CN115528688A - 储能电池单元故障旁路控制方法、装置、电子设备 - Google Patents

储能电池单元故障旁路控制方法、装置、电子设备 Download PDF

Info

Publication number
CN115528688A
CN115528688A CN202211496147.5A CN202211496147A CN115528688A CN 115528688 A CN115528688 A CN 115528688A CN 202211496147 A CN202211496147 A CN 202211496147A CN 115528688 A CN115528688 A CN 115528688A
Authority
CN
China
Prior art keywords
energy storage
storage battery
bypass
chain link
power unit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202211496147.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN115528688B (zh
Inventor
吴胜兵
陈西涛
周芸鹏
刘冰
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Guangzhou Zhiguang Electric Co ltd
Original Assignee
Guangzhou Zhiguang Electric Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Guangzhou Zhiguang Electric Co ltd filed Critical Guangzhou Zhiguang Electric Co ltd
Priority to CN202211496147.5A priority Critical patent/CN115528688B/zh
Publication of CN115528688A publication Critical patent/CN115528688A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN115528688B publication Critical patent/CN115528688B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/001—Methods to deal with contingencies, e.g. abnormalities, faults or failures
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G01R19/165—Indicating that current or voltage is either above or below a predetermined value or within or outside a predetermined range of values
    • G01R19/16533—Indicating that current or voltage is either above or below a predetermined value or within or outside a predetermined range of values characterised by the application
    • G01R19/16538—Indicating that current or voltage is either above or below a predetermined value or within or outside a predetermined range of values characterised by the application in AC or DC supplies
    • G01R19/16542—Indicating that current or voltage is either above or below a predetermined value or within or outside a predetermined range of values characterised by the application in AC or DC supplies for batteries
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G01R19/165—Indicating that current or voltage is either above or below a predetermined value or within or outside a predetermined range of values
    • G01R19/16566—Circuits and arrangements for comparing voltage or current with one or several thresholds and for indicating the result not covered by subgroups G01R19/16504, G01R19/16528, G01R19/16533
    • G01R19/16576—Circuits and arrangements for comparing voltage or current with one or several thresholds and for indicating the result not covered by subgroups G01R19/16504, G01R19/16528, G01R19/16533 comparing DC or AC voltage with one threshold
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/385—Arrangements for measuring battery or accumulator variables
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/28—Arrangements for balancing of the load in a network by storage of energy
    • H02J3/32—Arrangements for balancing of the load in a network by storage of energy using batteries with converting means
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/32—Means for protecting converters other than automatic disconnection
    • H02M1/325—Means for protecting converters other than automatic disconnection with means for allowing continuous operation despite a fault, i.e. fault tolerant converters

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)

Abstract

本申请公开了一种储能电池单元故障旁路控制方法、装置、电子设备，所述控制方法包括：检测功率单元链节中的储能电池单元是否发生故障；若检测到功率单元链节中的储能电池单元发生故障，则对发生故障的储能电池单元所在的功率单元链节发送旁路控制指令，以使发生故障的储能电池单元进入旁路运行状态，且旁路运行状态通过具有旁路冗余功能的功率单元链节运行。本申请实现了故障储能电池单元的旁路机制功能，在节约硬件成本的基础上，解决了因储能电池单元故障导致的频繁停机问题，不仅有效地提高了高压级联储能系统运行的可靠性及利用率，而且还通过增加中间状态保护机制的方式，减小了系统冲击，提高了器件使用寿命。

Description

储能电池单元故障旁路控制方法、装置、电子设备
技术领域
本申请涉及储能技术领域，尤其涉及一种储能电池单元故障旁路控制方法、装置、电子设备。
背景技术
可再生能源的大力发展给电力技术带来了新的挑战和机遇。随着半导体器件和电力设备制造技术的发展，基于电力电子变换的高压级联储能系统在功率密度、经济性、控制灵活性等各方面的优势日益显现。现有技术中，高压级联储能系统由多个功率单元链节组成，并且采用在功率单元出口侧加装双向晶闸管或交流接触器的方式来实现整个故障功率单元的旁路。
然而，现有功率单元旁路技术存在以下缺点：一方面，触发功率单元旁路的逻辑单一，对旁路器件的利用率不够，使得整个储能系统的利用率较低；另一方面，未考虑储能电池单元发生故障时的旁路机制，电池故障直接停机的方式导致系统的可靠性降低；同时，旁路器件采用交流接触器简单封脉冲的方式，影响器件使用寿命。
发明内容
本申请实施例提供了一种储能电池单元故障旁路控制方法、装置、电子设备，以达到有效提高储能系统运行的可靠性及利用率、实现系统的旁路冗余控制、提高器件使用寿命的技术效果。
本申请实施例采用下述技术方案：
第一方面，本申请实施例中提供了一种储能电池单元故障旁路控制方法，应用于高压级联储能系统，所述高压级联储能系统包括多个功率单元链节，每个所述功率单元链节至少包括储能电池单元，所述控制方法包括：
检测所述功率单元链节中的所述储能电池单元是否发生故障；
若检测到所述功率单元链节中的所述储能电池单元发生故障，则对发生故障的所述储能电池单元所在的所述功率单元链节发送旁路控制指令，以使发生故障的储能电池单元进入旁路运行状态，且所述旁路运行状态通过具有旁路冗余功能的所述功率单元链节运行。
可选地，所述旁路运行状态至少包括如下之一：过压故障旁路、欠压故障旁路，所述发生故障的储能电池单元进入旁路运行状态之后，还包括：
如果所述高压级联储能系统进入过压故障旁路，则在所述高压级联储能系统的所述储能电池单元处于放电状态下取消所述功率单元链节运行旁路；
如果所述高压级联储能系统进入欠压故障旁路，则在所述高压级联储能系统的所述储能电池单元处于充电状态下取消所述功率单元链节运行旁路；
在取消旁路之后，将所述功率单元链节重投入所述高压级联储能系统。
可选地，所述检测所述功率单元链节中的所述储能电池单元是否发生故障，还包括：
检测所述功率单元链节中的所述储能电池单元是否发生过压、欠压、过流、过温中的任意一种或多种故障。
可选地，所述功率单元链节包括H桥功率单元链节，对发生故障的所述储能电池单元所在的所述功率单元链节发送旁路控制指令之前还包括：提供中间状态保护机制，所述中间状态保护机制包括：
控制发生故障的储能电池单元对应的H桥功率单元链节的第一IGBT和第三IGBT导通，第二IGBT和第四IGBT关断；
或者，
控制发生故障的储能电池单元对应的H桥功率单元链节的第二IGBT和第四IGBT导通，第一IGBT和第三IGBT关断，
所述第一IGBT、第三IGBT位于所述H桥功率单元链节的上桥臂，所述第二IGBT、第四IGBT位于所述H桥功率单元链节的下桥臂。
可选地，所述功率单元链节包括：由IGBT和反并联二极管组成的全桥模块、与交流侧连接的交流旁路接触器，以及位于直流侧的第一直流接触器、第二直流接触器、低通滤波器、隔离开关以及预充电电阻，
对发生故障的所述储能电池单元所在的所述功率单元链节发送旁路控制指令包括：
闭合发生故障的储能电池单元对应的功率单元链节的交流旁路接触器，以使发生故障的储能电池单元进入旁路运行状态；
关断发生故障的储能电池单元对应的功率单元链节的全桥模块中的IGBT，控制位于该所述功率单元链节的所述隔离开关、所述第二直流接触器断开，使得该所述功率单元链节的交流侧短路、直流侧隔离，且发生故障的储能电池单元进入旁路运行状态。
可选地，所述方法还包括：
在所述功率单元链节启动之前，控制所述功率单元链节中的第一直流接触器闭合、第二直流接触器断开，以形成由预充电电阻、储能电池单元以及低通滤波器所组成的直流软启动电路。
可选地，在所述功率单元链节启动且正常运行时，控制所述功率单元链节的第一直流接触器、交流旁路接触器断开、并控制所述功率单元链节的隔离开关、第二直流接触器闭合。
可选地，将多个所述功率单元链节串联之后，直挂于高压级联储能系统中的高压电网。
第二方面，本申请实施例中提供了一种储能电池单元故障旁路控制装置，所述装置包括：
检测模块，用于检测功率单元链节中的储能电池单元是否发生故障；
控制模块，用于若检测到所述功率单元链节中的所述储能电池单元发生故障，则对发生故障的所述储能电池单元所在的所述功率单元链节发送旁路控制指令，以使发生故障的储能电池单元进入旁路运行状态，且所述旁路运行状态通过具有旁路冗余功能的所述功率单元链节运行。
第三方面，本申请实施例中提供了一种电子设备，该电子设备包括：处理器；以及被安排成存储计算机可执行指令的存储器，所述可执行指令在被执行时使所述处理器执行如上述任一项所述的方法。
第四方面，本申请实施例中提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储一个或多个程序，所述一个或多个程序当被处理器执行时，实现如上述任一项所述的方法。
本申请实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：
检测所述功率单元链节中的所述储能电池单元是否发生故障；若检测到所述功率单元链节中的所述储能电池单元发生故障，则对发生故障的所述储能电池单元所在的所述功率单元链节发送旁路控制指令，以使发生故障的储能电池单元进入旁路运行状态，且所述旁路运行状态通过具有旁路冗余功能的所述功率单元链节运行。本申请实现了故障储能电池单元的旁路机制功能，在节约硬件成本的基础上，避免了由于储能电池单元故障而导致的频繁停机问题，不仅有效地提高了高压级联储能系统运行的可靠性及利用率，同时，本申请还通过增加中间状态保护机制的方式，减小了系统冲击，提高了器件使用寿命。
上述说明仅是本申请技术方案的概述，为了能够更清楚了解本申请的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本申请的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本申请的具体实施方式。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1为本申请一个实施例中的储能电池单元故障旁路控制方法的流程示意图；
图2为本申请一个实施例中的功率单元链节的电路原理示意图；
图3为本申请一个实施例中的功率单元链节在正常运行状态下的电路原理示意图；
图4为本申请一个实施例中的功率单元链节采用中间状态保护机制的电路原理示意图；
图5为本申请一个实施例中的功率单元链节进入旁路运行状态的电路原理示意图；
图6为本申请一个实施例中的储能电池单元故障旁路控制方法的控制过程示意图；
图7为本申请一个实施例中的储能电池单元故障旁路控制装置的结构示意图；
图8为本申请一个实施例中的电子设备的结构示意图；
图9为本申请一个实施例中的计算机可读存储介质的结构示意图。
图中：V O 表示交流侧电压；Q1表示第一IGBT；Q2表示第二IGBT；Q3表示第三IGBT；Q4表示第四IGBT；J 1 表示第一直流接触器；J 2 表示第二直流接触器；J 3 表示交流旁路接触器；L 1 表示电感；C 1 表示电容；R 1 表示预充电电阻；K m 表示隔离开关；B表示储能电池单元。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。
在高压级联储能系统中，功率单元的直流侧接入储能电池单元，储能电池单元即高压电池簇，电池簇一般由多个电池包串联组成，电池包的内部则是由大量磷酸铁锂电芯串并联组成。高压级联储能系统通过将功率单元链节串联以实现功率转换，整套系统容量大、模块化程度高。
如前所述，现有技术中的旁路设计大多是基于功率单元模块故障而进行的冗余设计，缺乏储能电池单元故障的旁路机制。然而，储能电池单元在长期使用过程中，由于老化、震动、一致性等问题常常会导致电池内部发生短路、断路等故障，不仅降低了系统的可靠运行程度，还带来了较大的使用和维护成本。
基于此，本申请的实施例中提出了一种储能电池单元故障旁路控制方法、装置、电子设备，以达到有效提高储能系统运行的可靠性及利用率、实现系统的旁路冗余控制、同时起到避免电池故障，提高器件使用寿命的技术效果。
本申请的技术构思在于通过设计故障储能电池单元的旁路机制功能，在不增加硬件成本的基础上，提高系统的安全性、可靠性；同时，通过设置中间状态保护机制，以使得功率单元链节中的交流接触器能够在零电平无电弧闭合，直流接触器能在零电流无电弧分断，进而实现减小系统冲击，提高器件使用寿命的技术效果；此外，考虑到过压旁路和欠压旁路故障的特殊性，还通过设置取消旁路运行状态的技术方案，以实现冗余旁路链节的重投入功能。
以下结合附图，详细说明本申请各实施例提供的技术方案。
如图1所示，所述方法包括如下的步骤S110至步骤S120：
步骤S110，检测所述功率单元链节中的所述储能电池单元是否发生故障。
在本申请的一个实施例中，所述高压级联储能系统包括多个功率单元链节，每个所述功率单元链节至少包括储能电池单元，储能电池单元通过分散接入功率单元的方式工作在较低电压，多个功率单元链节进行串联后直挂于中高压电网。
为避免因储能电池单元故障而导致的系统频繁停机问题，需要实时检测所述功率单元链节中的所述储能电池单元是否发生故障，以使发生故障的整个功率单元链节进入旁路运行状态。在正常运行状态下，由BMS（电池管理系统，Battery Management System）实时检测储能电池单元是否发生过压、欠压、过流、过温等故障，并向PCS主控制器（储能变流器，Power Conversion System）发出相应的故障报警信号。
步骤S120，若检测到所述功率单元链节中的所述储能电池单元发生故障，则对发生故障的所述储能电池单元所在的所述功率单元链节发送旁路控制指令，以使发生故障的储能电池单元进入旁路运行状态，且所述旁路运行状态通过具有旁路冗余功能的所述功率单元链节运行。
在本申请的实施例中，当储能电池单元发生故障时，出于保护电池和避免事故扩大的目的，当PCS主控制器收到故障报警信号，需要由PCS主控制器及时发送旁路控制指令以使发生故障的储能电池单元进入旁路运行状态，进而保证整个高压级联储能系统的正常运行。
具体地，如图2所示，图中展示了本申请实施例中的一个功率单元链节，功率单元链节的左侧为直挂于高压电网的交流侧，包括4个全控型器件IGBT（绝缘栅双极晶体管，Insulated Gate Bipolar Transistor）和与其反并联的4个二极管组成的全桥模块，功率单元链节的右侧是与储能电池单元B连接的直流侧，每个储能电池单元B即为一个电池簇。在本实施例中，PCS主控制器收到储能电池单元的故障报警信号后，需要立即控制发生故障的功率单元链节进入旁路运行状态。
在本申请的一个实施例中，所述旁路运行状态至少包括如下之一：过压故障旁路、欠压故障旁路，所述发生故障的储能电池单元进入旁路运行状态之后，还包括：如果所述高压级联储能系统进入过压故障旁路，则在所述高压级联储能系统的所述储能电池单元处于放电状态下取消所述功率单元链节运行旁路；如果所述高压级联储能系统进入欠压故障旁路，则在所述高压级联储能系统的所述储能电池单元处于充电状态下取消所述功率单元链节运行旁路；在取消旁路之后，将所述功率单元链节重投入所述高压级联储能系统。
可以理解，本申请实施例充分考虑到过压故障旁路和欠压故障旁路的特殊性，当系统放电时，取消旁路运行以使处于过压状态的储能电池单元充分放电，可以实现使储能电池单元电压恢复正常状态的目的；在系统充电时，取消旁路运行以使处于欠压状态的储能电池单元充分充电，同样可以使储能电池单元的电压上升以恢复正常状态，当储能电池单元电压正常后，即可将该功率单元链节重投入所述高压级联储能系统。
进一步地，在本申请的一个实施例中，所述检测所述功率单元链节中的所述储能电池单元是否发生故障，还包括：检测所述功率单元链节中的所述储能电池单元是否发生过压、欠压、过流、过温中的任意一种或多种故障。
具体地，通过电池管理系统对所述储能电池单元进行实时检测，将所述储能电池单元的实际电压值、实际电流值、实际温度值与预设电压、预设电流以及预设温度的阈值范围进行比对，并判断所述储能电池单元是否存在过压故障、欠压故障、过流故障、欠流故障和过温故障等。当检测到所述功率单元的储能电池单元存在过压故障、欠压故障、过流故障和过温故障中的一种或者多种故障时，则确定该功率单元链节的储能电池单元故障，此时，由所述电池管理系统向PCS主控制器发出故障报警信号。
在本申请的一个实施例中，所述功率单元链节包括H桥功率单元链节，对发生故障的所述储能电池单元所在的所述功率单元链节发送旁路控制指令之前还包括：提供中间状态保护机制，所述中间状态保护机制包括：
控制发生故障的储能电池单元对应的H桥功率单元链节的第一IGBT、第三IGBT导通，第二IGBT、第四IGBT关断；或者，控制发生故障的储能电池单元对应的H桥功率单元链节的第二IGBT、第四IGBT导通，第一IGBT、第三IGBT关断，所述第一IGBT、第三IGBT位于所述H桥功率单元链节的上桥臂，所述第二IGBT、第四IGBT位于所述H桥功率单元链节的下桥臂。
具体地，如图3所示，所述H桥功率单元链节中：V O 表示交流侧电压、Q1表示第一IGBT、Q2表示第二IGBT、Q3表示第三IGBT、Q4表示第四IGBT。可以看出，每个H桥功率单元链节包括由4个全控型器件IGBT及其反并联二极管组成的全桥模块、电感L 1 和电容C 1 组成的低通滤波器、第一直流接触器J 1 、第二直流接触器J 2 ，预充电电阻R 1 、两个隔离开关K m 、储能电池单元B以及交流旁路接触器J 3 。在图3所示的正常运行状态下，第二直流接触器J 2 、隔离开关K m 闭合，第一交流接触器J 1 、交流旁路接触器J 3 断开，4个IGBT由PWM信号（脉冲宽度调制，Pulse Width Modulation）控制。此时，由BMS实时检测储能电池单元的过压、欠压、过流、过温等故障，并向PCS主控制器发出相应的故障报警信号。
在本实施例中，如图4所示，若储能电池单元存在故障，当PCS主控制器收到故障报警信号并且发送旁路控制指令之前，需要先提供中间状态保护机制，可以理解，中间状态保护机制存在两种可选方式：一种方式是控制上桥臂中的IGBT导通，下桥臂中的IGBT关断；或者，另一种方式是控制下桥臂中的IGBT导通，上桥臂中的IGBT关断。
具体地，应当立即控制发生故障的储能电池单元对应的H桥功率单元链节中的第一IGBT和第三IGBT3导通，并且第二IGBT和第四IGBT关断；或者可以控制第二IGBT和第四IGBT导通，第一IGBT和第三IGBT关断，以使得该H桥功率单元链节输出零电平，电流流经第一交流通路，如图4中虚线所示通路即为第一交流通路。可以理解，采用这种中间状态保护机制后再进入旁路运行状态，可以使得交流接触器J 3 能够在零电平无电弧闭合，直流接触器J 2 能在零电流无电弧分断，有利于减小系统的冲击，提高相关器件的使用寿命。
在本申请的一个实施例中，如图5所示，所述功率单元链节包括：由4个IGBT和反并联的4个二极管组成的全桥模块、与交流侧连接的交流旁路接触器J 3 ，以及位于直流侧的第一直流接触器J 1 、第二直流接触器J 2 、低通滤波器（由电感L 1 和电容C 1 组成）、隔离开关K m 以及预充电电阻R 1 ，对发生故障的所述储能电池单元所在的所述功率单元链节发送旁路控制指令包括：
闭合发生故障的储能电池单元B对应的功率单元链节的交流旁路接触器J 3 ，以使发生故障的储能电池单元进入旁路运行状态；
关断发生故障的储能电池单元对应的功率单元链节的全桥模块中的4个IGBT（Q1、Q2、Q3、Q4），控制位于该所述功率单元链节的所述隔离开关Km、所述第二直流接触器J 2 断开，此时，电流流经第二交流通路，如图5中虚线所示通路即为第二交流通路，由此，使得该所述功率单元链节的交流侧短路、直流侧隔离，且发生故障的储能电池单元进入旁路运行状态。
在本申请的一个实施例中，所述方法还包括：在所述功率单元链节启动之前，控制所述功率单元链节中的第一直流接触器闭合、第二直流接触器断开，以形成由预充电电阻、储能电池单元以及低通滤波器所组成的直流软启动电路。在合闸瞬间，如果电容上的初始电压值为零，则会形成极大的瞬时冲击电流，往往会导致电路器件烧断或者损坏，因此，设置直流软启动电路能够有效保证整个系统正常、可靠地运行。
进一步地，在本申请的实施例中，在接通直流软启动电路使得电容能够经由直流侧的储能电池单元充电，在电容获得一定电压后，即可正式启动功率单元链节。如图3所示，在所述功率单元链节启动且正常运行时，控制所述功率单元链节的第一直流接触器J 1 、交流旁路接触器J 3 断开、并控制所述功率单元链节的隔离开关K m 、第二直流接触器J 2 闭合。
在本申请的实施例中，还包括：将多个所述功率单元链节串联之后，直挂于高压级联储能系统中的高压电网。这种分布式的储能配置结构，易于由低压的储能电池单元级联实现系统的高电压输出，具备高安全性、高效率、高均衡性、高利用率的显著优势。
在本申请的一个实施例中，如图6所示，储能电池单元故障旁路控制的控制过程如图中所示，当功率单元链节处于正常运行状态时，首先，需要实时监测储能电池单元是否存在过压、欠压、过流、过温故障；其次，当存在储能电池单元存在一种或者多种故障时，应当及时采取中间状态保护机制，即控制第一IGBT和第三IGBT导通，控制第二IGBT和第四IGBT关断（或者也可控制第一IGBT、第三IGBT关断，第二IGBT、第四IGBT导通），接着，控制交流旁路接触器J 3 闭合，关闭功率单元链节中的全部IGBT，并断开第二直接接触器J 2 ，由此使得发生故障的储能电池单元进入旁路运行状态，且所述旁路运行状态通过具有旁路冗余功能的所述功率单元链节运行。
本申请的实施例中还提供了一种储能电池单元故障旁路控制装置700，如图7所示，所述装置包括：
检测模块710，用于检测功率单元链节中的储能电池单元是否发生故障。
在本申请的一个实施例中，所述高压级联储能系统包括多个功率单元链节，每个所述功率单元链节至少包括储能电池单元，储能电池单元通过分散接入功率单元的方式工作在较低电压，多个功率单元链节进行串联后直挂于中高压电网。
为避免因储能电池单元故障而导致的系统频繁停机问题，需要实时检测所述功率单元链节中的所述储能电池单元是否发生故障，以使发生故障的整个功率单元链节进入旁路运行状态。在正常运行状态下，由BMS（电池管理系统，Battery Management System）实时检测储能电池单元是否发生过压、欠压、过流、过温等故障，并向PCS主控制器（储能变流器，Power Conversion System）发出相应的故障报警信号。
控制模块720，用于若检测到所述功率单元链节中的所述储能电池单元发生故障，则对发生故障的所述储能电池单元所在的所述功率单元链节发送旁路控制指令，以使发生故障的储能电池单元进入旁路运行状态，且所述旁路运行状态通过具有旁路冗余功能的所述功率单元链节运行。
在本申请的实施例中，当储能电池单元B发生故障时，出于保护电池和避免事故扩大的目的，当PCS主控制器收到故障报警信号，需要由PCS主控制器及时发送旁路控制指令以使发生故障的储能电池单元进入旁路运行状态，进而保证整个高压级联储能系统的正常运行。
具体地，如图2所示，图中展示了本申请实施例中的一个功率单元链节，功率单元链节的左侧为直挂于高压电网的交流侧，包括4个全控型器件IGBT（绝缘栅双极晶体管，Insulated Gate Bipolar Transistor）和与其反并联的4个二极管组成的全桥模块，功率单元链节的右侧为与储能电池单元B连接的直流侧，每个储能电池单元B即为一个电池簇。在本实施例中，PCS主控制器收到储能电池单元的故障报警信号后，需要立即控制发生故障的功率单元链节进入旁路运行状态。
在本申请的一个实施例中，在所述控制模块720中，
所述旁路运行状态至少包括如下之一：过压故障旁路、欠压故障旁路，所述发生故障的储能电池单元进入旁路运行状态之后，还包括：
如果所述高压级联储能系统进入过压故障旁路，则在所述高压级联储能系统的所述储能电池单元处于放电状态下取消所述功率单元链节运行旁路；
如果所述高压级联储能系统进入欠压故障旁路，则在所述高压级联储能系统的所述储能电池单元处于充电状态下取消所述功率单元链节运行旁路；
在取消旁路之后，将所述功率单元链节重投入所述高压级联储能系统。
在本申请的一个实施例中，在所述检测模块710中，
所述检测所述功率单元链节中的所述储能电池单元是否发生故障，还包括：检测所述功率单元链节中的所述储能电池单元是否发生过压、欠压、过流、过温中的任意一种或多种故障。
在本申请的一个实施例中，在所述控制模块720中，
所述功率单元链节包括H桥功率单元链节，对发生故障的所述储能电池单元所在的所述功率单元链节发送旁路控制指令之前还包括：提供中间状态保护机制，所述中间状态保护机制包括：
控制发生故障的储能电池单元对应的H桥功率单元链节的第一IGBT、第三IGBT导通，第二IGBT、第四IGBT关断；
或者，
控制发生故障的储能电池单元对应的H桥功率单元链节的第二IGBT、第四IGBT导通，第一IGBT、第三IGBT关断，
所述第一IGBT、第三IGBT位于所述H桥功率单元链节的上桥臂，所述第二IGBT、第四IGBT位于所述H桥功率单元链节的下桥臂。
在本申请的一个实施例中，在所述控制模块720中，
所述功率单元链节包括：由IGBT和反并联二极管组成的全桥模块、与交流侧连接的交流旁路接触器，以及位于直流侧的第一直流接触器、第二直流接触器、低通滤波器、隔离开关以及预充电电阻，
对发生故障的所述储能电池单元所在的所述功率单元链节发送旁路控制指令包括：
闭合发生故障的储能电池单元对应的功率单元链节的交流旁路接触器，以使发生故障的储能电池单元进入旁路运行状态；
关断发生故障的储能电池单元对应的功率单元链节的全桥模块中的IGBT，控制位于该所述功率单元链节的所述隔离开关、所述第二直流接触器断开，使得该所述功率单元链节的交流侧短路、直流侧隔离，且发生故障的储能电池单元进入旁路运行状态。
在本申请的一个实施例中，在所述控制模块720中，
在所述功率单元链节启动之前，控制所述功率单元链节中的第一直流接触器闭合、第二直流接触器断开，以形成由预充电电阻、储能电池单元以及低通滤波器所组成的直流软启动电路。
在本申请的一个实施例中，在所述控制模块720中，
在所述功率单元链节启动且正常运行时，控制所述功率单元链节的第一直流接触器、交流旁路接触器断开、并控制所述功率单元链节的隔离开关、第二直流接触器闭合。
需要说明的是，上述储能电池单元故障旁路控制装置，能够实现前述实施例中提供的储能电池单元故障旁路控制方法的各个步骤，关于储能电池单元故障旁路控制方法的相关阐释均适用于储能电池单元故障旁路控制装置，此处不再赘述。
综上所述，本申请的技术方案至少达到了如下的技术效果：检测所述功率单元链节中的所述储能电池单元是否发生故障；若检测到所述功率单元链节中的所述储能电池单元发生故障，则对发生故障的所述储能电池单元所在的所述功率单元链节发送旁路控制指令，以使发生故障的储能电池单元进入旁路运行状态，且所述旁路运行状态通过具有旁路冗余功能的所述功率单元链节运行。本申请实现了故障储能电池单元的旁路机制功能，在节约硬件成本的基础上，避免了因电池单元故障导致的频繁停机问题，有效地提高了高压级联储能系统运行的可靠性及利用率；通过增加中间状态保护机制的方式，减小了系统冲击，提高了器件使用寿命，同时，针对过压和欠压故障旁路状态，实现了对于所述功率单元链节的重投入功能。
在此提供的算法和显示不与任何特定计算机、虚拟装置或者其它设备固有相关。各种通用装置也可以与基于在此的示教一起使用。根据上面的描述，构造这类装置所要求的结构是显而易见的。此外，本申请也不针对任何特定编程语言。应当明白，可以利用各种编程语言实现在此描述的本申请的内容，并且上面对特定语言所做的描述是为了披露本申请的最佳实施方式。
在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本申请的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。
类似地，应当理解，为了精简本申请并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本申请的示例性实施例的描述中，本申请的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本申请要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本申请的单独实施例。
本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书（包括伴随的权利要求、摘要和附图）中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书（包括伴随的权利要求、摘要和附图）中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。
此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本申请的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在下面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。
本申请的各个部件实施例可以以硬件实现，或者以在一个或者多个处理器上运行的软件模块实现，或者以它们的组合实现。本领域的技术人员应当理解，可以在实践中使用微处理器或者数字信号处理器（DSP）来实现根据本申请实施例的储能电池单元故障旁路控制装置中的一些或者全部部件的一些或者全部功能。本申请还可以实现为用于执行这里所描述的方法的一部分或者全部的设备或者装置程序（例如，计算机程序和计算机程序产品）。这样的实现本申请的程序可以存储在计算机可读介质上，或者可以具有一个或者多个信号的形式。这样的信号可以从因特网网站上下载得到，或者在载体信号上提供，或者以任何其他形式提供。
例如，图8示出了根据本申请一个实施例的电子设备的结构示意图。该电子设备800包括处理器810和被安排成存储计算机可执行指令（计算机可读程序代码）的存储器820。存储器820可以是诸如闪存、EEPROM（电可擦除可编程只读存储器）、EPROM、硬盘或者ROM之类的电子存储器。存储器820具有存储用于执行上述方法中的任何方法步骤的计算机可读程序代码831的存储空间830。例如，用于存储计算机可读程序代码的存储空间830可以包括分别用于实现上面的方法中的各种步骤的各个计算机可读程序代码831。计算机可读程序代码831可以从一个或者多个计算机程序产品中读出或者写入到这一个或者多个计算机程序产品中。这些计算机程序产品包括诸如硬盘，紧致盘（CD）、存储卡或者软盘之类的程序代码载体。这样的计算机程序产品通常为例如图8所示的计算机可读存储介质。
图9示出了根据本申请一个实施例的一种计算机可读存储介质的结构示意图。该计算机可读存储介质900存储有用于执行根据本申请的方法步骤的计算机可读程序代码831，可以被电子设备800的处理器810读取，当计算机可读程序代码831由电子设备800运行时，导致该电子设备800执行上面所描述的方法中的各个步骤，具体来说，该计算机可读存储介质存储的计算机可读程序代码831可以执行上述任一实施例中示出的方法。计算机可读程序代码831可以以适当形式进行压缩。
应该注意的是上述实施例对本申请进行说明而不是对本申请进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本申请可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。

Claims (10)

1.一种储能电池单元故障旁路控制方法，其特征在于，应用于高压级联储能系统，所述高压级联储能系统包括多个功率单元链节，每个所述功率单元链节至少包括储能电池单元，所述控制方法包括：
检测所述功率单元链节中的所述储能电池单元是否发生故障；
若检测到所述功率单元链节中的所述储能电池单元发生故障，则对发生故障的所述储能电池单元所在的所述功率单元链节发送旁路控制指令，以使发生故障的储能电池单元进入旁路运行状态，且所述旁路运行状态通过具有旁路冗余功能的所述功率单元链节运行。
2.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述旁路运行状态至少包括如下之一：过压故障旁路、欠压故障旁路，所述发生故障的储能电池单元进入旁路运行状态之后，还包括：
如果所述高压级联储能系统进入过压故障旁路，则在所述高压级联储能系统的所述储能电池单元处于放电状态下取消所述功率单元链节运行旁路；
如果所述高压级联储能系统进入欠压故障旁路，则在所述高压级联储能系统的所述储能电池单元处于充电状态下取消所述功率单元链节运行旁路；
在取消旁路之后，将所述功率单元链节重投入所述高压级联储能系统。
3.如权利要求2所述方法，其特征在于，所述检测所述功率单元链节中的所述储能电池单元是否发生故障，还包括：
检测所述功率单元链节中的所述储能电池单元是否发生过压、欠压、过流、过温中的任意一种或多种故障。
4.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述功率单元链节包括H桥功率单元链节，对发生故障的所述储能电池单元所在的所述功率单元链节发送旁路控制指令之前还包括：提供中间状态保护机制，所述中间状态保护机制包括：
控制发生故障的储能电池单元对应的H桥功率单元链节的第一IGBT和第三IGBT导通，第二IGBT和第四IGBT关断；
或者，
控制发生故障的储能电池单元对应的H桥功率单元链节的第二IGBT和第四IGBT导通，第一IGBT和第三IGBT关断，
所述第一IGBT、第三IGBT位于所述H桥功率单元链节的上桥臂，所述第二IGBT、第四IGBT位于所述H桥功率单元链节的下桥臂。
5.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述功率单元链节包括：由IGBT和反并联二极管组成的全桥模块、与交流侧连接的交流旁路接触器，以及位于直流侧的第一直流接触器、第二直流接触器、低通滤波器、隔离开关以及预充电电阻，
对发生故障的所述储能电池单元所在的所述功率单元链节发送旁路控制指令包括：
闭合发生故障的储能电池单元对应的功率单元链节的交流旁路接触器，以使发生故障的储能电池单元进入旁路运行状态；
关断发生故障的储能电池单元对应的功率单元链节的全桥模块中的IGBT，控制位于该所述功率单元链节的所述隔离开关、所述第二直流接触器断开，使得该所述功率单元链节的交流侧短路、直流侧隔离，且发生故障的储能电池单元进入旁路运行状态。
6.如权利要求5所述方法，其特征在于，所述方法还包括：
在所述功率单元链节启动之前，控制所述功率单元链节中的第一直流接触器闭合、第二直流接触器断开，以形成由预充电电阻、储能电池单元以及低通滤波器所组成的直流软启动电路。
7.如权利要求6所述方法，其特征在于，在所述功率单元链节启动且正常运行时，控制所述功率单元链节的第一直流接触器、交流旁路接触器断开、并控制所述功率单元链节的隔离开关、第二直流接触器闭合。
8.如权利要求1所述方法，其特征在于，将多个所述功率单元链节串联之后，直挂于高压级联储能系统中的高压电网。
9.一种储能电池单元故障旁路控制装置，其特征在于，所述装置包括：
检测模块，用于检测功率单元链节中的储能电池单元是否发生故障；
控制模块，用于若检测到所述功率单元链节中的所述储能电池单元发生故障，则对发生故障的所述储能电池单元所在的所述功率单元链节发送旁路控制指令，以使发生故障的储能电池单元进入旁路运行状态，且所述旁路运行状态通过具有旁路冗余功能的所述功率单元链节运行。
10.一种电子设备，其中，该电子设备包括：处理器；以及被安排成存储计算机可执行指令的存储器，所述可执行指令在被执行时使所述处理器执行如权利要求1至8中任一项所述方法。
CN202211496147.5A 2022-11-28 2022-11-28 储能电池单元故障旁路控制方法、装置、电子设备 Active CN115528688B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202211496147.5A CN115528688B (zh) 2022-11-28 2022-11-28 储能电池单元故障旁路控制方法、装置、电子设备

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202211496147.5A CN115528688B (zh) 2022-11-28 2022-11-28 储能电池单元故障旁路控制方法、装置、电子设备

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN115528688A true CN115528688A (zh) 2022-12-27
CN115528688B CN115528688B (zh) 2023-06-16

Family

ID=84704748

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202211496147.5A Active CN115528688B (zh) 2022-11-28 2022-11-28 储能电池单元故障旁路控制方法、装置、电子设备

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN115528688B (zh)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103916041A (zh) * 2014-03-18 2014-07-09 上海交通大学 级联储能变流器多链节冗余控制方法
US20180006548A1 (en) * 2016-06-30 2018-01-04 University Of South Carolina Bypass Switch For High Voltage DC Systems
CN112564149A (zh) * 2020-11-23 2021-03-26 国网江苏省电力有限公司盐城供电分公司 一种中压直挂式储能系统及其在线冗余控制方法
CN113933617A (zh) * 2021-09-07 2022-01-14 南京南瑞继保电气有限公司 一种有源型模块化换流器试验系统及控制方法
CN114448228A (zh) * 2022-04-11 2022-05-06 南京力骏新能源储能研究院有限公司 基于端口电压状态判别的直挂式储能变流器冗余控制方法及系统
CN115395481A (zh) * 2022-09-28 2022-11-25 荣信汇科电气股份有限公司 一种直流输电功率模块电容故障保护方法及功率模块

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103916041A (zh) * 2014-03-18 2014-07-09 上海交通大学 级联储能变流器多链节冗余控制方法
US20180006548A1 (en) * 2016-06-30 2018-01-04 University Of South Carolina Bypass Switch For High Voltage DC Systems
CN112564149A (zh) * 2020-11-23 2021-03-26 国网江苏省电力有限公司盐城供电分公司 一种中压直挂式储能系统及其在线冗余控制方法
CN113933617A (zh) * 2021-09-07 2022-01-14 南京南瑞继保电气有限公司 一种有源型模块化换流器试验系统及控制方法
CN114448228A (zh) * 2022-04-11 2022-05-06 南京力骏新能源储能研究院有限公司 基于端口电压状态判别的直挂式储能变流器冗余控制方法及系统
CN115395481A (zh) * 2022-09-28 2022-11-25 荣信汇科电气股份有限公司 一种直流输电功率模块电容故障保护方法及功率模块

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
陈亚爱等: "级联型储能功率变换系统控制策略综述", 《电气传动》 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN115528688B (zh) 2023-06-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2719067B1 (en) Method for energizing a chain-link converter, controller, computer programs and computer program products
RU2592066C2 (ru) Система электропитания постоянного тока с возможностью защиты системы
CN103503289B (zh) 电压源链式链节转换器中的方法和设备
US7586770B2 (en) Interconnection inverter device
US9553441B2 (en) Method and apparatus for protecting an intermediate circuit capacitor in a power converter
CN108028547B (zh) 供电装置以及其开关控制方法
CN103107689A (zh) 一种级联型变频器、功率单元及其旁路模块
JPH04112619A (ja) 配電系統の遮断方法、遮断装置、遮断装置の使用方法
CN110994633B (zh) 一种链式svg链节模块旁路控制系统及其控制方法
WO2020096811A1 (en) Energy storage systems and methods for fault mitigation
CN114928123A (zh) 独立于电池管理系统进行故障安全电池保护的系统和方法
CN201699472U (zh) 一种双电源自动切换电路及其隔离装置
CN113078714A (zh) 一种储能系统及储能系统控制方法
US20150326004A1 (en) Arc-free capacitor trip device
Lazzari et al. Selectivity and security of DC microgrid under line-to-ground fault
CN116231602A (zh) 支持三路电源用于防止冷却器全停的保护控制系统、方法、装置、处理器及其存储介质
JP2005051901A (ja) 電力変換装置
CN102882252A (zh) 电池组系统及其保护装置
CN115528688B (zh) 储能电池单元故障旁路控制方法、装置、电子设备
CN207410016U (zh) 一种变流装置保护装置
JP2987814B2 (ja) 電力変換装置の起動保護方法
Cordeiro et al. Combining mechanical commutators and semiconductors in fast changing redundant inverter topologies
CN207490596U (zh) 一种esp应急电源系统
JP2998711B2 (ja) 瞬低対策機能付き分散電源装置
CN202696172U (zh) 电动汽车电池放电的改进逆变器

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant