荷电量达到设定下限时，切除最小剩余荷电量对应组的电池模块；第三设定阈值大于所述设定下限；
b5)重复步骤b4)中的内容，直到所有电池模块全部切除为止。
6.根据权利要求5所述的储能电站中储能变流器的电池模块放电控制方法，其特征在于，步骤b3)中，在控制所有组电池模块对储能变流器进行再次放电之前，控制各电池模块的放电功率为初始放电功率的一半。
7.根据权利要求5所述的储能电站中储能变流器的电池模块放电控制方法，其特征在于，所述降低各电池模块的放电功率为P-I2×U，其中，P为各电池模块的当前放电功率，I2为最小剩余荷电量对应组的电池模块的电流，U为储能变流器的直流侧电压。
8.根据权利要求5所述的储能电站中储能变流器的电池模块放电控制方法，其特征在于，所述放电电量不均衡的设定条件为：所述最小剩余荷电量小于等于第四设定阈值，且最大剩余荷电量和最小剩余荷电量之间的差值大于第二设定差值。
9.一种储能电站中储能变流器的电池模块充电控制装置，其特征在于，包括处理器，处理器用于执行指令以实现如权利要求1-4任一项所述的电池模块充电控制方法。
10.一种储能电站中储能变流器的电池模块放电控制装置，其特征在于，包括处理器，处理器用于执行指令以实现如权利要求5-8任一项所述的电池模块放电控制方法。
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