CN111048849A - 一种直挂式储能系统的电池能量管理系统及方法 - Google Patents

一种直挂式储能系统的电池能量管理系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供的一种直挂式储能系统的电池能量管理系统包括：DC隔离电源、与DC隔离电源连接的BCM主机单元、PCS功率单元、本地控制单元；PCS功率单元和本地控制单元接入主回路；PCS与DC隔离电源通过继电器连接；BCM主机单元通过干接点与PCS功率单元连接，用于基于DC隔离电源故障的严重告警信息传递给PCS功率单元；BCM主机单元与所述本地控制单元无线通讯连接，还用于将基于DC隔离电源故障的严重告警报文传送给本地控制单元。均衡了每个电池储能容量保护储能电池的安全运行；采用无线通讯方案有效减少了电池管理系统中提供线连接，提高了现场安装的方便性和大容量储能系统的现场调试效率，解决了电磁兼容内容，提高了通讯效果，增强了电池管理系统的可靠性。

Description

一种直挂式储能系统的电池能量管理系统及方法
技术领域
本发明涉及新能源发电和大容量储能领域，具体涉及一种直挂式储能系统的电池能量管理系统及方法。
背景技术
随着大规模新能源发电在电力系统的比重逐步增大，其随机性、间歇性、波动性和反调峰性等固有特性加剧了电力系统的不确定性和风险性，给电网的安全稳定运行带来了新的挑战。通过储能应用技术可以平抑新能源发电的波动性，提升新能源友好并网的能力；增加了电网调频调峰手段和能力，提升电网安全运行能力；可以跟踪计划出力，提升规模化新能源高效消纳能力。
中压直挂式储能变流采用级联H桥电池管理电路结构，每个单元包含一个储能装置，它们各自独立，使得各个储能装置之间的SOC一致性很难保证，需要分层的SOC均衡控制方法；如何实现多层次均衡控制架构，包括相间SOC均衡控制、相内SOC平衡控制、单元电池模块均衡控制是技术难点，目前电池储能的管理系统都采用有线的通讯方式，在中压直挂式储能系统中，有线通讯方式需要解决电磁兼容问题，而且通讯线路比较长，通讯效果差，提高通讯的效率，增强电池管理系统的可靠性是目前待解决的问题。
发明内容
为了解决现有技术中所存在的通讯线路比较长，通讯效果差，电池管理系统可靠性差的问题，本发明提供一种直挂式储能系统的电池能量管理系统及方法。
本发明提供的技术方案是：
一种直挂式储能系统的电池能量管理系统，其特征在于：包括：DC隔离电源、与DC隔离电源连接的BCM主机单元、PCS功率单元、本地控制单元；
所述PCS功率单元和所述本地控制单元接入主回路；所述PCS与DC隔离电源通过继电器连接；
所述BCM主机单元通过干接点与所述PCS功率单元连接，用于基于DC隔离电源故障的严重告警信息传递给所述PCS功率单元；
所述BCM主机单元与所述本地控制单元无线通讯连接，还用于将基于DC隔离电源故障的严重告警报文传送给所述本地控制单元。
优选的，所述本地控制单元包括：通讯连接的HMI主机和PLC，所述PLC还与所述BCM主机单元有线连接；
所述HMI主机，用于无线接收所述BCM主机单元发送的严重告警报文；
所述PLC，用于接收HMI主机选择性发出的严重告警报文信息，并基于所受报文信息对所述主回路进行控制。
优选的，所述PLC与所述HMI主机通过RS485接口连接。
优选的，所述的一种直挂式储能系统的电池能量管理系统，还包括：远程PC机；
所述远程PC机通过RJ45网口与所述HMI主机连接，用于接收HMI发送的严重告警报文数据；
优选的，所述的一种直挂式储能系统的电池能量管理系统，还包括多个BMM采集单元；
多个BMM采集单元与所述DC隔离电源连接，每个所述BMM采集单元无线接入所述BCM主机单元；
所述BMM采集单元，用于将采集到的DC隔离电源中每个电池的电压状态数据和温度状态数据无线发送到BCM主机单元。
优选的，所述BMM的数量为16，16个所述BMM采集单元无线接入一个所述BCM主机单元构成一簇。
一种直挂式储能系统的电池能量管理方法，其特征在于，包括：
BCM主机单元对DC隔离电源电池的状态数据进行处理得到汇总数据，并将汇总数据发送给PCS功率单元和本地控制单元；
本地控制单元根据无线接收到的汇总数据对主回路进行操控；
其中，所述本地控制单元，包括：HMI主机和PLC。
优选的，所述BCM主机单元对DC隔离电源电池的状态数据进行处理得到汇总数据，包括：
BMM采集单元将采集的所述DC隔离电源电池电压状态数据和温度状态数据进行处理和转换，得到中间数据；
所述BMM采集单元通过2.4GH无线通讯将所述中间数据传递给BCM主机单元；
所述BCM主机单元将所有BMM采集单元采集的中间数据进行汇总，得到汇总数据。
优选的，所述BCM主机单元，将汇总数据发送给PCS功率单元，包括：
所述BCM主机单元通过干接点输出将所述汇总数据发送给所述PCS功率单元。
优选的，所述BCM主机单元，将汇总数据发送给本地控制单元，包括：
所述BCM主机单元基于CAN信号转发单元将所述汇总数据以无线通讯的方式发送给所述本地控制单元的HMI主机；
所述HMI主机将所述汇总数据中的严重告警报文信息给所述本地控制单元的PLC。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)本发明提供的一种直挂式储能系统的电池能量管理系统包括：DC隔离电源、与DC隔离电源连接的BCM主机单元、PCS功率单元、本地控制单元；所述PCS功率单元和所述本地控制单元接入主回路；所述PCS与DC隔离电源通过继电器连接；所述BCM主机单元通过干接点与所述PCS功率单元连接，用于基于DC隔离电源故障的严重告警信息传递给所述PCS功率单元；所述BCM主机单元与所述本地控制单元无线通讯连接，还用于将基于DC隔离电源故障的严重告警报文传送给所述本地控制单元。可以优先均衡每个电池储能容量，保护储能电池的安全运行；采用无线通讯方案，有效减少了电池管理系统中提供线连接。
(2)本发明提供的一种直挂式储能系统的电池能量管理系统及方法，提高了现场安装的方便性和大容量储能系统的现场调试效率，解决了电磁兼容内容，提高了通讯效果，增强了电池管理系统的可靠性。
附图说明
图1为本发明的直挂式储能系统电池管理控制结构连接图；
图2为本发明的直挂式储能系统电池管理电路无线采集结构连接图；
图3为本发明的无线模块控制连接图；
图4为现有技术的直挂式储能系统电池和功率单元系统结构图；
图5为本发明实施例中的电池组端电压曲线图；
图6为本发明实施例中的无线模块单体电压变化曲线图；
图7为本发明实施例中的电池组端电压浮充状态图；
图8为本发明实施例中的电池电压波形状态图。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合说明书附图和实例对本发明的内容做进一步的说明。
实施例1：
本发明提供的一种直挂式储能系统的电池能量管理方法及系统，图1为本发明的直挂式储能系统电池管理控制结构连接图，具体技术方案如下：
步骤1：BCM主机单元对DC隔离电源电池的状态数据进行处理得到汇总数据，并将汇总数据发送给PCS功率单元和本地控制单元；
步骤2：本地控制单元根据无线接收到的汇总数据对主回路进行操控；
其中，步骤1：BCM主机单元对DC隔离电源电池的状态数据进行处理得到汇总数据，并将汇总数据发送给PCS功率单元和本地控制单元：
图4为现有技术的直挂式储能系统电池和功率单元系统结构图，如图所示，每相由H桥功率单元串联组成，三相H桥对称布置。储能系统的每个单元模块的ESBMM管理系统对电池的单体电压采集和部分单体温度采集，将处理和转换后的信息发送BCM控制主机单元，主机单元汇总数据后与后台PC主机进行通讯；为了快速可靠输出BCM严重故障告警信息，当BCM产生严重告警时，每簇及时将告警信息以硬件干接点形式输出，产生的严重告警干接点执行后，同时向HMI电池管理主机发送严重告警报文。
所述电池能量管理系统包括：拓扑、HMI电池管理主机、远程PC机、PLC控制柜、PCS功率单元；
无线采集方案每簇拓扑1主16从，每簇主从控电源共用每簇组端DC/DC隔离电源电压，主从之间通过2.4GHZ无线通讯，组端总正和预充继电器通过主控DO输出控制。
步骤2：本地控制单元根据无线接收到的汇总数据对主回路进行操控：
图2为本发明的直挂式储能系统电池管理拓扑无线采集结构连接图，当每簇其中某节单体电芯欠压严重告警时，主控BCM第一时间输出干接点送给本簇PCS功率单元，告警信号紧随其后通过主控无线传输方式，再通过无线接收单元，采用CAN转发送给电池管理系统(BMS)的主机单元；主机单元具备HMI功能，主机通过RJ45网口将数据送给远程PC机，BMS主机单元可以选择性通过RS485接口将严重告警报文及时和中压直挂式储能系统的主控制柜中PLC通讯，因此RS485接口仅提供少量重要运行数据报文信息。
图3为本发明的无线模块控制连接图，无线模块技术指标如下所示：
频率范围：2400-2483.5MHz；
频点间隔：M≥200kHz(建议值M≥500kHz，典型可用频点数≤160个)；
供电电压：DC1.8～3.6V；
有效通讯距离：≤10m(空旷通讯距离≤80m)；
工作温度：-20～85℃；
休眠功耗：≤2A；
工作最大功耗：≤23mA；
数据收发速率：250kbps；
实施例2：
选择8个电池模组，电池并联接入1个单模块采集单元ESBMM，共8个单模块采集单元，在远端5～10米左右范围放置1个智能电池组管理模块BMU，通过无线传输的方式接收单模块采集的电压数据，并通过RS485接入到PC上位机进行显示，观察电压显示的稳定性及数值变化。
(1)以702V/5A恒电限流的方式通过直流源对电池进行充电，通过81欧姆的负载电阻以10A电流对电池进行限流放电，以单体电压范围为2.7～3.4V作为充放电的截止条件，做了2个充放电循环。电池组端的电压曲线如图5所示(横轴是时间点数，纵轴是电池组端电压值)
(2)选择8个电池模组挂载8个无线单模块，在充放电过程中进行电压采集。
充电时，充电数据如表1所示：
Figure BDA0002297023170000061
表1
放电时，放电数据如表2所示：
Figure BDA0002297023170000062
表2(3)其中无线采集方案8个无线模块单体电压变化曲线如图6所示；电池组端电压在充电、放电、以及小电流(1A)浮充状态如图7的电池组端电压浮充状态图所示：
(4)将电池组串联一个15k欧姆的功率电阻后接入到一个功率单元的直流母线两端，整个系统搭载在35kV高压平台上，进行集中无功运行，如图8的电池电压波形状态图所示，电压波形抖动是调试和上下电记录的波形，后期是正常的数据波形。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在申请待批的本发明的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种直挂式储能系统的电池能量管理系统，其特征在于：包括：DC隔离电源、与DC隔离电源连接的BCM主机单元、PCS功率单元、本地控制单元；
所述PCS功率单元和所述本地控制单元接入主回路；所述PCS与DC隔离电源通过继电器连接；
所述BCM主机单元通过干接点与所述PCS功率单元连接，用于基于DC隔离电源故障的严重告警信息传递给所述PCS功率单元；
所述BCM主机单元与所述本地控制单元无线通讯连接，还用于将基于DC隔离电源故障的严重告警报文传送给所述本地控制单元。
2.如权利要求1所述的电池能量管理系统，其特征在于，所述本地控制单元包括：通讯连接的HMI主机和PLC，所述PLC还与所述BCM主机单元有线连接；
所述HMI主机，用于无线接收所述BCM主机单元发送的严重告警报文；
所述PLC，用于接收HMI主机选择性发出的严重告警报文信息，并基于所受报文信息对所述主回路进行控制。
3.如权利要求2所述的电池能量管理系统，其特征在于，所述PLC与所述HMI主机通过RS485接口连接。
4.如权利要求1所述的一种直挂式储能系统的电池能量管理系统，其特征在于，还包括：远程PC机；
所述远程PC机通过RJ45网口与所述HMI主机连接，用于接收HMI发送的严重告警报文数据。
5.如权利要求1所述的一种直挂式储能系统的电池能量管理系统，其特征在于，还包括多个BMM采集单元；
多个BMM采集单元与所述DC隔离电源连接，每个所述BMM采集单元无线接入所述BCM主机单元；
所述BMM采集单元，用于将采集到的DC隔离电源中每个电池的电压状态数据和温度状态数据无线发送到BCM主机单元。
6.如权利要求5所述的一种直挂式储能系统的电池能量管理系统，其特征在于，所述BMM的数量为16，16个所述BMM采集单元无线接入一个所述BCM主机单元构成一簇。
7.一种直挂式储能系统的电池能量管理方法，其特征在于，包括：
BCM主机单元对DC隔离电源电池的状态数据进行处理得到汇总数据，并将汇总数据发送给PCS功率单元和本地控制单元；
本地控制单元根据无线接收到的汇总数据对主回路进行操控；
其中，所述本地控制单元，包括：HMI主机和PLC。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述BCM主机单元对DC隔离电源电池的状态数据进行处理得到汇总数据，包括：
BMM采集单元将采集的所述DC隔离电源电池电压状态数据和温度状态数据进行处理和转换，得到中间数据；
所述BMM采集单元通过2.4GH无线通讯将所述中间数据传递给BCM主机单元；
所述BCM主机单元将所有BMM采集单元采集的中间数据进行汇总，得到汇总数据。
9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述BCM主机单元，将汇总数据发送给PCS功率单元，包括：
所述BCM主机单元通过干接点输出将所述汇总数据发送给所述PCS功率单元。
10.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述BCM主机单元，将汇总数据发送给本地控制单元，包括：
所述BCM主机单元基于CAN信号转发单元将所述汇总数据以无线通讯的方式发送给所述本地控制单元的HMI主机；
所述HMI主机将所述汇总数据中的严重告警报文信息给所述本地控制单元的PLC。
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