储能系统及储能系统控制方法
技术领域
本发明涉及储能技术领域,特别涉及一种储能系统及储能系统控制方法。
背景技术
近年来,随着电池技术的快速发展,利用储能系统调峰调频是解决电力供需矛盾的有效手段之一,基于电化学储能技术的储能系统能够提供削峰填谷、需量管理、备用、黑启动、需求响应支撑等多种服务,是提升传统电力系统灵活性、经济性和安全性的重要手段,能够促进电力平衡、显著提高可再生能源的消纳水平,支撑分布式电力及微网,是推动主体能源由化石能源向可再生能源更替的关键技术。
但由于负荷变化波动难以短时预测,储能系统的充放电可能会导致过载和逆流的问题。若没有给储能系统足够的时间来调节功率,则容易造成储能系统的损坏。
发明内容
本发明的主要目的是提出一种储能系统及储能系统控制方法,旨在提高储能系统保护响应速度,以及安全性和可靠性。
为实现上述目的,本发明提出一种储能系统,所述储能系统包括:
变压器,所述变压器的一端连接电网母线,所述变压器的另一端形成有公共连接点;
检测触发电路,其检测端与所述公共连接点连接,所述检测触发电路用于采集所述公共连接点的电参量,并根据所述电参量确定储能系统过载或者逆流时,输出待机触发信号;
储能变流器,其交流侧与所述变压器的另一端连接;所述储能变流器用于在接收到所述待机触发信号时,封波待机第一预设时间。
可选地,所述储能系统还包括:
能量管理系统;
所述储能变流器还用于在接收到所述待机触发信号时,将所述封波待机的状态信息反馈至所述能量管理系统,以使所述能量管理系统停止下发功率控制指令至所述储能变流器。
可选地,所述储能系统还包括电池系统,所述电池系统与所述能量管理系统连接;
所述能量管理系统还用于在所述储能变流器封波待机第一预设时间内,获取本地负载的当前负荷参数,并根据所述当前负荷参数计算功率控制量,并生成对应的功率控制指令。
可选地,所述储能变流器还用于在封波待机第一预设时间后,反馈封波结束信息至所述能量管理系统,以使所述能量管理系统下发根据所述当前负荷参数计算并生成对应的功率控制指令至所述储能变流器。
可选地,所述检测触发电路包括:
电参量传感器,与所述公共连接点连接,以检测所述公共连接点的电流;
逆流比较器,所述比较器的第一输入端与所述电参量传感器连接,所述比较器的第二输入端用于连接逆流参考电流值,所述比较器的输出端与所述储能变流器连接;所述比较器用于在检测到所述公共连接点的电流值超过逆流参考电流值时,触发所述储能变流器封波待机。
可选地,所述检测触发电路包括:
电参量传感器,与所述公共连接点连接,以检测所述公共连接点的电流;
过载比较器,所述比较器的第一输入端与所述电参量传感器连接,所述比较器的第二输入端用于连接过载参考电流值,所述比较器的输出端与所述储能变流器连接;所述比较器用于在检测到所述公共连接点的电流值超过过载参考电流值时,触发所述储能变流器封波待机。
可选地,所述储能变流器的数量为多个,多个所述储能变流器中的至少一个与所述检测触发电路连接;
多个所述储能变流器之间通过菊花链式拓扑的形式连接。
本发明还提出一种储能系统控制方法,应用于储能系统中,所述储能系统包括储能变流器及能量管理系统,所述储能系统控制方法包括:
获取公共连接点的电参量;
在根据所述电参量确定储能系统过载或者逆流时,输出待机触发信号以使所述储能变流器封波待机第一预设时间。
可选地,所述储能系统控制方法还包括:
将所述封波待机的状态信息反馈至所述能量管理系统,以使所述能量管理系统停止下发功率控制指令至所述储能变流器。
可选地,所述储能系统控制方法还包括:
在所述储能变流器封波待机第一预设时间内,获取本地负载的当前负荷参数;
根据所述当前负荷参数计算功率控制量,并生成对应的功率控制指令,以在所述储能变流器封波待机第一预设时间后,下发根据所述当前负荷参数计算并生成对应的功率控制指令至所述储能变流器。
本发明通过设置检测触发电路,以采集所述公共连接点的电参量,并根据所述电参量确定储能系统过载或者逆流时,输出待机触发信号,以触发储能变流器封波待机,也即停止输出PWM信号第一预设时间,从而控制变流器停止工作第一预设时间。若储能系统工作于放电模式,在变流器停止工作的时间内,则切断系统正常运行时功率的方向由电池系统流向负荷的流路,以减少流向负荷电能的输出,以适应用电负荷减少或者所需功率的减少。若储能系统工作于充电模式时,在变流器停止工作的时间内,则切断系统正常运行时功率的方向由电网流向各个电池系统的流路,以适应用电负荷的增加,或者所需功率的增加。本发明由于检测触发电路在检测到储能系统过载或者逆流时,直接触发储能变流器封波待机,降低了触发信号在多层级、多设备间通信而导致保护时延过长的问题,有利于提高储能系统保护响应速度,以及安全性和可靠性。同时还可以减少能量管理系统的工作负荷,使各个功能模块之间的工作更加合理。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1为本发明储能系统一实施例的电路结构示意图;
图2为本发明储能系统另一实施例的电路结构示意图;
图3为本发明储能系统控制方法一实施例的流程示意图。
附图标号说明:
标号 |
名称 |
标号 |
名称 |
10 |
变压器 |
40 |
能量管理系统 |
20 |
检测触发电路 |
50 |
电池系统 |
30 |
储能变流器 |
60 |
本地负载 |
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例,参照附图做进一步说明。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例,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。
需要说明,若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……),则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等,如果该特定姿态发生改变时,则该方向性指示也相应地随之改变。
另外,若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述,则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外,各个实施例之间的技术方案可以相互结合,但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础,当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在,也不在本发明要求的保护范围之内。
本文中术语“和/或”,仅仅是一种描述关联对象的关联关系,表示可以存在三种关系,例如,A和/或B,可以表示:单独存在A,同时存在A和B,单独存在B这三种情况。另外,本文中字符“/”,一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
本发明提出一种储能系统。
近年来,随着电池技术的快速发展,利用储能系统调峰调频是解决电力供需矛盾的有效手段之一,基于电化学储能技术的储能系统能够提供削峰填谷、需量管理、备用、黑启动、需求响应支撑等多种服务,是提升传统电力系统灵活性、经济性和安全性的重要手段,能够促进电力平衡、显著提高可再生能源的消纳水平,支撑分布式电力及微网,是推动主体能源由化石能源向可再生能源更替的关键技术。
但由于负荷变化波动难以短时预测,储能系统的充放电可能会导致过载和逆流的问题。储能系统在充电时作为负载,会增大电网公共连接点处主变压器和母线的电流,若此时本地大功率负载启动,其瞬间的启动电流会冲击电网,使主变压器和母线电流飙升,在瞬间就被断路器判断为过载,直接切断线路,没有给储能系统足够的时间来调节功率,造成损失;同样的,储能系统在放电时作为电源,会减小电网公共连接点处主变压器和母线的功率,若此时本地大功率负载停机,其瞬间的功率减小会导致储能系统放出的功率无法及时消纳而注入电网,在瞬间就被逆功率装置判断为逆流,直接切断线路,没有给储能系统足够的时间来调节功率,造成损失。
参照图1,在本发明一实施例中,该储能系统包括:
变压器10,所述变压器10的一端连接电网母线,所述变压器10的另一端形成有公共连接点;
检测触发电路20,其检测端与所述公共连接点连接,所述检测触发电路20用于采集所述公共连接点的电参量,并根据所述电参量确定储能系统过载或者逆流时,输出待机触发信号;
储能变流器30,其交流侧与所述变压器10的另一端连接;所述储能变流器30用于在接收到所述待机触发信号时,封波待机第一预设时间。
本实施例中,储能变流器30的交流侧连接变压器10的一侧,储能变流器30的直流侧连接一个或多个储能电池;其中,储能变流器30的数量可以设置为多个,储能变流器30的个数与所述电池个数相等;变压器10的另一侧连接电网母线。变压器10的一侧还并联有用电负荷,用电负荷的功率也可以是相同功率的负荷,也可以是不同功率的用电负荷。可以理解的是,储能变流器30为双向变流器,用于实现电能的交直流双向转换的功率转换装置,既可以将超级电容阵列等电池存储的直流电逆变为交流电,也可以将电网的交流电整流为直流电为超级电容阵列等电池进行充电。例如,在大电网正常供电时,储能系统可以工作在给各个电池系统50充电的充电模式,而在大电网遭遇故障停电时,储能系统也可以工作在通过各个电池系统50给负荷供电的放电模式,当然还可以工作在待机模式。在给各个电池充电时,各个电池组件相当于负荷。而在各个电池的电池放电时,相当于供电装置。储能变流器30中设置有变流器和控制器,例如底层控制器及通讯控制器,通讯控制器通过现场总线与检测触发电路20以及系统控制器,例如能源管理系统连接。底层控制器可以控制变流能量转换功能等。底层控制器可以是DSP、单片机等控制芯片。通讯控制器可以实现干接点、CAN总线、SPI等通讯。储能变流器30可以根据自身基于控制需要所配置的硬件设备完成电压、电流、开关量信号等给定信号的采样、调理和数字化,对数字信号进行采集和快速运算,输出PWM信号、开关量输出信号等,对相应受控单元进行实时控制,如功率单元的IGBT控制,主电路断路器、接触器的分合闸控制等。
检测触发电路20的检测点设置于电网公共连接点处,以检测公共连接点电参量,并根据检测到的电参量,来确定系统是否出现过载/逆流给储能变流器30。
可以理解的是,用电负荷是动态的,也即用电负荷可能会增加或者减少,因此储能系统需要实时调整输出的电能,以保证输出的电能等于负荷所需的电能。具体地,在储能系统工作于放电模式时,系统正常运行时功率的方向由电池系统50流向负荷,也即各个电池系统50的电能通过储能变流器30进行逆变之后,变成与电网同频同相的工频交流供给本地的用电负荷,此时电池系统50的作用等同于大电网。若在电池系统50的输出电能等于用电负荷的需求电能,则储能系统正常工作。若此时一些用电负荷停止工作,则会使得电池系统50的电能大于用电负荷的需求电能,而使得电池系统50的电能倒流至大电网而出现逆流。
在储能系统工作于充电模式时,系统正常运行时功率的方向由电网流向各个电池系统50,也即在经变压器10进行降压/升压后供给负荷,或再经变流器进行变流后,变成直流电压供给电池。若变压器10输出的电能等于电池和用电负荷的需求电能,则储能系统正常工作,若此时新增用电负荷,则可能会使得输出的电能超过变压器的额定容量而出现过载。在系统出现逆流或者过载时,例如电能倒流至电网时或者电能超过变压器额定容量时,均使得变压器10的电参量发生变化。因此,可以通过获取公共连接点的电参量确定所述主变压器10和/或所述子变压器10是否出现逆流或者过载。同时根据不同的工作模式下,进行相应参数的检测和判断,以保证变压器10安全可靠的工作。
参照图1或图2,在一些实施例中,储能系统还设置有能量管理系统40,能量管理系统40分别与储能变流器30、电池系统50、本地负载60及公用电网相连。能量管理系统40用于控制储能变流器30工作,以及获取电池系统50的电参量等,以控制电池系统50和储能变流器30工作。例如,在电网的电能还有剩余时,则控制储能变流器30将剩余电能发送至电池系统50,以进行存储,电池系统50进行充放电的调节;在电网供电不足,或者与电网断开时,将电池系统50的电能输入至本地负载60,使本地负载60正常运行。目前,过载/逆流也同样依赖能量管理系统40,能量管理系统40对检测上来的负荷功率数据进行分析,分析包括储能变流器30放电情况判断、负荷功率下降状态判断和低次谐波电流畸变率判断,然后下发命令给储能变流器30。也即电参量传感器将电流、功率等电参量信号输出至能量管理系统40,能量管理系统40根据电参量信号计算、比较、分析系统是否过载或者逆流。这样,将增加能量管理系统40的工作负荷,并且在驱动系统过载或者逆流,能量管理系统40还要计算、生成控制储能变流器30停止工作的控制指令,并且该控制指令需要层层下发,这将会降低过载/逆流的消除速度,而延长过载/逆流的存在时间,而导致电网罚款/变压器损坏。
为了解决上述问题,本发明通过设置检测触发电路20,以采集所述公共连接点的电参量,并根据所述电参量确定储能系统过载或者逆流时,输出待机触发信号,以触发储能变流器30封波待机,也即停止输出PWM信号第一预设时间,从而控制变流器停止工作第一预设时间。若储能系统工作于放电模式,在变流器停止工作的时间内,则切断系统正常运行时功率的方向由电池系统50流向负荷的流路,以减少流向负荷电能的输出,以适应用电负荷减少或者所需功率的减少。若储能系统工作于充电模式时,在变流器停止工作的时间内,则切断系统正常运行时功率的方向由电网流向各个电池系统50的流路,以适应用电负荷的增加,或者所需功率的增加。由于检测触发电路20在检测到储能系统过载或者逆流时,直接触发储能变流器30封波待机,降低了触发信号在多层级、多设备间通信而导致保护时延过长的问题,有利于提高储能系统保护响应速度,以及安全性和可靠性。同时还还可以减少能量管理系统40的工作负荷,使各个功能模块之间的工作更加合理。
参照图1,在一实施例中,所述储能变流器30还用于在接收到所述待机触发信号时,将所述封波待机的状态信息反馈至所述能量管理系统40,以使所述能量管理系统40停止下发功率控制指令至所述储能变流器30。
需要说明的是,储能变流器30同时也在接收能量管理系统40的控制指令,由于能量管理系统40的数据采样和控制指令计算有一定周期,就有可能在逆流或者过载发生时下发原指令给储能变流器30。例如在逆流发生时仍旧下发导致逆流的放电指令给储能变流器30。若储能变流器30执行了防逆流装置的功率减小指令后,下一瞬间又接收到能量管理系统40的放电指令并执行,就会导致振荡,反复逆流。
为此,在确定过载或者逆流后,储能变流器30被触发而封波待机,此时储能变流器30将该信息反馈至能量管理系统40,以使能量管理系统40停止下发功率控制指令至所述储能变流器30,从而屏蔽能量管理系统40的功率控制指令一段时间,以防止振荡。
参照图1,在一实施例中,所述储能系统还包括电池系统50,所述电池系统50与所述能量管理系统40连接;
所述能量管理系统40还用于在所述储能变流器30封波待机第一预设时间内,获取本地负载60的负荷参数,并根据所述当前负荷参数计算功率控制量,并生成对应的功率控制指令。
可以理解的是,第一预设时间是对储能变流器30及时保护的时间,也即一旦出现逆流或者过载就触发储能变流器30停止工作,在这个过程中,能量管理系统40可以根据本地负载60的负荷参数,来计算输出功率的需求,以实时调整控制储能变流器30工作的功率控制指令。
在封波待机第一预设时间后,反馈封波结束信息至所述能量管理系统40,以使所述能量管理系统40下发根据所述当前负荷参数计算并生成对应的功率控制指令至所述储能变流器30。其中,第一预设时间可以是能量管理系统40计算并生成对应的功率控制指令的时间,在一具体实施例中,可以设置为15~60S,本实施例可选为30S。
本实施例中,具体地,在确定变压器10出现逆流时,也即可能出现负荷的数量减小或者所需功率较少,可以控制对应的电池系统50减少放电,以适应负荷数量的减少,或者所需功率的减少。在逆流严重时,也可以控制对应的电池系统50停止放电。而在确定变压器10出现过载时,也即可能出现负荷的数量增加或者所需功率增加,因此可以控制对应的电池系统50减少充电,以适应负荷的数量增加,或者所需功率的增加,在过载严重时也可以停止储能变流器30对电池系统50进行充电。其中,电池系统50的数量可以是两个,或者两个以上,本实施例以两个为例进行说明,两个电池系统分别为50A和50B。
参照图1,在一实施例中,所述检测触发电路20包括:
电参量传感器(图未示出),与所述公共连接点连接,以检测所述公共连接点的电流;
逆流比较器(图未示出),所述比较器的第一输入端与所述电参量传感器连接,所述比较器的第二输入端用于连接逆流参考电流值,所述比较器的输出端与所述储能变流器30连接;所述比较器用于在检测到所述公共连接点的电流值超过逆流参考电流值时,触发所述储能变流器30封波待机。
本实施例中,电参量传感器可以实时检测公共连接点的电流Ipcc、功率Ppcc,并输出至逆流比较器,检测触发电路20还设置有逆流阈值,在检测的电参量为电流Ipcc时,该逆流阈值可以设置为0A,当Ipcc≤0A时判断为逆流状态,输出触发信号给储能变流器30,使储能变流器30封波待机;当Ipcc>0A时,判断为非逆流状态,不输出信号给储能变流器30。在检测的电参量为功率Ppcc时,该逆流阈值可以设置为0kW,当Ppcc≤0kW时判断为逆流状态,输出逆流信号给储能变流器30,使储能变流器30封波待机;当Ppcc>0kW时,判断为非逆流状态,不输出信号给储能变流器30。并且,当储能变流器30接收到检测触发电路20发出的逆流信号时,立即封波待机,不再接收能量管理系统40的功率控制指令。当然在其他实施例中,逆流阈值可以根据实际应用进行设置,此处不做限定。
参照图1,在一实施例中,所述检测触发电路20包括:
电参量传感器(图未示出),与所述公共连接点连接,以检测所述公共连接点的电流;
过载比较器(图未示出),所述比较器的第一输入端与所述电参量传感器连接,所述比较器的第二输入端用于连接过载参考电流值,所述比较器的输出端与所述储能变流器30连接;所述比较器用于在检测到所述公共连接点的电流值超过过载参考电流值时,触发所述储能变流器30封波待机。
本实施例中,电参量传感器可以实时检测公共连接点的电流Ipcc、功率Ppcc,并输出至过载比较器,检测触发电路20还设置有过载阈值,在检测的电参量为电流Ipcc时,电参量传感器实时检测公共连接点的电流Ipcc,与过载阈值1000A比较。当Ipcc≥1000A时判断为过载状态,输出过载信号给储能变流器30,使储能变流器30封波待机;当Ipcc<1000A时,判断为非过载状态,不输出信号给储能变流器30。当储能变流器30接收到电参量传感器发出的过载信号时,立即封波待机,不再接收能量管理系统40的功率控制指令。当然在其他实施例中,过载阈值可以根据实际应用进行设置,此处不做限定。
参照图2,在一实施例中,所述储能变流器30的数量为多个,多个所述储能变流器30中的至少一个与所述检测触发电路20连接;
多个所述储能变流器30之间通过菊花链式拓扑的形式连接。
本实施例中,储能变流器30的数量可以根据实际应用的需求进行设置,可以设置为两个,或者两个以上,本实施例以两个为例进行说明,两个储能变流器记为30A和30B。当含有多台储能变流器30和电池系统50时,储能变流器30可通过菊花链式拓扑的形式连接,使检测触发电路20的过载/逆流信号能够同时传递给各储能变流器30。
本发明还提出一种储能系统控制方法,应用于储能系统中,所述储能系统包括储能变流器和能量管理系统,所述储能系统控制方法包括:
获取公共连接点的电参量;
在根据所述电参量确定储能系统过载或者逆流时,输出待机触发信号以使所述储能变流器封波待机第一预设时间。
本实施例中,电参量信息可以是电流、功率或者其他表征电参量的工作参数。并根据所述电参量确定储能系统过载或者逆流时,输出待机触发信号,以触发储能变流器封波待机,也即停止输出PWM信号第一预设时间,从而控制变流器停止工作第一预设时间。若储能系统工作于放电模式,在变流器停止工作的时间内,则切断系统正常运行时功率的方向由电池系统流向负荷的流路,以减少流向负荷电能的输出,以适应用电负荷减少或者所需功率的减少。若储能系统工作于充电模式时,在变流器停止工作的时间内,则切断系统正常运行时功率的方向由电网流向各个电池系统的流路,以适应用电负荷的增加,或者所需功率的增加。由于检测触发电路在检测到储能系统过载或者逆流时,直接触发储能变流器封波待机,降低了触发信号在多层级、多设备间通信而导致保护时延过长的问题,有利于提高储能系统保护响应速度,以及安全性和可靠性。同时还还可以减少能量管理系统的工作负荷,使各个功能模块之间的工作更加合理。
在一实施例中,所述储能系统控制方法还包括:在封波待机第一预设时间内,将所述封波待机的状态信息反馈至所述能量管理系统,以使所述能量管理系统停止下发功率控制指令至所述储能变流器。
本实施例中,在确定过流或者逆流后,储能变流器被触发而封波待机,此时储能变流器将该信息反馈至能量管理系统,以使能量管理系统停止下发功率控制指令至所述储能变流器,从而屏蔽能量管理系统的功率控制指令一段时间,以防止振荡。
在一实施例中,所述储能系统控制方法还包括:
在所述储能变流器封波待机第一预设时间内,获取本地负载的当前负荷参数;
根据所述当前负荷参数计算功率控制量,并生成对应的功率控制指令,以在所述储能变流器封波待机第一预设时间后,下发根据所述当前负荷参数计算并生成对应的功率控制指令至所述储能变流器。
可以理解的是,第一预设时间是对储能系统及时保护的时间,也即一旦出现逆流或者过载就触发储能变流器停止工作,在这个过程中,能量管理系统可以根据本地负载的当前负荷参数,来计算输出功率的需求,以实时调整控制储能变流器工作的功率控制指令。
在封波待机第一预设时间后,反馈封波结束信息至所述能量管理系统,以使所述能量管理系统下发根据所述当前负荷参数计算并生成对应的功率控制指令至所述储能变流器。其中,第一预设时间可以是能量管理系统计算并生成对应的功率控制指令的时间,在一具体实施例中,可以设置为15~60S,本实施例可选为30S。
本实施例中,具体地,在确定变压器出现逆流时,也即可能出现负荷的数量减小或者所需功率较少,可以控制对应的电池系统减少放电,以适应负荷数量的减少,或者所需功率的减少。在逆流严重时,也可以控制对应的电池系统停止放电。而在确定变压器出现过载时,也即可能出现负荷的数量增加或者所需功率增加,因此可以控制对应的电池系统减少充电,以适应负荷的数量增加,或者所需功率的增加,在过载严重时也可以停止储能变流器对电池系统进行充电。
以上所述仅为本发明的可选实施例,并非因此限制本发明的专利范围,凡是在本发明的发明构思下,利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换,或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。