CN112816892A - 一种储能电站中电堆性能的测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种储能电站中电堆性能的测试方法，根据性能测试条件判断电堆是否进行性能测试；开始性能测试时，持续判断储能电站的运行状态是否满足功率约束条件，若满足，则继续进行性能测试，否则，中断性能测试；根据终止测试条件和再次测试条件，中断后的电堆重新进行性能测试或终止性能测试。与现有技术相比，本发明根据电堆的状态和外界的的需求功率，控制电堆进行性能测试或中断性能测试，不影响储能电站的运行，在不影响储能电站并网运行的情况下测试电堆的性能。

Description

一种储能电站中电堆性能的测试方法

技术领域

本发明涉及储能技术领域，尤其是涉及一种储能电站中电堆性能的测试方法。

背景技术

全球能源转型正在积极推进，随着可再生能源发电规模的不断增大，电力系统输送消纳可再生能源压力迅速增加。储能技术可以有效调节电力系统的供需平衡，具有削峰填谷、平滑负荷、改善电网特性的特点，很好的弥补了新能源发电技术的不足。随着电池储能技术的不断完善，国内外电池储能电站不断增多，储能电站中电堆的运行情况越来越受到运行单位的重视。

为了降低成本，很多电池储能电站使用的电池大多为电动汽车上退役下来的废旧动力电池，由于这些电池已经经过多次充放电使用，电池的容量和性能发生衰退，造成电池的性能不稳定，同时也存在电池的生产批次，电池类型，老化路径的不一致等问题，存在一定的安全隐患。因此，对储能电站中的电池储能单元进行性能测试很有必要，工作人员也能根据性能测试的结果对储能电站进行维护。

对电堆进行性能测试时，往往需要对其进行持续放电、持续充电等操作，以测试电堆的荷电状态、内阻等，显然会影响储能电站的整体输入输出功率，特别是在储能电站的工作过程中，外界的需求功率随时会发生改变，对电堆的性能测试可能导致储能电站不能满足外界的功率需求，为储能电站的运行带来较大影响。因此，如何在不影响储能电站并网运行的情况下测试电堆的性能成为研究的重点。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种储能电站中电堆性能的测试方法，根据电堆的状态和外界的需求功率，控制电堆进行性能测试或中断性能测试，不影响储能电站的运行，在不影响储能电站并网运行的情况下测试电堆的性能。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种储能电站中电堆性能的测试方法，包括以下步骤：

S1：PCS调整储能电站中n(n＞1)个电堆的功率值，使得

分别获取各个电堆的状态参数，其中，P_N表示总需求功率，P_i表示电堆i(n≥i≥1)的功率，电堆i的状态参数包括荷电状态SOC、PCS允许的最大功率值P_{i_max}、放电截止电压、充电截止电压、距上次完成性能测试的间隔天数ST；

S2：依次判断各个电堆是否符合预设置的性能测试条件，若检测到一个电堆符合预设置的性能测试条件，则将该电堆记为电堆a，获取电堆a的荷电状态SOC_a，储能电站进入电堆测试模式，对电堆a进行性能测试，包括充电操作和放电操作，执行步骤S3，若所有电堆均不符合预设置的性能测试条件，则重复步骤S1；

S3：PCS控制电堆a在充电操作中保持功率值不变，控制电堆a在放电操作中保持功率值不变，调整储能电站中其余n-1个电堆的功率值，使得储能电站的运行状态满足功率约束条件，若不满足，则中断电堆a的性能测试，执行步骤S4，若满足，则继续进行电堆a的性能测试，直至电堆a完成性能测试，输出性能测试结果，执行步骤S7；所述功率约束条件为：

|P_i|≤|P_{i_max}|

其中，P_a表示电堆a在充电操作中的功率或电堆a在放电操作中的功率；

S4：PCS调整储能电站中n个电堆的功率值，使得

S5：判断储能电站是否符合预设置的终止测试条件，若满足，则电堆a性能测试失败，执行步骤S7，否则，执行步骤S6；

S6：判断储能电站是否符合预设置的再次测试条件，若储能电站符合预设置的再次测试条件，则将电堆a的荷电状态复原至上一次中断时的状态，重复步骤S3，否则，重复步骤S5；

S7：储能电站退出电堆测试模式，PCS调整储能电站中n个电堆的功率值，使得

进一步的，所述步骤S2中，预设置的性能测试条件为：

P_N＞0，ST＞ST_max，SOC等于预设置的放电SOC，储能电站不处于电堆测试模式；或P_N＜0，ST＞ST_max，SOC等于预设置的充电SOC，储能电站不处于电堆测试模式；

其中，SOC为电堆的荷电状态，ST_max为预设置的性能测试最大间隔天数，放电SOC>50％，充电SOC<50％。

更进一步的，性能测试最大间隔天数ST_max＝30，放电SOC＝80％，充电SOC＝20％。

更进一步的，所述步骤S2中，对电堆a进行性能测试具体为：

设置多个内阻测量SOC值，如果1-SOC_a<50％，则电堆a先恒功率放电至电堆a的放电截止电压，再执行以下步骤：

A1：测量电堆a的内阻；

A2：若步骤A1的执行次数等于预设置的内阻测量次数，则执行步骤A4；

A3：获取电堆a当前的荷电状态SOC`，电堆a恒功率充电，直至电堆a的SOC值等于与SOC`最接近的一个内阻测量SOC值，重复步骤A1；

A4：电堆a性能测试结束；

如果1-SOC_a>50％，则电堆a先恒功率充电至电堆a的充电截止电压，再执行以下步骤：

B1：测量电堆a的内阻；

B2：若步骤B1的执行次数等于预设置的内阻测量次数，则执行步骤B4；

B3：获取电堆a当前的荷电状态SOC`，电堆a恒功率放电，直至电堆a的SOC值等于与SOC`最接近的一个内阻测量SOC值，重复步骤B1；

B4：电堆a性能测试结束。

更进一步的，内阻测量SOC值分别为80％、60％、40％、20％，所述内阻测量次数为5次。

进一步的，所述步骤S5中，终止测试条件为：电堆a性能测试的中断次数大于预设置的最大中断次数；或在储能电站的电堆测试模式中电堆a未进行性能测试的时间大于预设置的终止测试时间阈值。

进一步的，所述步骤S6中，再次测试条件为：

且持续时间大于等于预设置的再次测试时间阈值。

更进一步的，预设置的最大中断次数等于n，即储能电站中电堆的数量；预设置的终止测试时间阈值为60分钟。

更进一步的，预设置的再次测试时间阈值为10分钟。

进一步的，所述步骤S1、S4、S7中，PCS采用平均功率分配原则调整储能电站中n个电堆的功率值，具体为：

所述步骤S3中，PCS采用平均功率分配原则调整储能电站中其余n-1个电堆的功率值，具体为：

更进一步的，所述步骤S7中，储能电站退出电堆测试模式之后还包括：将电堆a的荷电状态复原至与其余电堆的荷电状态相同。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)根据电堆的状态和外界的需求功率，控制电堆进行性能测试或中断性能测试，不影响储能电站的运行，在不影响储能电站并网运行的情况下测试电堆的性能。

(2)分别设置储能电站放电和充电的性能测试条件，放电SOC>50％，充电SOC<50％，电堆在性能测试过程中能够先跟随其余电堆放电或充电，减少了电堆在性能测试过程中对储能电站充放电功率的影响。

(3)在储能电站运行过程中和电堆的性能测试过程中，PCS采用平均功率分配原则调整各个电堆的功率值，降低了功率调节的难度，调节速度更快。

附图说明

图1为本发明的流程图；

图2为储能电站的结构示意图；

图3为实施例1中三号电堆的充放电功率与时间之间的对应关系图；

图4为实施例1中其余电堆的充放电功率与时间之间的对应关系图；

图5为实施例2中四号电堆的充放电功率与时间之间的对应关系图；

图6为实施例2中其余电堆的充放电功率与时间之间的对应关系图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1：

一种储能电站中电堆性能的测试方法，如图1所示，包括以下步骤：

S1：PCS调整储能电站中n(n＞1)个电堆的功率值，使得

分别获取各个电堆的状态参数，其中，P_N表示总需求功率，P_i表示电堆i(n≥i≥1)的功率，电堆i的状态参数包括荷电状态SOC、PCS允许的最大功率值P_{i_max}、放电截止电压、充电截止电压、距上次完成性能测试的间隔天数ST；

S2：依次判断各个电堆是否符合预设置的性能测试条件，若检测到一个电堆符合预设置的性能测试条件，则将该电堆记为电堆a，获取电堆a的荷电状态SOC_a，储能电站进入电堆测试模式，对电堆a进行性能测试，包括充电操作和放电操作，执行步骤S3，若所有电堆均不符合预设置的性能测试条件，则重复步骤S1；

预设置的性能测试条件为：

P_N＞0，ST＞ST_max，SOC等于预设置的放电SOC，储能电站不处于电堆测试模式；或P_N＜0，ST＞ST_max，SOC等于预设置的充电SOC，储能电站不处于电堆测试模式；

其中，SOC为电堆的荷电状态，ST_max为预设置的性能测试最大间隔天数，放电SOC＞50％，充电SOC＜50％。

对电堆a进行性能测试具体为：

设置多个内阻测量SOC值，如果1-SOC_a＜50％，则电堆a先恒功率放电至电堆a的放电截止电压，再执行以下步骤：

A1：测量电堆a的内阻；

A2：若步骤A1的执行次数等于预设置的内阻测量次数，则执行步骤A4；

A3：获取电堆a当前的荷电状态SOC`，电堆a恒功率充电，直至电堆a的SOC值等于与SOC`最接近的一个内阻测量SOC值，重复步骤A1；

A4：电堆a性能测试结束；

如果1-SOC_a＞50％，则电堆a先恒功率充电至电堆a的充电截止电压，再执行以下步骤：

B1：测量电堆a的内阻；

B2：若步骤B1的执行次数等于预设置的内阻测量次数，则执行步骤B4；

B3：获取电堆a当前的荷电状态SOC`，电堆a恒功率放电，直至电堆a的SOC值等于与SOC`最接近的一个内阻测量SOC值，重复步骤B1；

B4：电堆a性能测试结束。

S3：PCS控制电堆a在充电操作中保持功率值不变，控制电堆a在放电操作中保持功率值不变，调整储能电站中其余n-1个电堆的功率值，使得储能电站的运行状态满足功率约束条件，若不满足，则中断电堆a的性能测试，执行步骤S4，若满足，则继续进行电堆a的性能测试，直至电堆a完成性能测试，输出性能测试结果，执行步骤S7；所述功率约束条件为：

|P_i|≤|P_{i_max}|

其中，P_a表示电堆a在充电操作中的功率或电堆a在放电操作中的功率；

S4：PCS调整储能电站中n个电堆的功率值，使得

S5：判断储能电站是否符合预设置的终止测试条件，若满足，则电堆a性能测试失败，执行步骤S7，否则，执行步骤S6；

终止测试条件为：电堆a性能测试的中断次数大于预设置的最大中断次数；或在储能电站的电堆测试模式中电堆a未进行性能测试的时间大于预设置的终止测试时间阈值。

S6：判断储能电站是否符合预设置的再次测试条件，若储能电站符合预设置的再次测试条件，则将电堆a的荷电状态复原至上一次中断时的状态，重复步骤S3，否则，重复步骤S5；

再次测试条件为：

且持续时间大于等于预设置的再次测试时间阈值。

S7：储能电站退出电堆测试模式，PCS调整储能电站中n个电堆的功率值，使得

本实施例中，储能电站中有4个电堆，如图2所示，每个电堆包括多个电池组串，电池管理系统BMS读取各个电池组串的SOC、SOH、温度等参数上传至储能电站监控系统，进而得到电堆的荷电状态SOC、PCS允许的最大功率值等，再自储能电站监控系统中获取各个电堆距上次完成性能测试时间的间隔天数ST，充电截止电压和放电截止电压与电堆中电池的型号、规格有关，可以直接获取。

PCS切换各个电堆的充放电、调整各个电堆的充放电功率。本实施例中，PCS采用平均功率分配原则调整各个电堆的功率，在步骤S1、S4、S7中，P₁＝P₂＝P₃＝P₄＝P_N/4，储能电站放电时，4个电堆以相同的功率放电，当储能电堆充电时，4个电堆以相同的功率充电；在步骤S3中，未进行性能测试的电堆的功率是相同的。

本实施例中，性能测试最大间隔天数ST_max＝30天，放电SOC＝80％，充电SOC＝20％，性能测试条件为：P_N＞0，ST＞30，SOC＝80％，储能电站不处于电堆测试模式；或P_N＜0，ST＞30，SOC＝20％，储能电站不处于电堆测试模式。

即储能电站处于放电状态时，如果一个电堆的荷电状态等于80％，该电堆距离上次性能测试的间隔天数大于30天，且当前没有其他电堆在进行性能测试，则该电堆符合性能测试条件。

储能电站处于充电状态时，如果一个电堆的荷电状态等于20％，该电堆距离上次性能测试的间隔天数大于30天，且当前没有其他电堆在进行性能测试，则该电堆符合性能测试条件。

在其他实施方式中，可以根据实际需要更改ST_max的值、放电SOC的值、充电SOC的值。

本实施例中，在第8小时，储能电站处于充电状态，检测到三号电堆的荷电状态为20％，且该电堆距上一次性能测试的间隔天数大于30天，并且当前没有电堆处于维护状态，三号电堆满足性能测试条件，三号电堆开始进行性能测试。三号电堆的充放电功率随时间的变化如图3所示，储能电站中其余电堆的充放电功率相同，随时间的变化如图4所示，当外界的需求功率P_N大于0时，储能电站放电，电堆的放电功率小于0；当外界的需求功率P_N小于0时，储能电站充电，电堆的充电功率大于0。

在第8小时，三号电堆开始性能测试，储能电站处于充电状态，三号电堆的荷电状态为20％，在性能测试过程中三号电堆先随其余电堆一起充电，这样可以减少三号电堆在性能测试过程中对储能电站的充电功率的影响。

本实施例中，三号电堆先恒功率充电至三号电堆的充电截止电压。由于BMS读取的SOC值不准确，如果充电至SOC等于100％，可能导致电堆中的电池过充，对电堆中的电池造成损伤，故在性能测试时恒功率充电至充电截止电压。

在三号电堆的性能测试过程中，根据平均功率分配原则，其余3个电堆的功率相同，均为：

在三号电堆的性能测试过程中，持续检查储能电站的运行状态是否满足功率约束条件，即：

|P_i|≤|P_{i_max}|

本实施例中，三号电堆自第8小时开始恒功率充电，在第10.5小时，三号电堆充电到SOC＝69％，此时，外界的总需求功率P_N突然改变，储能电站不满足功率命令约束条件，三号电堆在第10.5小时中断性能测试，之后，三号电堆和其余3个电堆一起，跟随总需求功率P_N进行充放电。此时储能电站中各电堆的功率需要重新分配：

终止测试条件为：电堆a性能测试的中断次数大于预设置的最大中断次数，或在储能电站的电堆测试模式中电堆a未进行性能测试的时间大于预设置的终止测试时间阈值，本实施例中，最大中断次数与储能电站中电堆的数量相同，值为4，终止测试时间阈值为60分钟。

储能电站不满足终止测试条件。

再次测试条件为：

且持续时间大于等于预设置的再次测试时间阈值，本实施例中，再次测试时间阈值为10分钟。

从第11小时开始，储能电站满足再次测试条件，PCS将三号电堆的荷电状态复原至69％，大约耗时30分钟，之后三号电堆继续充电操作，大约耗时1小时，三号电堆充电至三号电堆的充电截止电压。

本实施例中，内阻测量SOC值分别为80％、60％、40％、20％，内阻测量次数为5次。

第12.5小时，测量三号电堆的内阻，测量次数为1次，三号电堆恒功率放电至SOC＝80％；测量三号电堆的内阻，测量次数为2次，三号电堆恒功率放电至SOC＝60％；测量三号电堆的内阻，测量次数为3次，三号电堆恒功率放电至SOC＝40％。

测量内阻具体为(1)搁置1小时；(2)1C恒流放电30s；(3)搁置40s；(4)1C恒流充电30s；(5)搁置30分钟。

在第17.6小时，三号电堆的SOC＝56％，总需求功率P_N突然改变，储能电站不满足功率命令约束条件，三号电堆在第17.6小时中断性能测试，之后，三号电堆和其余3个电堆一起，跟随总需求功率P_N进行充放电。此时储能电站中各电堆的功率需要重新分配：

储能电站不满足终止测试条件。

在第17.7小时，储能电站满足再次测试条件，PCS将三号电堆的荷电状态复原至56％，三号电堆继续恒功率放电至SOC＝40％，测量三号电堆的内阻，测量次数为4次；三号电堆恒功率放电至SOC＝20％，测量三号电堆的内阻测量次数为5次，三号电堆的性能测试结束。

在第21小时，三号电堆完成性能测试，输出性能测试结果，储能电站退出电堆测试模式，将三号电堆的荷电状态复原至与其余电堆相同，PCS采用平均功率分配原则调整储能电站中4个电堆的功率值，具体为：

实施例2：

本实施例中，在第2小时，储能电站处于放电状态，检测到四号电堆的荷电状态为80％，且该电堆距上一次性能测试的间隔天数大于30天，并且当前没有电堆处于维护状态，四号电堆满足性能测试条件。四号电堆的充放电功率随时间的变化如图5所示，储能电站中其余3个电堆的充放电功率相同，随时间的变化如图6所示。

在第2小时，四号电堆开始进行性能测试，先恒功率放电，在第4.5小时，四号电堆恒功率放电至四号电堆的放电截止电压，在此期间，储能电站满足功率约束条件。由于BMS读取的SOC值不准确，如果放电至SOC等于0％，可能导致电堆中的电池过放，对电堆中的电池造成损伤，故在性能测试时恒功率放电至放电截止电压。

自第4.5小时，测量四号电堆的内阻，测量次数为1次，四号电堆恒功率充电至SOC＝20％；测量四号电堆的内阻，测量次数为2次，四号电堆恒功率充电至SOC＝40％。

测量内阻具体为(1)搁置1小时；(2)1C恒流充电30s；(3)搁置40s；(4)1C恒流放电30s；(5)搁置30分钟。

在第8.5小时，四号电堆的SOC＝40％，总需求功率P_N突然改变，储能电站不满足功率命令约束条件，四号电堆在第8.5小时中断性能测试，之后，四号电堆和其余3个电堆一起，跟随总需求功率P_N进行充放电。此时储能电站中各电堆的功率需要重新分配：

经过60分钟，储能电站仍未满足再次测试条件，在第9.5小时，储能电站满足终止测试条件，四号电堆性能测试失败，储能电站退出电堆测试模式，将四号电堆的荷电状态复原至与其他电堆相同，耗时约30分钟，之后PCS继续根据总需求功率P_N调节各个电堆的功率，采用平均功率分配原则调整储能电站中4个电堆的功率值，具体为：

本实施例其余内容同实施例1。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种储能电站中电堆性能的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：PCS调整储能电站中n(n>1)个电堆的功率值，使得

分别获取各个电堆的状态参数，其中，P_N表示总需求功率，P_i表示电堆i(n≥i≥1)的功率，电堆i的状态参数包括荷电状态SOC、PCS允许的最大功率值P_{i_max}、放电截止电压、充电截止电压、距上次完成性能测试的间隔天数ST；

S2：依次判断各个电堆是否符合预设置的性能测试条件，若检测到一个电堆符合预设置的性能测试条件，则将该电堆记为电堆a，获取电堆a的荷电状态SOC_a，储能电站进入电堆测试模式，对电堆a进行性能测试，包括充电操作和放电操作，执行步骤S3，若所有电堆均不符合预设置的性能测试条件，则重复步骤S1；

S3：PCS控制电堆a在充电操作中保持功率值不变，控制电堆a在放电操作中保持功率值不变，调整储能电站中其余n-1个电堆的功率值，使得储能电站的运行状态满足功率约束条件，若不满足，则中断电堆a的性能测试，执行步骤S4，若满足，则继续进行电堆a的性能测试，直至电堆a完成性能测试，输出性能测试结果，执行步骤S7；所述功率约束条件为：

|P_i|≤|P_{i_max}|

其中，P_a表示电堆a在充电操作中的功率或电堆a在放电操作中的功率；

S4：PCS调整储能电站中n个电堆的功率值，使得

S5：判断储能电站是否符合预设置的终止测试条件，若满足，则电堆a性能测试失败，执行步骤S7，否则，执行步骤S6；

S6：判断储能电站是否符合预设置的再次测试条件，若储能电站符合预设置的再次测试条件，则将电堆a的荷电状态复原至上一次中断时的状态，重复步骤S3，否则，重复步骤S5；

S7：储能电站退出电堆测试模式，PCS调整储能电站中n个电堆的功率值，使得

2.根据权利要求1所述的一种储能电站中电堆性能的测试方法，其特征在于，所述步骤S2中，预设置的性能测试条件为：

P_N＞0，ST＞ST_max，SOC等于预设置的放电SOC，储能电站不处于电堆测试模式；或P_N＜0，ST＞ST_max，SOC等于预设置的充电SOC，储能电站不处于电堆测试模式；

其中，SOC为电堆的荷电状态，ST_max为预设置的性能测试最大间隔天数，放电SOC>50％，充电SOC<50％。

3.根据权利要求2所述的一种储能电站中电堆性能的测试方法，其特征在于，性能测试最大间隔天数ST_max＝30，放电SOC＝80％，充电SOC＝20％。

4.根据权利要求2所述的一种储能电站中电堆性能的测试方法，其特征在于，所述步骤S2中，对电堆a进行性能测试具体为：

设置多个内阻测量SOC值，如果1-SOC_a<50％，则电堆a先恒功率放电至电堆a的放电截止电压，再执行以下步骤：

A1：测量电堆a的内阻；

A2：若步骤A1的执行次数等于预设置的内阻测量次数，则执行步骤A4；

A3：获取电堆a当前的荷电状态SOC`，电堆a恒功率充电，直至电堆a的SOC值等于与SOC`最接近的一个内阻测量SOC值，重复步骤A1；

A4：电堆a性能测试结束；

如果1-SOC_a>50％，则电堆a先恒功率充电至电堆a的充电截止电压，再执行以下步骤：

B1：测量电堆a的内阻；

B2：若步骤B1的执行次数等于预设置的内阻测量次数，则执行步骤B4；

B3：获取电堆a当前的荷电状态SOC`，电堆a恒功率放电，直至电堆a的SOC值等于与SOC`最接近的一个内阻测量SOC值，重复步骤B1；

B4：电堆a性能测试结束。

5.根据权利要求4所述的一种储能电站中电堆性能的测试方法，其特征在于，内阻测量SOC值分别为80％、60％、40％、20％，所述内阻测量次数为5次。

6.根据权利要求1所述的一种储能电站中电堆性能的测试方法，其特征在于，所述步骤S5中，终止测试条件为：电堆a性能测试的中断次数大于预设置的最大中断次数；或在储能电站的电堆测试模式中电堆a未进行性能测试的时间大于预设置的终止测试时间阈值。

7.根据权利要求1所述的一种储能电站中电堆性能的测试方法，其特征在于，所述步骤S6中，再次测试条件为：

且持续时间大于等于预设置的再次测试时间阈值。

8.根据权利要求7所述的一种储能电站中电堆性能的测试方法，其特征在于，预设置的再次测试时间阈值为10分钟。

9.根据权利要求1所述的一种储能电站中电堆性能的测试方法，其特征在于，所述步骤S1、S4、S7中，PCS采用平均功率分配原则调整储能电站中n个电堆的功率值，具体为：

所述步骤S3中，PCS采用平均功率分配原则调整储能电站中其余n-1个电堆的功率值，具体为：

10.根据权利要求9所述的一种储能电站中电堆性能的测试方法，其特征在于，所述步骤S7中，储能电站退出电堆测试模式之后还包括：将电堆a的荷电状态复原至与其余电堆的荷电状态相同。

Images