CN113839449A - 储能系统安全控制方法及控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种储能系统安全控制方法及控制系统，本发明的储能系统安全控制方法包括：数据采集模块采集储能系统的电芯运行数据，发送至边缘端设备；边缘端设备对电芯运行数据进行分析处理，并将电芯运行数据发送至云端设备；云端设备对电芯运行数据进行分析处理，并将分析处理结果发送至边缘端设备；综合边缘端设备和云端设备的分析处理结果，输出电芯控制策略。本发明的储能系统安全控制方法，对电芯运行数据的运行处理同时由边缘端设备和云端设备进行，充分利用边缘端设备能够快速实时判断，和云端设备的大数据分析能力，发挥云边协同的优势，做到对电芯安全早预警、快处理、自动分析响应，从而提高储能系统电芯的安全性，降低人工成本。

Description

储能系统安全控制方法及控制系统
技术领域
本发明涉及储能系统控制技术领域，特别涉及一种储能系统安全控制方法。同时，本发明还涉及可实现如上储能系统安全控制方法的储能系统安全控制系统。
背景技术
在储能系统中，电芯安全是最为关键的，严重的可能导致爆炸、燃烧等恶劣事件，因此在储能系统运行过程中，保障电芯安全性是最为重要的。
储能系统最小的构成单元包括单体电芯，多个单体电芯经串联或并联组成一个插箱，每个插箱内安装1台一级BMS，主要负责电芯单体电压、温度数据的模拟信号采集，由多个插箱(10个插箱左右)层叠竖直布置构成1个电池簇，每簇配置一个高压箱，高压箱内安装1台二级BMS，主要负责本簇内电芯数据的计算、控制输出等；由多个电池簇构成一个电池堆，一般电池堆配置1台三级BMS，主要负责电池堆的数据计算、告警识别、系统输出管理、簇间均衡管理等。
在储能系统中，当前使用的常规电芯安全识别与控制方法为，使用电池管理系统BMS对单体电芯数据的实时检测与判断，单个数据项超过设定阈值则为告警，阈值参数分为3个等级，根据严重程度对应有三级告警，对于各级告警发生时进行不同的安全保护措施，保护处理措施一般有：告警(不动作)、降功率、停机、跳闸等。
对于储能系统历史数据分析，目前一般采用对历史数据的离线分析，分析结果由人工处理，该方法存在以下弊端：
1、设备端BMS保护方法仅是基于对独立数据的瞬态分析，对于缓慢衰减的电芯不能做到早预判早发现早处理，导致事态恶化。
2、当前对于历史数据离线分析的方式，会导致响应或处理不及时，且耗费人力。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种储能系统安全控制方法，以有利于保证储能系统运行的安全性。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种储能系统安全控制方法，包括：
数据采集模块采集所述储能系统的电芯运行数据，发送至边缘端设备；
所述边缘端设备对所述电芯运行数据进行分析处理，并将所述电芯运行数据发送至云端设备；
云端设备对所述电芯运行数据进行分析处理，并将分析处理结果发送至边缘端设备；
所述边缘端设备综合所述边缘端设备和所述云端设备的分析处理结果，输出电芯控制策略。
进一步的，所述边缘端设备对所述电芯运行数据进行分析处理包括：横向分析所述电芯运行数据，得出第一异常电芯运行数据。
进一步的，所述第一异常电芯运行数据包括过温、欠温、过压、欠压、过流和绝缘低中至少其一。
进一步的，所述云端设备对所述电芯运行数据进行分析处理包括：纵向分析所述电芯运行数据结合横向多维数据综合分析，得出第二异常电芯运行数据；所述云端设备将所述第二异常电芯运行数据发送至所述边缘端设备。
进一步的，所述第二异常电芯运行数据包括电芯容量偏差、温度偏差、充放电运行过程中电压变化率偏差和充放电运行过程中温度变化率偏差中至少其一。
进一步的，将所述电芯运行数据发送至所述云端设备后，所述云端设备对所述电芯运行数据实时保存。
进一步的，所述电芯运行数据包括单体电芯的温度、电压、剩余电量百分比、电池健康度，以及电池簇的电压、电流、绝缘值、高压箱接触器状态中至少其一。
进一步的，所述边缘端设备将所述电芯控制策略发送至移动终端。
进一步的，所述数据采集模块包括所述储能系统的BMS。
相对于现有技术，本发明具有以下优势：
本发明所述的储能系统安全控制方法，对电芯运行数据的运行处理同时由边缘端设备和云端设备进行，充分利用边缘端设备能够快速实时判断，以及云端设备的大数据分析能力，发挥云边协同控制优化的优势，从而能够实现本地数据快速识别、响应处理，大数据平台早预警早判断，并同步至边缘端自动响应处理，进而做到对电芯安全早预警、快处理、自动分析响应，从而提高储能系统电芯的安全性，降低人工成本。
边缘端设备发挥快速实时性优势，对电芯运行数据横向分析，云端设备大数据平台纵向分析历史数据和横向分析多维数据相结合的数据分析计算优势，能够进一步优化云边协同的闭环控制方式。
同时，电芯控制策略由云端设备推送至运维人员，运维人员能够及时参与处理，确保储能系统安全可靠的运行。
本发明的另一目的在于提出一种储能系统安全控制系统，其包括：
数据采集模块，设于所述储能系统上，并用于采集所述储能系统的电芯运行数据；
边缘端设备，与所述数据采集模块通讯连接，所述边缘端设备用于对所述电芯运行数据进行分析处理，并将所述电芯运行数据发送至云端设备；
云端设备，与所述边缘端设备通讯连接，所述云端设备用于对所述电芯运行数据进行分析处理，并将分析处理结果发送至边缘端设备；
所述边缘端设备还用于综合所述边缘端设备和所述云端设备的分析处理结果，输出电芯控制策略。
本发明所述的储能系统安全控制系统与前述的储能系统安全控制方法相比，相对于现有技术具有相同的有益效果，在此不再赘述。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例所述的储能系统安全控制方法的流程图；
图2为本发明实施例所述的储能系统安全控制方法的示例性流程图；
图3为本发明实施例所述的储能系统安全控制系统的原理框图。
附图标记说明：
1、储能系统；2、边缘端设备；3、云端设备；4、移动终端；
101、数据采集模块。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“背”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，在本发明的描述中，除非另有明确的限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“连接件”应做广义理解。例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以结合具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
本实施例涉及一种储能系统安全控制方法，如图1和图2并结合图3所示的，其主要包括如下步骤：
S101、数据采集模块101采集储能系统1的电芯运行数据，发送至边缘端设备2。
该步骤中，数据采集模块101包括储能系统1的BMS，具体采集数据的方式可参照现有技术。数据采集模块101除了可采用现有的BMS，当然还可采用其他结构，比如为了监测电芯或电池簇另外设置的电压测试装置、电流测试装置等，只是如此会导致成本增高。
电芯运行数据包括单体电芯的温度、电压、SOC(state of charge，电池剩余电量百分比)、SOE(state of energy，电池剩余电量)、SOH(state of health，电池健康度)、SOF(state of function，电池的功能状态)，以及电池簇的电压、电流、绝缘值、高压箱接触器状态中至少其一，也即可以监控任意其中一项参数，也可同时监测多个参数，优选同时监测多个参数。
S102、边缘端设备2对电芯运行数据进行分析处理，并将电芯运行数据发送至云端设备3。
该步骤中，将电芯运行数据发送至云端设备3后，云端设备3对电芯运行数据实时保存和记录。
边缘端设备2对电芯运行数据进行分析处理包括：横向分析电芯运行数据，得出第一异常电芯运行数据。第一异常电芯运行数据可以指离散度较大的电芯运行数据，包括过温、欠温、过压、欠压、过流和绝缘低中至少其一。
在此需要说明的是：所谓横向分析，是指针对多个不同单体电芯或电池簇的同一时刻同一参数进行分析，得出离散度较大的异常电芯运行数据。举例来讲，以每个电池堆为单位，计算该电池堆中的各电芯的电压的平均值，各电芯的实际电压值与该平均值比较，偏差较大也即离散度较大的电压数据则为第一异常电芯运行数据，在实际计算时，可预存预设偏差阈值，超过预设偏差阈值的电芯运行数据代表该电芯运行存在异常。
此外，如上方式是通过计算平均值进行计算，除此以外，当然还可参照现有其他计算方法得出第一异常电芯运行数据，比如，采用方差法、均方根法等。
S103、云端设备3对电芯运行数据进行分析处理，并将分析处理结果发送至边缘端设备2。
该步骤中，云端设备3对电芯运行数据进行分析处理包括：纵向分析电芯运行数据和横向多维数据分析相结合，得出第二异常电芯运行数据，由云端设备3将第二异常电芯运行数据发送至边缘端设备2。第二异常电芯运行数据包括电芯容量偏差、温度偏差、充放电运行过程中电压变化率偏差和充放电运行过程中温度变化率偏差中至少其一。所谓纵向分析，是指对同一电芯同一参数不同时刻的数据进行分析。
在此需要说明的是，多维数据是指其它因素如环境因素对电芯运行数据的影响，比如温度、湿度、用电、消防、烟雾、安全气体等数据，可能对电芯运行数据产生影响的数据。
此外还需说明的是，云端设备3可采用智能预警算法，通过分析历时数据、历时时刻的横向多维数据综合分析，得出第二异常电芯运行数据。
云端设备3统计的第二异常电芯运行数据包括电芯容量偏差、温度偏差、充放电运行过程中电压变化率偏差和充放电运行过程中温度变化率偏差等。
S104、边缘端设备2综合边缘端设备2和云端设备3的分析处理结果，输出电芯控制策略，同时边缘端设备2将电芯控制策略发送至移动终端4。
在此，综合的分析处理结果也即前述的第一异常电芯运行数据和第二异常电芯运行数据。输出的电芯控制策略也即可保证储能系统1安全运行的控制策略，比如可为电池簇断开、电池堆断开、PCS停机、电操跳机等。
移动终端4具体可为手机、平板、ipad等，其一般由运维人员持有，边缘端设备2将电芯控制策略发送至移动终端4，有利于保证运维人员及时参与处理。
需要说明的是，本实施中，云端设备3可替换为边缘端服务器，横向分析电芯运行异常数据、横向多维数据和纵向分析电芯运行数据综合分析判断，可在边缘端服务器完成实现，由边缘端服务器与边缘端设备2如控制器联合完成。
本实施例的储能系统安全控制方法，可解决单一数据阈值判断方法的孤立性，采用横向多维数据判断方法，更有利于判断识别出电芯数据的离散型，早期判断出异常电芯，早预警早处理；
采用纵向历史数据分析与历史时刻横向多维数据分析方法，并与边缘端横向数据分析方法形成闭环联动方法，用于对电芯运行安全的实时控制流程，有助于准确识别电芯运行过程的异常信息，从而识别出异常运行过程的电芯数据。
通过两种数据分析判断方法，为系统电芯安全运行策略提供准确、有效依据，从而保障储能系统1中电芯运行安全。
同时，如图3所示的，本实施例还涉及一种储能系统安全控制系统，其主要包括储能系统1的数据采集模块101、边缘端设备2、云端设备3和移动终端4。
其中，数据采集模块101设于储能系统1上，并用于采集储能系统1的电芯运行数据；边缘端设备2与数据采集模块101通讯连接，其用于对电芯运行数据进行分析处理，并将电芯运行数据发送至云端设备3。
云端设备3与边缘端设备2通讯连接，云端设备3用于对电芯运行数据进行分析处理，并将分析处理结果发送至边缘端设备2。
边缘端设备2还与移动终端4通讯连接，其用于综合边缘端设备2和云端设备3的分析处理结果，输出电芯控制策略，以保证运维人员技术参与处理。
本实施例的储能系统安全控制系统，可实现如上的储能系统安全控制方法，其与该控制方法相对于现有技术具有相同的有益效果，在此不再赘述。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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保护范围之内。

Claims (10)

1.一种储能系统安全控制方法，其特征在于包括：
数据采集模块(101)采集所述储能系统(1)的电芯运行数据，发送至边缘端设备(2)；
所述边缘端设备(2)对所述电芯运行数据进行分析处理，并将所述电芯运行数据发送至云端设备(3)；
云端设备(3)对所述电芯运行数据进行分析处理，并将分析处理结果发送至边缘端设备(2)；
所述边缘端设备(2)综合所述边缘端设备(2)和所述云端设备(3)的分析处理结果，输出电芯控制策略。
2.根据权利要求1所述的储能系统安全控制方法，其特征在于：
所述边缘端设备(2)对所述电芯运行数据进行分析处理包括：
横向分析所述电芯运行数据，得出第一异常电芯运行数据。
3.根据权利要求2所述的储能系统安全控制方法，其特征在于：
所述第一异常电芯运行数据包括过温、欠温、过压、欠压、过流和绝缘低中至少其一。
4.根据权利要求1所述的储能系统安全控制方法，其特征在于：
所述云端设备(3)对所述电芯运行数据进行分析处理包括：
纵向分析所述电芯运行数据结合横向多维数据综合分析，得出第二异常电芯运行数据；
所述云端设备(3)将所述第二异常电芯运行数据发送至所述边缘端设备(2)。
5.根据权利要求4所述的储能系统安全控制方法，其特征在于：
所述第二异常电芯运行数据包括电芯容量偏差、温度偏差、充放电运行过程中电压变化率偏差和充放电运行过程中温度变化率偏差中至少其一。
6.根据权利要求2所述的储能系统安全控制方法，其特征在于：
将所述电芯运行数据发送至所述云端设备(3)后，所述云端设备(3)对所述电芯运行数据实时保存。
7.根据权利要求1所述的储能系统安全控制方法，其特征在于：
所述电芯运行数据包括单体电芯的温度、电压、剩余电量百分比、电池健康度，以及电池簇的电压、电流、绝缘值、高压箱接触器状态中至少其一。
8.根据权利要求1所述的储能系统安全控制方法，其特征在于：
所述边缘端设备(2)将所述电芯控制策略发送至移动终端(4)。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的储能系统安全控制方法，其特征在于：
所述数据采集模块(101)包括所述储能系统(1)的BMS。
10.一种储能系统安全控制系统，其特征在于，包括：
数据采集模块(101)，设于所述储能系统(1)上，并用于采集所述储能系统(1)的电芯运行数据；
边缘端设备(2)，与所述数据采集模块(101)通讯连接，所述边缘端设备(2)用于对所述电芯运行数据进行分析处理，并将所述电芯运行数据发送至云端设备(3)；
云端设备(3)，与所述边缘端设备(2)通讯连接，所述云端设备(3)用于对所述电芯运行数据进行分析处理，并将分析处理结果发送至边缘端设备(2)；
所述边缘端设备(2)还用于综合所述边缘端设备(2)和所述云端设备(3)的分析处理结果，输出电芯控制策略。
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