CN116436133B - 应用于大型储能系统的环流控制方法、设备及存储介质 - Google Patents

应用于大型储能系统的环流控制方法、设备及存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明涉及应用于大型储能系统的环流控制方法、设备及存储介质，该方法包括以下步骤：在储能系统上电时，储能系统的顶级主控自检，限制充放电电流为0；获取每个次级主控采集的对应电池簇的电压，并将电池簇的电压按照从小到大的顺序进行排序；判断获取到的电池簇的最高电压与电池簇的最低电压的差值是否在预设范围内；是则进入电池簇间均衡，否则进行强制均衡。本发明应用于大型储能系统存在压差时上电的控制策略，通过簇间均衡或者是外部充电均衡，以避免簇间存在压差上电的情况，确保上高压时的安全性。解决了现有技术仅能实现部分电池簇上高压，没有实现电池簇间均衡，无法彻底解决储能系统簇间存在的压差，造成储能系统整体性能下降的问题。

Description

应用于大型储能系统的环流控制方法、设备及存储介质
技术领域
本发明涉及储能系统技术领域，特别涉及应用于大型储能系统的环流控制方法、设备及存储介质。
背景技术
随着大型储能系统的广泛应用，整个储能系统的安全性逐渐显得尤为重要。尤其在储能系统上高压时，如果电池簇间存在较大的压差，在上高压的瞬间，簇间电流会非常大，存在继电器粘连、起火等风险，造成不可估量的损失。
目前，常规的方案是储能系统上高压前，BMS（电池管理系统）对储能系统的各电池簇进行实时在线检测，当检测到簇间存在较大压差时，即判定储能系统存在簇间压差故障，禁止上高压，待现场人员维护后，再允许整个系统上高压，需要人员现场维护，费时费力；或者是剔除掉存在明显压差的电池簇，允许剩余电池簇上高压。如：申请日为2017年12月29日，公开号为CN109995097A，名称为上电控制方法及装置、系统、计算机装置及存储介质的中国发明专利公开了上电控制方法包括在储能系统处于低压上电状态时，判断储能系统中的各个电池簇间的压差的最大值是否小于预设压差值；若判断结果为是，则获取储能系统中的正常电池簇的簇数；若正常电池簇的簇数大于第一预设簇数，则对各个正常电池簇进行预充电；获取储能系统中的预充电正常电池簇的簇数；若预充电正常电池簇的簇数大于第二预设簇数，则调整储能系统的上电状态至正常上电状态。但是，对于多级架构的储能系统来说，由于上述发明专利仅能实现部分电池簇上高压，没有实现电池簇间均衡，无法彻底解决储能系统簇间存在的压差，造成储能系统整体性能下降。
发明内容
为了实现根据本发明的上述目的和其他优点，本发明的第一目的是提供应用于大型储能系统的环流控制方法，包括以下步骤：
在储能系统上电时，储能系统的顶级主控自检，限制充放电电流为0；
获取每个次级主控采集的对应电池簇的电压，并将电池簇的电压按照从小到大的顺序进行排序；
判断获取到的电池簇的最高电压与电池簇的最低电压的差值是否在预设范围内；
是则控制最低电压对应的电池簇的次级主控继电器吸合，控制电压次低的电池簇的次级主控继电器吸合；
实时检测次级主控继电器吸合的电池簇之间的电流；
若检测到的电池簇之间的电流小于预设电流，则控制电压再高一级的电池簇的次级主控继电器吸合，并跳转至所述实时检测次级主控继电器吸合的电池簇之间的电流步骤；
否则控制最低电压对应的电池簇的次级主控继电器吸合，请求储能变流器以当前最大允许充电电流对最低电压对应的电池簇进行充电；
若最低电压对应的电池簇充电至高于电压次低的电池簇对应的电压与补偿电压之和，则请求储能变流器将充电电流降为0，静置预设时间后吸合所述电压次低的电池簇，然后请求储能变流器以所述最大允许充电电流乘以对应倍数的电流进行充电；
若所述电压次低的电池簇充电至高于电压再高一级的电池簇对应的电压与补偿电压之和，则跳转至所述请求储能变流器将充电电流降为0步骤，依次对电压再高一级的电池簇进行充电。
进一步地，在控制次级主控继电器吸合之前还包括以下步骤：
控制对应的预充继电器闭合，对与电池簇相连的高压系统中的电容进行预充电；
当次级主控检测到预充电流、预充前后电压差小于对应的预设值，且预充时间大于预设时间，则次级主控上报预充完成；
顶级主控控制吸合次级主控继电器，断开预充电路。
进一步地，在控制次级主控继电器吸合之前还包括以下步骤：
闭合电池簇的主负继电器；
若DC/DC转换器和电池簇的主负继电器连接处与DC/DC转换器和主正继电器连接处之间的电压值上升至预设值，则闭合电池簇的主正继电器；
电池簇输出高压给DC/DC转换器；
所述DC/DC转换器给与所述DC/DC转换器连接的电池充电。
进一步地，还包括以下步骤：
检测电池簇电压、负载正端和电池簇负载端交叉电压；
若电池簇电压等于负载正端和电池簇负载端交叉电压，则判定电池簇的主正继电器发生粘连故障，上报电池簇的主正继电器粘连故障；
若电池簇电压不等于负载正端和电池簇负载端交叉电压，则判定电池簇的主正继电器未发生粘连故障。
进一步地，上升控制对应的预充继电器闭合，对与电池簇相连的高压系统中的电容进行预充电还包括以下步骤：
在控制对应的预充继电器闭合后，检测负载两端电压；
若负载两端电压的上升速度超过预设值，则判定电池簇的主负继电器发生粘连故障，上报电池簇的主负继电器粘连故障；
若负载两端电压的上升速度未超过预设值，则判定电池簇的主负继电器未发生粘连故障，闭合对应的电池簇的主负继电器，开始预充电。
进一步地，还包括以下步骤：
控制电池簇的主正继电器断开；
判断所述负载正端和电池簇负载端交叉电压是否不等于0，且在预设时间内电压是否保持不变；
是则判定预充继电器发生粘连故障，上报预充继电器粘连故障；
否则判定预充继电器未发生粘连故障，断开电池簇的主负继电器。
进一步地，所述控制电池簇的主正继电器断开包括以下步骤：
判断电池簇是否接收到主正继电器断开指令，且高压回路电流是否低于设定阈值；
是则断开电池簇的主正继电器。
进一步地，所述断开电池簇的主负继电器包括以下步骤：
判断电池簇是否接收到主负继电器断开指令，且主正继电器是否已断开；
是则断开电池簇的主负继电器。
本发明的第二目的是提供一种电子设备，包括：存储器，其上存储有程序代码；处理器，其与所述存储器联接，并且当所述程序代码被所述处理器执行时，实现上述方法。
本发明的第三目的是提供一种计算机可读存储介质，其上存储有程序指令，所述程序指令被执行时实现上述方法。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明提供应用于大型储能系统的环流控制方法、设备及存储介质，应用于大型储能系统存在压差时上电的控制策略，通过簇间均衡或者是外部充电均衡，以避免簇间存在压差上电的情况，确保上高压时的安全性。解决了现有技术仅能实现部分电池簇上高压，没有实现电池簇间均衡，无法彻底解决储能系统簇间存在的压差，造成储能系统整体性能下降的问题。
本发明完全由电池管理系统自动控制上高压，节约人力成本，时效性强，对安全性也有明显的保障。
本发明为每个电池簇配置DC/DC转换器，以实现电池簇间风险隔离，避免了电池簇间的电压差引起的内部环流，确保了系统的高可靠性。
为了避免电池簇的主正继电器、主负继电器因过流过热粘连损坏，以及保护电容不被损坏，本发明在控制次级主控继电器吸合之前，对与电池簇相连的高压系统中的电容进行预充电，在判定预充电过程完成后，才能闭合继电器，否则，继电器易因过流产热而发生触点粘连损坏现象。
本发明采用带升压功能的DC/DC转换器，DC/DC转换器的低压端连接小电池，DC/DC转换器将小电池的电压转变为与电池簇电压相等的高压输出，实现上高压。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本发明的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，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为实施例1的储能系统框图；
图2为实施例1的应用于大型储能系统的环流控制方法流程图；
图3为实施例1的强制均衡流程图；
图4为实施例1的预充回路示意图；
图5为实施例1的上高压示意图；
图6为实施例2的电子设备原理图；
图7为实施例3的计算机存储介质原理图。
具体实施方式
下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
在后续的描述中，使用用于表示元件的诸如“模块”、“部件”或“单元”的后缀仅为了有利于本发明的说明，其本身没有特定的意义。因此，“模块”、“部件”或“单元”可以混合地使用。
实施例1
如图1所示，大型储能系统为多级架构。每簇电池各有一个次级主控，用于采集每簇电池的详细信息，发送给顶级主控，控制每簇主继电器的通断。整套系统有一个顶级主控，用于汇总各簇电池信息，发送给次级主控继电器控制指令。
应用于大型储能系统的环流控制方法，如图2、图3所示，包括以下步骤：
在储能系统上电时，储能系统的顶级主控自检，限制充放电电流为0；
获取每个次级主控采集的对应电池簇的电压，并将电池簇的电压按照从小到大的顺序进行排序；
判断获取到的电池簇的最高电压与电池簇的最低电压的差值是否在预设范围内，如设置预设范围为10V及10V以内；
是则通过内部环流消除压差。具体地，控制最低电压对应的电池簇的次级主控继电器吸合，控制电压次低的电池簇的次级主控继电器吸合；
实时检测次级主控继电器吸合的电池簇之间的电流；
若检测到的电池簇之间的电流小于预设电流，如设置预设电流为10A，则控制电压再高一级的电池簇的次级主控继电器吸合，再闭合第3低的电池簇的次级主控继电器，并跳转至实时检测次级主控继电器吸合的电池簇之间的电流步骤，然后继续判断电池簇之间的电流是否小于预设电流，待簇间电流小于10A后，再闭合第4低的电池簇的次级主控继电器，依次类推。
否则需要外部PCS充电，以消除压差。具体地，控制最低电压对应的电池簇的次级主控继电器吸合，请求储能变流器以当前最大允许充电电流I2对最低电压对应的电池簇进行充电；
若最低电压对应的电池簇充电至高于电压次低的电池簇对应的电压与补偿电压∆V之和，其中，补偿电压为根据电池是测出的数据；则请求储能变流器将充电电流降为0，静置预设时间（如10s）后吸合电压次低的电池簇，然后请求储能变流器以最大允许充电电流乘以对应倍数（如2*I2）的电流进行充电，依次类推；
若电压次低的电池簇充电至高于电压再高一级的电池簇对应的电压与补偿电压之和，则跳转至请求储能变流器将充电电流降为0步骤，依次对电压再高一级的电池簇进行充电。
在电池簇的继电器每次闭合之前，需要对与电池簇相连的高压系统中的电容进行预充电，在判定预充电过程完成后，才能闭合继电器，否则继电器易因过流产热而发生触点粘连损坏现象。如图4所示，电池簇的主正继电器为K1+，电池簇的主负继电器为K1-，K2为预充继电器。在控制次级主控继电器吸合之前还包括以下步骤：
控制对应的预充继电器K2闭合，对与电池簇相连的高压系统中的电容C进行预充电；
当次级主控检测到预充电流、预充前后电压差小于对应的预设值，且预充时间大于预设时间，则次级主控上报预充完成，然后再控制吸合电池簇的主正继电器，断开预充电路。
如图5所示，本实施例还可以采用带升压功能的DC/DC转换器，DC/DC转换器的低压端连接小电池，DC/DC转换器将小电池的电压转变为与电池簇电压相等的高压输出，实现上高压，特别适用于较强干扰下的电池簇上高压。在控制次级主控继电器吸合之前还包括以下步骤：
闭合电池簇的主负继电器K1-，DC/DC转换器开始升压；
若DC/DC转换器和电池簇的主负继电器连接处B与DC/DC转换器和主正继电器连接处之间的电压值A上升至预设值，则闭合电池簇的主正继电器K1+；
电池簇输出高压给DC/DC转换器；
DC/DC转换器给与DC/DC转换器连接的电池充电，完成上高压。
由于高压继电器的故障是造成上下电功能失效的主要因素，高压继电器的主要故障表现为无法闭合、粘连（无法断开）以及触点跳动。因此，上下电时需要进行高压继电器的检测。具体包括以下步骤：
检测电池簇电压、负载正端和电池簇负载端交叉电压；
若电池簇电压等于负载正端和电池簇负载端交叉电压，则判定电池簇的主正继电器K1+发生粘连故障，上报电池簇的主正继电器粘连故障；
若电池簇电压不等于负载正端和电池簇负载端交叉电压，则判定电池簇的主正继电器K1+未发生粘连故障。
在上述预充电过程中，上升控制对应的预充继电器闭合，对与电池簇相连的高压系统中的电容进行预充电还包括以下步骤：
在控制对应的预充继电器闭合后，检测负载两端电压；
若负载两端电压的上升速度超过预设值，则判定电池簇的主负继电器K1-发生粘连故障，上报电池簇的主负继电器粘连故障；
若负载两端电压的上升速度未超过预设值，则判定电池簇的主负继电器K1-未发生粘连故障，闭合对应的电池簇的主负继电器，开始预充电。
预充电完成后，闭合电池簇的主正继电器K1+，断开预充继电器K2，完成上电过程。
本实施例还包括电池簇下电过程的处理，具体包括以下步骤：
控制电池簇的主正继电器K1+断开；具体包括步骤：判断电池簇是否接收到主正继电器断开指令，且高压回路电流是否低于设定阈值；
是则断开电池簇的主正继电器。
判断负载正端和电池簇负载端交叉电压是否不等于0，且在预设时间内电压是否保持不变；
是则判定预充继电器K2发生粘连故障，上报预充继电器粘连故障；
否则判定预充继电器K2未发生粘连故障，断开电池簇的主负继电器K1-，具体包括步骤：判断电池簇是否接收到主负继电器断开指令，且主正继电器是否已断开；是则断开电池簇的主负继电器，完成下电。
实施例2
一种电子设备，如图6所示，包括：存储器，其上存储有程序代码；处理器，其与存储器联接，并且当程序代码被处理器执行时，实现上述方法。关于方法的详细描述，可以参照上述方法实施例中的对应描述，在此不再赘述。
实施例3
一种计算机可读存储介质，如图7所示，其上存储有程序指令，程序指令被执行时实现上述方法。关于方法的详细描述，可以参照上述方法实施例中的对应描述，在此不再赘述。
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。
以上所述仅为本说明书实施例而已，并不用于限制本说明书一个或多个实施例。对于本领域技术人员来说，本说明书一个或多个实施例可以有各种更改和变化。凡在本说明书一个或多个实施例的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本说明书一个或多个实施例的权利要求范围之内。

Claims (3)

1.应用于大型储能系统的环流控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
在储能系统上电时，储能系统的顶级主控自检，限制充放电电流为0；
获取每个次级主控采集的对应电池簇的电压，并将电池簇的电压按照从小到大的顺序进行排序；
判断获取到的电池簇的最高电压与电池簇的最低电压的差值是否在预设范围内；
是则控制最低电压对应的电池簇的次级主控继电器吸合，控制电压次低的电池簇的次级主控继电器吸合；
实时检测次级主控继电器吸合的电池簇之间的电流；
若检测到的电池簇之间的电流小于预设电流，则控制电压再高一级的电池簇的次级主控继电器吸合，并跳转至所述实时检测次级主控继电器吸合的电池簇之间的电流步骤；
否则控制最低电压对应的电池簇的次级主控继电器吸合，请求储能变流器以当前最大允许充电电流对最低电压对应的电池簇进行充电；
若最低电压对应的电池簇充电至高于电压次低的电池簇对应的电压与补偿电压之和，则请求储能变流器将充电电流降为0，静置预设时间后吸合所述电压次低的电池簇，然后请求储能变流器以所述最大允许充电电流乘以对应倍数的电流进行充电；
若所述电压次低的电池簇充电至高于电压再高一级的电池簇对应的电压与补偿电压之和，则跳转至所述请求储能变流器将充电电流降为0步骤，依次对电压再高一级的电池簇进行充电；
在控制次级主控继电器吸合之前还包括以下步骤：
控制对应的预充继电器闭合，对与电池簇相连的高压系统中的电容进行预充电；
当次级主控检测到预充电流、预充前后电压差小于对应的预设值，且预充时间大于预设时间，则次级主控上报预充完成；
顶级主控控制吸合次级主控继电器，断开预充电路；
在控制次级主控继电器吸合之前还包括以下步骤：
闭合电池簇的主负继电器；
若DC/DC转换器和电池簇的主负继电器连接处与DC/DC转换器和主正继电器连接处之间的电压值上升至预设值，则闭合电池簇的主正继电器；
电池簇输出高压给DC/DC转换器；
所述DC/DC转换器给与所述DC/DC转换器连接的电池充电；
还包括以下步骤：
检测电池簇电压、负载正端和电池簇负载端交叉电压；
若电池簇电压等于负载正端和电池簇负载端交叉电压，则判定电池簇的主正继电器发生粘连故障，上报电池簇的主正继电器粘连故障；
若电池簇电压不等于负载正端和电池簇负载端交叉电压，则判定电池簇的主正继电器未发生粘连故障；
所述控制对应的预充继电器闭合，对与电池簇相连的高压系统中的电容进行预充电还包括以下步骤：
在控制对应的预充继电器闭合后，检测负载两端电压；
若负载两端电压的上升速度超过预设值，则判定电池簇的主负继电器发生粘连故障，上报电池簇的主负继电器粘连故障；
若负载两端电压的上升速度未超过预设值，则判定电池簇的主负继电器未发生粘连故障，闭合对应的电池簇的主负继电器，开始预充电；
还包括以下步骤：
控制电池簇的主正继电器断开；
判断所述负载正端和电池簇负载端交叉电压是否不等于0，且在预设时间内电压是否保持不变；
是则判定预充继电器发生粘连故障，上报预充继电器粘连故障；
否则判定预充继电器未发生粘连故障，断开电池簇的主负继电器；
所述控制电池簇的主正继电器断开包括以下步骤：
判断电池簇是否接收到主正继电器断开指令，且高压回路电流是否低于设定阈值；
是则断开电池簇的主正继电器；
所述断开电池簇的主负继电器包括以下步骤：
判断电池簇是否接收到主负继电器断开指令，且主正继电器是否已断开；
是则断开电池簇的主负继电器。
2.一种电子设备，其特征在于，包括：存储器，其上存储有程序代码；处理器，其与所述存储器联接，并且当所述程序代码被所述处理器执行时，实现如权利要求1所述的方法。
3.一种计算机可读存储介质，其特征在于，其上存储有程序指令，所述程序指令被执行时实现如权利要求1所述的方法。
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