CN111740474A - 基于分散式控制和布局的电池储能系统及其能量调度方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开的一种基于分散式控制和布局的电池储能系统及其能量调度方法，属于能量存储技术领域。每个储能电池柜与其对应的DC‑AC模块串联，若干DC‑AC模块并联后与变压器的一端连接，变压器的另一端连接至外部电网；DC‑AC模块包括控制模块、BMS电池管理模块和充放电电路；控制模块分别与BMS电池管理模块和充放电电路连接；储能电池柜包括设在储能电池柜柜体内部的电池模组、温度传感器和温控装置；电池模组分别与BMS电池管理模块和充放电电路连接，温度传感器和温控装置分别与控制模块连接。可靠性和安全性高，能够大大提升系统的工作效率，最终实现延长储能系统使用年限的目的。
Description
技术领域
本发明属于能量存储技术领域，具体涉及一种基于分散式控制和布局的电池储能系统及其能量调度方法。
背景技术
在经济全球化的今天，随着科技的不断进步，新能源被世界各国所青睐，然而在开发和利用新能源的同时储能技术的表现形式也逐渐朝着多元化的方向发展。目前使用最为广泛的是蓄水充能技术、压缩空气储能技术，储能系统在可再生能源与传统火力发电方面都有着强烈的需求。新能源的开发与运用需要有先进技术设备的支持，储能系统线路较多，但成套系统解决方案尚未成熟，在面临实际商业化的模式中储能系统仍处于科研探索阶段。国内外相关学者对电池本体性能方面进行了深入研究，目前已取得飞速进展，基于锂离子电池飞速发展与价格的不断下降，锂离子电池储能已成为电化学储能的主流技术。
然而在应用中还存在一些问题，如安全隐患、工作效率、系统布局、柜内配置、成本高低、稳定与否。这些问题归因于目前电池储能技术普遍采用电池组串联成组再并联的方式，也就是将电池模组串联来提高电池串电压等级，为满足系统容量，还要把电池串并联，最终构成高压电池系统或低压大电流电池系统。基于电池模组间是相互串联的关系且电池模组间无隔离阻断措施，一旦其中一个电池模组发生短路断路等问题，其他邻近的电池模组不可避免会受到影响，电池储能系统的运行效率逐渐低下，最终导致整串电池无法运行；由于电池模组不具有系统保护功能，一旦短路等易引发电池发热高温的故障发生时，很可能产生电池模组失控起火，酿成无法估量的损失。
发明内容
为了解决上述现有问题，本发明的目的在于提供一种基于分散式控制和布局的电池储能系统及其能量调度方法，可靠性和安全性高，能够大大提升系统的工作效率，最终实现延长储能系统使用年限的目的。
本发明通过以下技术方案来实现：
本发明公开了一种基于分散式控制和布局的电池储能系统，包括变压器、DC-AC模块和储能电池柜；每个储能电池柜与其对应的DC-AC模块串联，若干DC-AC模块并联后与变压器的一端连接，变压器的另一端连接至外部电网；
DC-AC模块包括控制模块、BMS电池管理模块和充放电电路；控制模块分别与BMS电池管理模块和充放电电路连接；储能电池柜包括设在储能电池柜柜体内部的电池模组、温度传感器和温控装置；电池模组分别与BMS电池管理模块和充放电电路连接，温度传感器和温控装置分别与控制模块连接。
优选地，电池模组由若干单体电池串联组成。
进一步优选地，每个储能电池柜的容量≤300kWh。
进一步优选地，单体电池为锂离子电池。
进一步优选地，同一储能电池柜中的单体电池类型相同，不同储能电池柜中的单体电池类型相同或不同。
优选地，储能电池柜内部为封闭空间，储能电池柜的柜体为防火材质，储能电池柜外部设有保温层。
优选地，所有储能电池柜呈矩阵分布，相邻储能电池柜之间存在间距。
优选地，各DC-AC模块之间通过远距离组网连接。
本发明公开了上述基于分散式控制和布局的电池储能系统的能量调度方法，包括：
在电池储能系统运行时，通过温度传感器实时监测储能电池柜内部的温度，并将数据反馈给控制模块，控制模块通过温控装置控制储能电池柜内部的温度；
通过BMS电池管理模块实时监测电池模组的温度，当电池模组的温度大于安全温度区间的最高值时，通过充放电电路使该电池模组停止运行；当电池模组的温度处在安全温度区间的偏高范围时，通过BMS电池管理模块减小该电池模组充放电电流倍率；当电池模组的温度小于安全温度区间的最低值时，通过充放电电路使该电池模组进行充放电；如果电池模组的温度处在安全温度区间的偏低范围时，通过BMS电池管理模块加大该电池模组的充放电电流倍率，同时减小其它储能电池柜中电池模组的充放电电流倍率，保持整个电池储能系统的功率不变。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明公开的一种基于分散式控制和布局的电池储能系统，每个DC-AC模块对应一个储能电池柜，DC-AC模块与变压器相连，变压器在连接至外部电网，各储能电池柜通过并联的方式相连接，当一个储能电池柜内发生问题时不会对其他储能电池柜的安全与正常工作产生任何影响，提高了本储能电池柜中电池模组单点故障的生存率。在布局方面，该系统分散布局可以应用于大规模的电池储能系统。通过温度传感器可以实时检测储能电池柜中的温度，并能够通过温控装置及时调整，维持电池模组稳定的工作温度，特别是对于炎热和严寒地区，能够极大地提高系统的安全性。BMS电池管理模块能够实时监控储能电池柜中电池模组的工作状态，智能化管理及维护各个电池模组，通过充放电电路使电池模组运行在最佳工况，防止出现过充电、过放电产生的高热现象及其它故障，延长电池模组的使用寿命，同时提高整个系统的安全性和稳定性。
进一步地，电池模组由若干单体电池串联组成，无环流，安全性高。
更进一步地，每个储能电池柜的容量≤300kwh，能够实现精细控制。
更进一步地，单体电池为锂离子电池，能量密度高、寿命长。
更进一步地，同一储能电池柜中的单体电池类型相同，能够保证一致性，避免短板效应影响整个储能电池柜的效率；不同储能电池柜中的单体电池类型相同或不同，兼容性好。
进一步地，储能电池柜内部为封闭空间，储能电池柜的柜体为防火材质，储能电池柜外部设有保温层，兼具防火、防雨、防沙、防风、保温(应用于严寒地区)等作用，能够保证柜内电池模组的正常运行。
进一步地，所有储能电池柜呈矩阵分布，相邻储能电池柜之间存在间距，能够避免单个储能电池柜发生火灾时引发周围储能电池柜发生火灾，避免了损失扩大化，大大提升了系统的安全性。
更进一步地，各DC-AC模块之间通过远距离组网连接，当距离较远或不方便布线时能够保证通信，提升系统的可靠性。
本发明公开的上述基于分散式控制和布局的电池储能系统的能量调度方法，自动化程度高、可靠性和安全性高，能够大大提升系统的工作效率，最终实现延长储能系统使用年限的目的。
附图说明
图1为本发明的基于分散式控制和布局的电池储能系统的整体结构示意图；
图2为本发明的基于分散式控制和布局的电池储能系统的场地排布示意图；
图3为本发明的基于分散式控制和布局的电池储能系统的连接示意图。
图中：1为变压器，2为DC-AC模块，2-1为控制模块，2-2为BMS电池管理模块，2-3为充放电电路，3为储能电池柜，3-1为电池模组，3-2为温度传感器，3-3为温控装置。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细描述，其内容是对本发明的解释而不是限定：
如图1，本发明的一种基于分散式控制和布局的电池储能系统，包括变压器1、DC-AC模块2和储能电池柜3；每个储能电池柜3与其对应的DC-AC模块2串联，若干DC-AC模块2并联后与变压器1的一端连接，各DC-AC模块2之间优选通过远距离组网技术连接。变压器1的另一端连接至外部电网；所有储能电池柜3呈矩阵分布，相邻储能电池柜3之间存在物理间距。每个储能电池柜3的容量≤300kWh，
DC-AC模块2包括控制模块2-1、BMS电池管理模块2-2和充放电电路2-3，功能包括电量检测、信息测量、系统运行状态时时报告与记录以及系统故障诊断与系统自我保护等，这样大大提升了系统的可靠性与可用性。控制模块2-1分别与BMS电池管理模块2-2和充放电电路2-3连接；储能电池柜3包括设在储能电池柜3柜体内部的电池模组3-1、温度传感器3-2和温控装置3-3，温控装置3-3可以是空调。
储能电池柜3内部为封闭空间，储能电池柜3的柜体为防火材质，使储能电池柜3具有防火、防雨、防沙、防风、保温(应用于严寒地区)等作用，同时具有一定的金属结构以保证刚度，储能电池柜3外部设有保温层。
电池模组3-1由若干单体电池串联或并联组成，优选方案为串联，无环流，安全性系数高；单体电池可以采用各种类型的电池，兼容性好，优选采用锂离子电池，能量密度高、寿命长。同一储能电池柜3中的单体电池类型相同，能够保证一致性，避免短板效应影响整个储能电池柜的效率；不同储能电池柜3中的单体电池类型可以相同，也可以不同，兼容性好。
电池模组3-1分别与BMS电池管理模块2-2和充放电电路2-3连接，温度传感器3-2和温控装置3-3分别与控制模块2-1连接。
上述基于分散式控制和布局的电池储能系统的能量调度方法，包括：
功率匹配目标：储能系统中直流储能加上交流储能等于储能系统的总功率。储能系统由各个储能电池柜3并联组成，则储能系统总功率即为各个储能电池柜3的功率相加，功率有时为正有时为负，正代表电池放电，负代表给电池充电。
在电池储能系统运行时，通过温度传感器3-2实时监测储能电池柜3内部的温度，并将数据反馈给控制模块2-1，控制模块2-1通过温控装置3-3控制储能电池柜3内部的温度；
安全温度目标：通过BMS电池管理模块2-2实时监测电池模组3-1的温度，当电池模组3-1的温度大于安全温度区间的最高值时，通过充放电电路2-3使该电池模组3-1停止运行；当电池模组3-1的温度处在安全温度区间的偏高范围时，通过BMS电池管理模块2-2减小该电池模组3-1充放电电流倍率；当电池模组3-1的温度小于安全温度区间的最低值时，通过充放电电路2-3使该电池模组3-1进行充放电；如果电池模组3-1的温度处在安全温度区间的偏低范围时，通过BMS电池管理模块2-2加大该电池模组3-1的充放电电流倍率，同时减小其它储能电池柜3中电池模组3-1的充放电电流倍率，保持整个电池储能系统的功率不变。
基本管控运行流程如下：监测储能系统中所有储能电池柜3的电压、电流、温度、集成电路等是否在限值范围内；如以上监测内容均在限值范围內，则将储能电池柜3接入并计算各DC-AC模块2在保证高效有序提供系统功率的适应值，找到高效有序提供系统功率下电池单体和电池模组的最优值，反之重新监测储能系统中所有储能电池柜3的电压、电流、温度、集成电路等是否在限值范围内；接下来要保证储能系统中的所有储能电池柜3工作在安全温度，如温度在安全范围内，则计算各DC-AC模块2在储能电池柜3工作安全温度的适应值，找出电池单体和电池模组工作在安全温度的最优值，反之重新计算各DC-AC模块2在保证高效有序提供系统功率的适应值；接下来寻找系统最优值并输出各储能电池柜3功率分配，并重复上述操作。
需要说明的是，以上所述仅为本发明实施方式之一，根据本发明所描述的系统所做的等效变化，均包括在本发明的保护范围内。在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可以通过其他的方式实现。其中以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，可以为一种逻辑功能的划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另外一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以是两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元可以通过硬件的形式实现，也可以通过软件功能单元的形式实现。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实例做类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均属于本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种基于分散式控制和布局的电池储能系统，其特征在于，包括变压器(1)、DC-AC模块(2)和储能电池柜(3)；每个储能电池柜(3)与其对应的DC-AC模块(2)串联，若干DC-AC模块(2)并联后与变压器(1)的一端连接，变压器(1)的另一端连接至外部电网；
DC-AC模块(2)包括控制模块(2-1)、BMS电池管理模块(2-2)和充放电电路(2-3)；控制模块(2-1)分别与BMS电池管理模块(2-2)和充放电电路(2-3)连接；储能电池柜(3)包括设在储能电池柜(3)柜体内部的电池模组(3-1)、温度传感器(3-2)和温控装置(3-3)；电池模组(3-1)分别与BMS电池管理模块(2-2)和充放电电路(2-3)连接，温度传感器(3-2)和温控装置(3-3)分别与控制模块(2-1)连接。
2.根据权利要求1所述的基于分散式控制和布局的电池储能系统，其特征在于，电池模组(3-1)由若干单体电池串联组成。
3.根据权利要求2所述的基于分散式控制和布局的电池储能系统，其特征在于，每个储能电池柜(3)的容量≤300kWh。
4.根据权利要求2所述的基于分散式控制和布局的电池储能系统，其特征在于，单体电池为锂离子电池。
5.根据权利要求2所述的基于分散式控制和布局的电池储能系统，其特征在于，同一储能电池柜(3)中的单体电池类型相同，不同储能电池柜(3)中的单体电池类型相同或不同。
6.根据权利要求1所述的基于分散式控制和布局的电池储能系统，其特征在于，储能电池柜(3)内部为封闭空间，储能电池柜(3)的柜体为防火材质，储能电池柜(3)外部设有保温层。
7.根据权利要求1所述的基于分散式控制和布局的电池储能系统，其特征在于，所有储能电池柜(3)呈矩阵分布，相邻储能电池柜(3)之间存在间距。
8.根据权利要求1所述的基于分散式控制和布局的电池储能系统，其特征在于，各DC-AC模块(2)之间通过远距离组网连接。
9.权利要求1～8所述的基于分散式控制和布局的电池储能系统的能量调度方法，其特征在于，包括：
在电池储能系统运行时，通过温度传感器(3-2)实时监测储能电池柜(3)内部的温度，并将数据反馈给控制模块(2-1)，控制模块(2-1)通过温控装置(3-3)控制储能电池柜(3)内部的温度；
通过BMS电池管理模块(2-2)实时监测电池模组(3-1)的温度，当电池模组(3-1)的温度大于安全温度区间的最高值时，通过充放电电路(2-3)使该电池模组(3-1)停止运行；当电池模组(3-1)的温度处在安全温度区间的偏高范围时，通过BMS电池管理模块(2-2)减小该电池模组(3-1)充放电电流倍率；当电池模组(3-1)的温度小于安全温度区间的最低值时，通过充放电电路(2-3)使该电池模组(3-1)进行充放电；如果电池模组(3-1)的温度处在安全温度区间的偏低范围时，通过BMS电池管理模块(2-2)加大该电池模组(3-1)的充放电电流倍率，同时减小其它储能电池柜(3)中电池模组(3-1)的充放电电流倍率，保持整个电池储能系统的功率不变。
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Application publication date: 20201002 Assignee: Northern shangduzheng Lanqi new energy Co.,Ltd. Assignor: HUANENG CLEAN ENERGY Research Institute Contract record no.: X2023110000091 Denomination of invention: A Battery Energy Storage System Based on Decentralized Control and Layout and Its Energy Scheduling Method Granted publication date: 20220920 License type: Common License Record date: 20230809 |
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