CN113922405A - 一种多级式储能系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种多级式储能系统及其控制方法，该多级式储能系统中各电池单元分别通过对应的DCDC变换器和第一开关装置后，再通过相应的保护装置和第二开关装置，连接PCS的直流侧；而且，当任意支路上出现故障时，故障电流所流经的第一开关装置、保护装置及第二开关装置中的至少一个将会处于断开状态，并且，至少该故障电流所流经的DCDC变换器也会受控处于断开自身两侧连接的状态，进而能够实现对于该支路上短路电流的分断，使各支路的短路电流不会汇集至相应的保护装置，从而使得PCS直流侧的保护装置可以选择分断容量较低的设备，降低保护装置成本。

Description

一种多级式储能系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，特别涉及一种多级式储能系统及其控制方法。

背景技术

现有的储能系统，一般是由多个电池单元串联构成电池簇，再由多个电池簇并联连接后，接入相应的PCS(Power Conversion System，储能逆变器)。

若PCS发生故障，则多路电池簇的短路电流会造成母线短路电流过大，这对于PCS直流侧保护装置的参数性能要求较高，需要其能够可靠分断较大的短路电流，导致保护装置的成本高。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种多级式储能系统及其控制方法，以降低保护装置成本。

为实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：

本发明第一方面提供了一种多级式储能系统，包括：单台储能变流器PCS、至少两个电池单元及其DCDC变换器；其中：

各所述电池单元分别通过其对应所述DCDC变换器，连接各自对应的第一开关装置的第一端；

各所述第一开关装置的第二端，通过相应的保护装置，连接第二开关装置的第一端；

所述第二开关装置的第二端连接所述PCS的直流侧；

当任意支路上出现故障时，故障电流所流经的所述第一开关装置、所述保护装置及所述第二开关装置中的至少一个处于断开状态，并且，至少所述故障电流所流经的所述DCDC变换器受控后处于断开自身两侧连接的状态。

可选的，各所述第一开关装置的第二端并联连接后，共用同一所述保护装置，连接所述第二开关装置；或者，

所述保护装置的个数大于1，且各所述保护装置的第一端分别连接有至少两个第一开关装置，各所述保护装置的第二端均连接所述第二开关装置。

可选的，所述保护装置包括：至少一个保护开关；

所述保护装置包括至少两个所述保护开关时，各所述保护开关串联连接，且分别用于实现不同位置的故障保护。

可选的，所述保护装置包括至少两个所述保护开关时，各所述保护开关的类型不同，和/或，各所述保护开关的容量不同。

可选的，所述保护装置包括两个所述保护开关，分别为：断路器，和，熔断器或串联连接的熔断器与负荷开关。

可选的，所述保护装置包括至少两个所述保护开关时，靠近所述第二开关装置的所述保护开关，设置于所述PCS的内部或外部。

可选的，所述保护装置包括至少两个所述保护开关时，多个所述电池单元及其所述DCDC变换器、所述第一开关装置及靠近其的所述保护开关，集成设置于户外柜中。

可选的，所述第一开关装置独立设置，或者，集成于自身所接的所述DCDC变换器内部；

所述第二开关装置，设置于所述PCS的内部或外部。

可选的，所述第一开关装置为：负荷开关或隔离开关；

所述第二开关装置为：负荷开关或隔离开关。

可选的，还包括：设置于所述保护装置与所述第二开关装置之间的另一级DCDC变换器。

本发明第二方面提供了一种多级式储能系统的控制方法，所述多级式储能系统为如上述第一方面任一段落所述的多级式储能系统；所述控制方法包括：

S101、判断所述多级式储能系统中任意支路上的检测参数是否大于相应预设值；

若存在任意支路上的检测参数大于相应预设值，则执行步骤S102；

S102、控制所述多级式储能系统中故障电流所流经的第一开关装置、保护装置及第二开关装置中的至少一个处于断开状态，并且，至少控制所述故障电流所流经的DCDC变换器处于断开自身两侧连接的状态。

可选的，步骤S101包括以下至少一种：

判断任意支路上的电压是否大于过压预设值；

判断任意支路上的电流是否大于过流预设值；

判断任意支路上的电流是否大于短路预设值；

判断任意支路上的温度是否大于过温预设值。

可选的，若存在任意支路上的电压大于所述过压预设值，或者，电流大于所述过流预设值，又或者，温度大于所述过温预设值，则通过步骤S102切除相应支路，而其他支路保持运行；

若所述第二开关装置所在支路上的电流大于所述短路预设值，则通过步骤S102实现故障停机；

若除所述第二开关装置所在支路以外的其他任意支路上的电流大于所述短路预设值，则通过步骤S102切除全部支路。

可选的，若通过步骤S102切除相应支路，则步骤S102包括：

S201、先控制相应支路中各所述DCDC变换器均处于断开自身两侧连接的状态；

S202、再控制相应支路中各器件处于断开状态。

可选的，若检测参数大于相应预设值的支路，为所述保护装置所在的支路，则步骤S202中：先控制各所述第一开关装置处于断开状态，再控制所述保护装置处于断开状态；或者，先控制所述保护装置处于断开状态，再控制各所述第一开关装置处于断开状态。

可选的，若通过步骤S102切除全部支路，则步骤S102包括：

S203、先控制全部支路中各所述DCDC变换器均处于断开自身两侧连接的状态；

S204、再控制全部支路中各器件处于断开状态。

可选的，步骤S204中：

先控制各所述第一开关装置处于断开状态，再控制所述保护装置处于断开状态，最后控制所述第二开关装置处于断开状态；

或者，先控制所述保护装置处于断开状态，再控制各所述第一开关装置处于断开状态，最后控制所述第二开关装置处于断开状态。

可选的，若通过步骤S102实现故障停机或正常停机，则步骤S102包括：

S205、先控制多级式储能系统中的PCS的功率降为零；

S206、控制全部支路中各所述DCDC变换器均处于断开自身两侧连接的状态，且全部支路中各器件均处于断开状态。

可选的，步骤S206中：

先控制各所述保护装置处于断开状态，再控制所述第二开关装置处于断开状态，再控制全部支路中各所述DCDC变换器均处于断开自身两侧连接的状态，最后控制全部支路中各所述第一开关装置处于断开状态；

或者，先控制所述第二开关装置处于断开状态，再控制全部支路中各所述DCDC变换器均处于断开自身两侧连接的状态，再控制各所述保护装置处于断开状态，最后控制全部支路中各所述第一开关装置处于断开状态；

又或者，先控制所述第二开关装置处于断开状态，再控制全部支路中各所述DCDC变换器均处于断开自身两侧连接的状态，再控制全部支路中各所述第一开关装置处于断开状态，最后控制各所述保护装置处于断开状态。

可选的，在所述多级式储能系统处于运行状态之前，所述控制方法还包括：

闭合全部支路中各所述第一开关装置及所述保护装置；

开启全部支路中各所述DCDC变换器，建立所述多级式储能系统的母线电压；

判断所述母线电压是否满足所述多级式储能系统中PCS的并网启动电压要求；

若所述母线电压满足所述并网启动电压要求，则闭合所述第二开关装置。

本发明第三方面提供了一种光储系统，包括：光伏系统及如第一方面任一段落所述的多级式储能系统；其中：

所述光伏系统的输出端与所述多级式储能系统中PCS的直流侧相连。

本发明提供的多级式储能系统，其各电池单元分别通过对应的DCDC变换器和第一开关装置后，再通过相应的保护装置和第二开关装置，连接PCS的直流侧；而且，当任意支路上出现故障时，故障电流所流经的第一开关装置、保护装置及第二开关装置中的至少一个将会处于断开状态，并且，至少该故障电流所流经的DCDC变换器也会受控处于断开自身两侧连接的状态，进而能够实现对于该支路上短路电流的分断，使各支路的短路电流不会汇集至相应的保护装置，从而使得PCS直流侧的保护装置可以选择分断容量较低的设备，降低保护装置成本。

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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1至图3分别为本发明实施例提供的多级式储能系统的三种结构示意图；

图4为在图2基础上对保护装置进行展示的具体结构图；

图5、图6、图7a、图7b及图7c分别为本发明实施例提供的多级式储能系统的控制方法的不同部分的流程图。

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做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。

在本申请中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本发明提供一种多级式储能系统，以降低保护装置成本。

该多级式储能系统，如图1所示，包括：单台PCS、至少两个电池单元(如图中所示的各个BT)及其DCDC变换器；其中：

电池单元，可以是指电池簇，也可以是指电池模组，此处不做限定，视其具体应用环境而定即可，均在本申请的保护范围内。

各电池单元分别通过其对应DCDC变换器，连接各自对应的第一开关装置(如图1中所示的Q1，或者，图2中所示的Q11或Q12)的第一端。实际应用中，该电池单元与其相应的DCDC变换器和第一开关装置，可以集成设置于该电池单元的壳体内部，以一个整体投入应用；当然，三者也可以分别独立设置并进行安装连接后再投入应用，视其具体应用环境而定即可，均在本申请的保护范围内。而且，该第一开关装置可以独立设置，或者，也可以集成于自身所接的DCDC变换器的内部，视其具体应用环境而定即可，均在本申请的保护范围内。

各第一开关装置的第二端，通过相应的保护装置101，连接第二开关装置Q2的第一端。实际应用中，各第一开关装置，可以全部共用同一保护装置101(如图1所示)，也可以部分共用同一保护装置101(图2中以两个第一开关装置Q11和Q12共用同一保护装置101为例进行展示)，视其具体应用环境而定即可，均在本申请的保护范围内。

第二开关装置Q2的第二端连接PCS的直流侧，也即PCS的直流侧先连接其开关装置Q2，才连接保护装置101。

具体的工作原理为：

对于图1所示结构而言，保护装置101与第二开关装置Q2所在支路为一级支路，各电池单元以及与其相应的DCDC变换器和第一开关装置所在支路，构成一个二级支路；各二级支路向一级支路进行汇流。对于图2所示结构而言，第二开关装置Q2所在支路为一级支路，各保护装置101分别位于一个二级支路中，而其所接的两个第一开关装置Q11和Q12及各自相应的DCDC变换器和电池单元，分别在一个三级支路中；各三级支路向其所接二级支路进行汇流，各二级支路向一级支路进行汇流。

不论采用何种结构，当任意支路上的电压大于过压预设值，或者，电流大于过流预设值，又或者，温度大于过温预设值，都属于普通故障，应当切除相应支路，而其他支路可以继续保持运行。而当任意支路上的电流大于短路预设值时，说明存在短路故障；比如，当第二开关装置Q2所在支路上的电流大于短路预设值时，应该进行故障停机操作；而当除第二开关装置Q2所在支路以外的其他任意支路上的电流大于短路预设值时，都应该切除全部支路。也即，任意支路上出现故障时，故障电流所流经的第一开关装置、保护装置101及第二开关装置Q2中的至少一个会处于断开状态，并且，至少故障电流所流经的DCDC变换器会在受控后处于断开自身两侧连接的状态。

具体的，以图2所示的结构为例，当其一级支路上的电流大于短路预设值时，说明PCS出现短路故障，需要执行故障停机操作，此时，PCS和全部DCDC变换器均需要停机，全部第一开关装置、全部保护装置101及第二开关装置Q2均需要关断；当二级支路或三级支路上的电流大于短路预设值时，说明支路上出现短路故障，需要切除全部支路，此时，除PCS无需停机以外，其他控制均与故障停机时相同。另外，当三级支路上出现普通故障时，只要切除该三级支路即可，其他支路均可正常运行，与其连接于同一保护装置101的三级支路也可以正常运行；而当某二级支路出现普通故障时，该二级支路以及与其相连的各三级支路均需要切除，其他二级支路及其所接三级支路可以正常运行。也即，出现普通故障的位置，会影响到所有汇集至该位置的支路，切除的支路面积就会越大。

任意支路上的电流大于短路预设值，可以是该支路上任意位置或者该支路两侧的任意位置出现短路故障所致；其他普通故障，可以是过载所致；各相应预设值的选择视其具体应用环境而定即可，此处不做限定，只要能够实现对于该多级式储能系统的上述保护功能即可。

本实施例提供的多级式储能系统，通过上述原理，能够实现对于相应支路上故障电流比如过载电流或短路电流的分断，使各支路的过载电流和短路电流不会向上汇集，即电池单元所在支路上的过载电流和短路电流不会汇集至相应保护装置101所在的支路，所以，不论采用图1或图2中的哪种结构，都能够使得PCS直流侧的相应保护装置101可以选择分断容量较低的设备，降低保护装置101成本。

需要说明的是，现有技术中，由于PCS直流侧的保护装置需要可靠分断较大的短路电流，这不仅导致保护装置的成本高，而且还会使其在分断大电流下时的保护时间较长，造成PCS无法及时分断，进而造成整机失效的情况。而本实施例提供的该多级式储能系统，结合DCDC变换器来实现对于相应支路的短路电流分断，而不必等待汇集后的保护装置来进行分断，因此对于整机的保护及时可靠。

另外，由于PCS的直流侧电流过大，所以在现场实际应用中，还是需要多根电缆同时接入其直流侧；而线缆在选型时需考虑阻抗等因素，因此多根线缆容易存在不均流的现象，导致现有技术必须在线缆设计时留有足够的余量，进而造成线缆成本增加；而且，线缆的直径较大，还会导致现场安装困难。而本实施例提供的该多级式储能系统，可以通过各DCDC变换器来实现相应电池单元进行功率传输的电压电流调节，因此可以避免上述不均流的情况，无需将各线缆直径均设计为最大，降低了线缆成本和安装难度。

图1和图2中均以两级变换为例进行展示，此时，该多级式储能系统也即一个两级式储能系统；实际应用中，PCS和各个电池单元之间，还可以设置有另外至少一级DCDC变换器，比如第二开关装置Q2与各保护装置101之间，还可以设置有一级DCDC变换器，进而构成多级变换；该多级式储能系统中的变换级数可以视其具体应用环境而定，均在本申请的保护范围内。

实际应用中，该保护装置101的个数可以是仅一个，如图1所示，此时，各第一开关装置的第二端并联连接后，共用同一保护装置101，连接第二开关装置Q2。

不过，更为优选的是：该保护装置101的个数大于1，且各保护装置101的第一端分别连接有至少两个第一开关装置(图2中以各保护装置101分别连接两个第一开关装置Q11和Q12为例进行展示，图3中以各保护装置101分别连接三个第一配电开关Q11、Q12和Q13为例进行展示)，各保护装置101的第二端均连接第二开关装置Q2。

以图2所示的结构为例进行说明，不同的电池单元经其DCDC变换器和第一开关装置实现并联后，再通过保护装置101实现汇流，然后通过第二开关装置Q2接入PCS，虽然两个电池单元共用同一保护装置101，但依旧分别配备有各自的DCDC变换器能够实现独立控制。

对于图2和图3所示的情况，各电池单元及其DCDC变换器，不再全部共用同一保护装置101，而是分别配备有各自相应的开关装置后，部分共用保护装置101，进而完成各自的保护及分断功能；也即，本实施例将多台电池单元分别接入，由各自的DCDC变换器实现控制，并由多个保护装置101分别进行保护，同时省去母线上的保护装置，确保了保护的及时可靠。

此外，多个电池单元共用同一保护装置101，还能节省保护装置的设置数量，降低成本。

在上述实施例的基础之上，具体的，该保护装置101可以包括：至少一个保护开关。

以在图2的基础上为例，参见图4，该保护装置101同时包括串联连接的第一保护开关S1和第二保护开关S2；当然，实际应用中，也可以仅包括其第一保护开关S1，或者，第二保护开关S2，视其具体应用环境而定即可，均在本申请的保护范围内。

当保护装置101包括至少两个保护开关时，各保护开关可以是不同类型的设备，其保护时间不同，进而可以识别不同的故障类型并分别进行保护；和/或，各保护开关也可以是不同容量的设备，面对不同的故障等级，其响应不同。具体的，比如图4中的第一保护开关S1和第二保护开关S2，两者可以一个是断路器，而另一个是熔断器或串联连接的熔断器与负荷开关；视其具体应用环境而定即可，均在本申请的保护范围内。

而且，当保护装置101包括至少两个保护开关时，各保护开关串联连接，分别用于实现不同位置的故障保护。以图4所示结构为例，其第一保护开关S1的第一端连接相应的第一开关装置，第一保护开关S1的第二端连接第二保护开关S2的第一端，第二保护开关S2的第二端连接第二开关装置Q2；也即，第一保护开关S1保护电池输出，不少于两个的电池单元通过第一保护开关S1并联后再接入第二保护开关S2，而第二保护开关S2用于实现PCS侧的故障保护。

实际应用中，多个电池单元及其DCDC变换器、第一开关装置和靠近电池侧的保护开关即图4中所示的第一保护开关S1，可以集成设置于一个相应的户外柜或储能集装箱中，该户外柜或储能集装箱只要设置有相应的外接端口，能够将各个第一保护开关S1的第二端引出即可；当然，上述各个设备也可以分别独立设置，视其具体应用环境而定即可，均在本申请的保护范围内。

因电池集成装置比如户外柜或电池集装箱，与汇流部分通常在实际现场分别安装，在汇流部分需要接入保护装置，第二保护开关S2作为汇流部分保护装置，保护相应支路电池单元能够独立分断及接入，各支路电池管理更加灵活。

由于单个支路电池单元的功率大小由DCDC变换器控制，DCDC变换器能够有效分断各支路电池单元的短路电流，各支路的短路电流并不会汇集在母线输出侧，所以可最大程度减小保护开关的选型，也即第一保护开关S1和第二保护开关S2在选型上可配置的足够小，降低成本，且故障时能够快速切除故障支路，并快速保护PCS。本实施例提供的该多级式储能系统，不仅电池单元独立可控，分别接入PCS，而且PCS直流侧还配备有与之对应的保护器件，减少系统失效风险。

还需要说明的是，该第一开关装置(如1中的Q1，图2中的Q11和Q12，图3中的Q11、Q12及Q13)和第二开关装置Q2可以分别为配电开关，但由于配电开关不具备大电流的分断保护能力，没有灭弧功能，带电流动作可能会造成拉弧事故，因此，该第一开关装置和第二开关装置Q2优选分别为：负荷开关或隔离开关。且两者的类型不必相同，视其具体应用环境而定即可。实际应用中，该第一开关装置优选可人为分断，方便现场维护。该第二开关装置Q2优选负荷开关，控制PCS通断。而且，PCS的保护开关(第二保护开关S2)在开关装置(第二开关装置Q2)外侧，因此单路电池单元故障后，故障支路所接的第二保护开关S2也能够保护PCS及时从故障支路切除。

另外，该第二保护开关S2和第二开关装置Q2，可以如图4中所示，均设置于PCS的外部；或者，第二开关装置Q2也可以均集成于PCS的内部，甚至靠近PCS侧的保护开关比如图4中的第二保护开关S2，也可以均集成于PCS的内部；视其具体应用环境而定即可，均在本申请的保护范围内。

本发明另一实施例还提供了一种多级式储能系统的控制方法，其多级式储能系统为如上述任一实施例所述的多级式储能系统；该多级式储能系统的结构及原理可以参见上述实施例，此处不再一一赘述。

该控制方法至少包括该多级式储能系统处于运行状态时需要执行的各个步骤；实际应用中，该控制方法可以分为三个阶段，一个是该多级式储能系统在开机阶段的部分，另一个是该多级式储能系统处于运行状态时执行的部分，第三个是该多级式储能系统在关机阶段的部分。

参见图5，该控制方法在多级式储能系统处于开机阶段的部分包括：

S11、闭合多级式储能系统中的各个第一开关装置及保护装置。

S12、开启各DCDC变换器，建立多级式储能系统的母线电压。

S13、判断母线电压是否满足多级式储能系统中PCS的并网启动电压要求。

若母线电压满足并网启动电压要求，则执行步骤S14。

S14、闭合多级式储能系统中的第二开关装置。

以图4所示结构为例进行说明，其开机时的控制逻辑如下：

首先闭合第一开关装置Q11和Q12、第一保护开关S1和第二保护开关S2，然后开启各个DCDC变换器，由各个DCDC变换器建立母线电压；当该母线电压达到PCS最小并网电压后，也即满足并网启动电压要求后，吸后第二开关装置Q2，导通各个电池单元与PCS之间的功率传输支路。

参见图6，该控制方法在多级式储能系统处于运行状态时执行的部分包括：

S101、判断多级式储能系统中任意支路上的检测参数是否大于相应预设值。

对于该预设值的设置，可以是以衡量是否发生短路故障为准，也可以是以衡量是否发生过流情况为准，视其具体应用环境而定即可，均在本申请的保护范围内。

具体的，该步骤可以包括以下至少一种：

(1)判断任意支路上的电压是否大于过压预设值。

(2)判断任意支路上的电流是否大于过流预设值。

(3)判断任意支路上的电流是否大于短路预设值。

(4)判断任意支路上的温度是否大于过温预设值。

若存在任意支路上的电压大于过压预设值，或者，电流大于过流预设值，又或者，温度大于过温预设值，则属于普通故障，需要切除相应支路，而其他支路保持运行。若第二开关装置所在支路上的电流大于短路预设值，则需要执行故障停机操作。若除第二开关装置所在支路以外的其他任意支路上的电流大于短路预设值，则需要切除全部支路。

因此，若存在任意支路上的电流大于预设值，则执行步骤S102。

S102、控制多级式储能系统中故障电流所流经的第一开关装置、保护装置及第二开关装置中的至少一个处于断开状态，并且，至少控制故障电流所流经的DCDC变换器处于断开自身两侧连接的状态。

该DCDC变换器不论采用何种具体拓扑，均能够处于断开自身两侧连接的状态；此处不做具体限定，视其应用环境而定即可，均在本申请的保护范围内。

优选的，在不同情况下，执行步骤S102时，其具体内容不同：

(1)出现普通故障时，步骤S102包括如图7a所示的：

S201、先控制相应支路中各DCDC变换器均处于断开自身两侧连接的状态。

S202、再控制相应支路中各器件处于断开状态。

而且，以图2所示结构为例，出现普通故障的支路，也即检测参数大于相应预设值的支路，若为电池单元所在的三级支路，比如图2中某一第一开关装置Q11所在的三级支路，则步骤S202中仅控制相应第一开关装置Q11处于断开状态即可，与其共用同一保护装置101的另一三级支路中的第一开关装置Q12不必断开，该三级支路可以继续运行；也即，共用同一保护装置101的两个第一开关装置Q11和Q12，可以单独控制。而出现普通故障的支路，若为保护装置101所在的二级支路，则步骤S202中：由于S201已经将该支路电流降为零，所以可以先控制保护装置101处于断开状态，再控制各第一开关装置Q11和Q12处于断开状态；实际应用中，为避免DCDC变换器动作不及时或者有故障，步骤S202中也可以先控制各第一开关装置Q11和Q12处于断开状态，避免电池单元之间出现环流，再控制保护装置101处于断开状态。

(2)需要切除全部支路时，步骤S102包括如图7b所示的：

S203、先控制全部支路中各DCDC变换器均处于断开自身两侧连接的状态；

S204、再控制全部支路中各器件处于断开状态。

而且，步骤S204中：可以先控制各第一开关装置处于断开状态，再控制保护装置处于断开状态，最后控制第二开关装置处于断开状态；或者，也可以先控制保护装置处于断开状态，再控制各第一开关装置处于断开状态，最后控制第二开关装置处于断开状态。

(3)需要故障停机或正常停机，步骤S102包括如图7c所示的：

S205、先控制多级式储能系统中的PCS的功率降为零；

S206、控制全部支路中各DCDC变换器均处于断开自身两侧连接的状态，且全部支路中各器件均处于断开状态。

而且，步骤S206中：

可以先控制各保护装置处于断开状态，再控制第二开关装置处于断开状态，再控制全部支路中各DCDC变换器均处于断开自身两侧连接的状态，最后控制全部支路中各第一开关装置处于断开状态；

或者，也可以先控制第二开关装置处于断开状态，再控制全部支路中各DCDC变换器均处于断开自身两侧连接的状态，再控制各保护装置处于断开状态，最后控制全部支路中各第一开关装置处于断开状态；

又或者，还可以先控制第二开关装置处于断开状态，再控制全部支路中各DCDC变换器均处于断开自身两侧连接的状态，再控制全部支路中各第一开关装置处于断开状态，最后控制各保护装置处于断开状态。

仍以图4所示结构为例进行说明，其关机时的控制逻辑可以是：先将PCS降至功率为零后，断开第二开关装置Q2；然后将各DCDC变换器关机，然后可灵活分断第一开关装置、第一保护开关S1及第二保护开关S2。

也即，由于DCDC变换器能够将电流将为零，进而可以灵活设置各个开关的分断顺序，提高系统安全性。

需要说明的是，实际应用中，由于保护装置101中设备的选型，其内部部分设备有可能是被动分断的，比如熔断器；也有部分设备是需要电动分断的，比如断路器或负荷开关；而相应的第一开关装置可以通过相应的电操机构实现电动分断，也可以手动分断；均在本申请的保护范围内。

本发明另一实施例还提供了一种光储系统，其包括：光伏系统及如上述任一实施例所述的多级式储能系统；该多级式储能系统的结构、工作原理及控制方法，可以参见上述实施例，不再赘述。

其中，光伏系统的输出端与该多级式储能系统中PCS的直流侧相连，以通过该PCS共同并网；当然，实际应用中，该光伏系统也可以通过自身配备的逆变器实现并网，均在本申请的保护范围内。

该光伏系统内，至少包括一个光伏组串，还可以选择性设置有相应的DCDC变换器和汇流箱等，均在本申请的保护范围内。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的系统及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

对所公开的实施例的上述说明，本说明书中各实施例中记载的特征可以相互替换或者组合，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (21)

1.一种多级式储能系统，其特征在于，包括：单台储能变流器PCS、至少两个电池单元及其DCDC变换器；其中：

各所述电池单元分别通过其对应所述DCDC变换器，连接各自对应的第一开关装置的第一端；

各所述第一开关装置的第二端，通过相应的保护装置，连接第二开关装置的第一端；

所述第二开关装置的第二端连接所述PCS的直流侧；

当任意支路上出现故障时，故障电流所流经的所述第一开关装置、所述保护装置及所述第二开关装置中的至少一个处于断开状态，并且，至少所述故障电流所流经的所述DCDC变换器受控后处于断开自身两侧连接的状态。

2.根据权利要求1所述的多级式储能系统，其特征在于，各所述第一开关装置的第二端并联连接后，共用同一所述保护装置，连接所述第二开关装置；或者，

所述保护装置的个数大于1，且各所述保护装置的第一端分别连接有至少两个第一开关装置，各所述保护装置的第二端均连接所述第二开关装置。

3.根据权利要求1所述的多级式储能系统，其特征在于，所述保护装置包括：至少一个保护开关；

所述保护装置包括至少两个所述保护开关时，各所述保护开关串联连接，且分别用于实现不同位置的故障保护。

4.根据权利要求3所述的多级式储能系统，其特征在于，所述保护装置包括至少两个所述保护开关时，各所述保护开关的类型不同，和/或，各所述保护开关的容量不同。

5.根据权利要求4所述的多级式储能系统，其特征在于，所述保护装置包括两个所述保护开关，分别为：断路器，和，熔断器或串联连接的熔断器与负荷开关。

6.根据权利要求3所述的多级式储能系统，其特征在于，所述保护装置包括至少两个所述保护开关时，靠近所述第二开关装置的所述保护开关，设置于所述PCS的内部或外部。

7.根据权利要求3所述的多级式储能系统，其特征在于，所述保护装置包括至少两个所述保护开关时，多个所述电池单元及其所述DCDC变换器、所述第一开关装置及靠近其的所述保护开关，集成设置于户外柜中。

8.根据权利要求1-7任一项所述的多级式储能系统，其特征在于，所述第一开关装置独立设置，或者，集成于自身所接的所述DCDC变换器内部；

所述第二开关装置，设置于所述PCS的内部或外部。

9.根据权利要求1-7任一项所述的多级式储能系统，其特征在于，所述第一开关装置为：负荷开关或隔离开关；

所述第二开关装置为：负荷开关或隔离开关。

10.根据权利要求1-7任一项所述的多级式储能系统，其特征在于，还包括：设置于所述保护装置与所述第二开关装置之间的另一级DCDC变换器。

11.一种多级式储能系统的控制方法，其特征在于，所述多级式储能系统为如权利要求1-10任一项所述的多级式储能系统；所述控制方法包括：

S101、判断所述多级式储能系统中任意支路上的检测参数是否大于相应预设值；

若存在任意支路上的检测参数大于相应预设值，则执行步骤S102；

S102、控制所述多级式储能系统中故障电流所流经的第一开关装置、保护装置及第二开关装置中的至少一个处于断开状态，并且，至少控制所述故障电流所流经的DCDC变换器处于断开自身两侧连接的状态。

12.根据权利要求11所述的多级式储能系统的控制方法，其特征在于，步骤S101包括以下至少一种：

判断任意支路上的电压是否大于过压预设值；

判断任意支路上的电流是否大于过流预设值；

判断任意支路上的电流是否大于短路预设值；

判断任意支路上的温度是否大于过温预设值。

13.根据权利要求12所述的多级式储能系统的控制方法，其特征在于，若存在任意支路上的电压大于所述过压预设值，或者，电流大于所述过流预设值，又或者，温度大于所述过温预设值，则通过步骤S102切除相应支路，而其他支路保持运行；

若所述第二开关装置所在支路上的电流大于所述短路预设值，则通过步骤S102实现故障停机；

若除所述第二开关装置所在支路以外的其他任意支路上的电流大于所述短路预设值，则通过步骤S102切除全部支路。

14.根据权利要求13所述的多级式储能系统的控制方法，其特征在于，若通过步骤S102切除相应支路，则步骤S102包括：

S201、先控制相应支路中各所述DCDC变换器均处于断开自身两侧连接的状态；

S202、再控制相应支路中各器件处于断开状态。

15.根据权利要求14所述的多级式储能系统的控制方法，其特征在于，若检测参数大于相应预设值的支路，为所述保护装置所在的支路，则步骤S202中：先控制各所述第一开关装置处于断开状态，再控制所述保护装置处于断开状态；或者，先控制所述保护装置处于断开状态，再控制各所述第一开关装置处于断开状态。

16.根据权利要求13所述的多级式储能系统的控制方法，其特征在于，若通过步骤S102切除全部支路，则步骤S102包括：

S203、先控制全部支路中各所述DCDC变换器均处于断开自身两侧连接的状态；

S204、再控制全部支路中各器件处于断开状态。

17.根据权利要求16所述的多级式储能系统的控制方法，其特征在于，步骤S204中：

先控制各所述第一开关装置处于断开状态，再控制所述保护装置处于断开状态，最后控制所述第二开关装置处于断开状态；

或者，先控制所述保护装置处于断开状态，再控制各所述第一开关装置处于断开状态，最后控制所述第二开关装置处于断开状态。

18.根据权利要求13所述的多级式储能系统的控制方法，其特征在于，若通过步骤S102实现故障停机或正常停机，则步骤S102包括：

S205、先控制多级式储能系统中的PCS的功率降为零；

S206、控制全部支路中各所述DCDC变换器均处于断开自身两侧连接的状态，且全部支路中各器件均处于断开状态。

19.根据权利要求18所述的多级式储能系统的控制方法，其特征在于，步骤S206中：

先控制各所述保护装置处于断开状态，再控制所述第二开关装置处于断开状态，再控制全部支路中各所述DCDC变换器均处于断开自身两侧连接的状态，最后控制全部支路中各所述第一开关装置处于断开状态；

或者，先控制所述第二开关装置处于断开状态，再控制全部支路中各所述DCDC变换器均处于断开自身两侧连接的状态，再控制各所述保护装置处于断开状态，最后控制全部支路中各所述第一开关装置处于断开状态；

又或者，先控制所述第二开关装置处于断开状态，再控制全部支路中各所述DCDC变换器均处于断开自身两侧连接的状态，再控制全部支路中各所述第一开关装置处于断开状态，最后控制各所述保护装置处于断开状态。

20.根据权利要求11-19任一项所述的多级式储能系统的控制方法，其特征在于，在所述多级式储能系统处于运行状态之前，所述控制方法还包括：

闭合全部支路中各所述第一开关装置及所述保护装置；

开启全部支路中各所述DCDC变换器，建立所述多级式储能系统的母线电压；

判断所述母线电压是否满足所述多级式储能系统中PCS的并网启动电压要求；

若所述母线电压满足所述并网启动电压要求，则闭合所述第二开关装置。

21.一种光储系统，其特征在于，包括：光伏系统及如权利要求1-10任一所述的多级式储能系统；其中：

所述光伏系统的输出端与所述多级式储能系统中PCS的直流侧相连。

Images