CN202633961U - 一种电池储能电站的监控系统 - Google Patents

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惠东
来小康
闫忠平
陈龙发
郭光朝
王立业
张亮
牛虎
贾学翠
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China Electric Power Research Institute Co Ltd CEPRI
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Abstract

本实用新型提出一种电池储能电站的监控系统，其包括位于站控层的主监控器和位于本地监控层的各本地监控器；每个本地监控器分别与主控制器和与其相对应的储能子站中各储能机组相连接，并通过实时通信网络传输实时数据，通过非实时监测通信网络传输非实时数据。本实用新型的监控系统采用实时通信网络和非实时监测通信网络并存的网络结构，满足了储能机组集群式实时快速控制以及数十万储能电池的状态监测要求，最大限度的减小了电池劣化，并保障电池健康运行，使电池储能电站更加安全稳定；实现集成化大规模电池储能电站系统中各电池储能机组的统一接入、实时调度管理和多层协调的主动安全控制，以解决电池储能电站协调控制及能量管理的问题。

Description

一种电池储能电站的监控系统
技术领域
本实用新型属于智能电网以及能量存储与转换技术领域，具体涉及一种电池储能电站的监控系统，尤其适用于大规模电池储能电站并网系统的监控和管理。
背景技术
国家风光储输示范工程是国家电网公司建设坚强智能电网首批试点工程，以“电网友好型”新能源发电为目标，以“先进性、灵活性、示范性、经济性”为特点，是目前世界上规模最大、集风电、光伏发电、储能及输电工程四位一体的可再生能源综合示范工程。其中，国家风光储输示范工程(一期)拟建设风电100MW、光伏发电40MW和储能装置20MW(包含14MW锂离子电池储能系统和2MW液流电池储能系统)。
随着电池及其集成技术的不断发展，大规模分布式和集中式电池储能电站的应用模式将逐步成为一种优选方案。大量储能电站在配电网末端投入使用，使储能设备的监控范围更广，监控要求更高，必须有一个完善的、可扩充的、标准的信息平台来支撑配电网末端储能电站的实时监控与保护，实现准确、真实、及时的监测，做出正确分析，采取有效措施。
对比既往的传统电力监控系统和新能源发电系统的管理监控平台，不难发现，大规模电池储能电站中由于大量电池的使用，导致遥测、遥信量急剧增加，数据通信量非常庞大。因此，为了解决这一在储能电站管理、监控中出现的特殊问题，必须研制拥有高速通信，高可靠性，大数据库容量，高速实时响应等技术特点的全新适用于配电网末端储能电站的综合控制方案及监控软硬件平台，为配电网末端电池储能电站监控和保护提供全面、有效的技术支撑。
储能电站监控系统在保证可靠稳定的前提下，需满足配电网末端用户实时调度和管控的性能要求，高速响应电网各种应用场景对储能系统的需求，这对监控系统平台的研发带来了巨大的挑战。无论是在监控体系结构以及通信网络优化、硬件支撑系统开发、实时响应人机界面设计等方面，都面临相当多的问题和约束条件。
目前有关多类型大规模电池储能电站的监控和并网运行方面的专利、文献、技术报告等非常少，需要深入研究和探索。
实用新型内容
为克服现有技术的缺陷，本实用新型的目的在于提供一种更安全稳定的电池储能电站的监控系统，该系统能够不仅满足对储能机组集群式实时快速控制和数十万传输数据的监测要求，还可以最大限度的减小电池劣化，保障电池健康运行。
本实用新型的电池储能电站的监控系统是通过如下技术方案实现的：
一种电池储能电站的监控系统，其包括：
位于站控层的主监控器；和
位于本地监控层的各本地监控器；
每个本地监控器分别与主控制器和与其相对应的储能子站中各储能机组相连接，并通过实时通信网络传输实时数据，通过非实时监测通信网络传输非实时数据。
其中，所述主监控器包括：主数据采集器、主控制器、主存储器和主通讯模块，所述主控制器分别与主数据采集器、主存储器和主通讯模块相连接，所述主控制器控制主数据采集器将采集的数据存储于主存储器中，并通过主通讯模块将数据传至本地监控器。
其中，所述本地监控器包括：本地数据采集器、本地控制器、本地存储器和本地通讯模块，所述本地控制器分别与本地数据采集器、本地存储器和本地通讯模块相连接，所述本地控制器控制本地数据采集器采集主监控器传来的数据，并临时存储于本地存储器中，然后通过本地通讯模块统一上传至主监控器中进行存储。
通过主数据采集器采集到的数据包括通过实时通信网络传递的实时数据和通过非实时监测通信网络传递的非实时数据；所述实时数据包括上层调度数据、风光发电数据和所有储能机组的实时数据，所述非实时数据包括所有储能机组的非实时数据，具体地：
上层调度数据包括下述任一至全部数据：跟踪计划发电曲线值、系统负荷曲线值、削峰填谷曲线值、系统调频功率命令值、电池储能电站总功率需求、电池储能电站负荷值和风光储联合发电总功率值等；
风光发电数据包括下述任一至全部数据：风光发电平滑目标值、风光发电波动率值、风光发电总功率值、风光发电计划值；风力发电厂中各风力发电机组有功功率、各风力发电机组工作状态、风力发电总功率值、风力发电额定功率、风力发电预测功率等以及光伏发电厂中各光伏发电机组有功功率、各光伏发电机组工作状态、光伏发电总功率值、光伏发电额定功率、光伏发电预测功率等；
储能机组的实时数据包括下述任一至全部数据：储能机组的额定功率、实际功率值、状态信息(如：可控信号、工作状态、告警状态、保护状态、整定状态等)、工作模式、可用充电容量、可用放电容量、最大允许充电功率、最大允许放电功率、荷电状态值、放电状态值、健康状态值和电池储能电站实际总功率值(等于所有储能机组实际功率值的总和)等；
储能机组的非实时数据包括下述任一至全部数据：储能机组中各电池单体的电压信息、温度信息和非实时状态信息等。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
本实用新型的监控系统采用实时通信网络和非实时监测通信网络并存的网络结构，满足了储能机组集群式实时快速控制以及数十万储能电池的状态监测要求，最大限度的减小了电池劣化，并保障电池健康运行，使大规模电池储能电站更加安全稳定；实现集成化大规模电池储能电站系统中各电池储能机组的统一接入、实时调度管理和多层协调的主动安全控制，以解决电池储能电站协调控制及能量管理的问题。
附图说明
图1是本实用新型中多类型锂电池储能电站的系统接入示意图；
图2是本实用新型的电池储能电站监控系统实施例的实施框图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本实用新型的监测系统作进一步的详细说明。
图1所示为目前张北国家风光储输示范电站中配置的14MW锂电池储能电站的系统拓扑图。如图1所示，电池储能电站接入的风光储联合发电系统包括风力发电场、光伏发电场、电池储能电站和电网。风力发电场、光伏发电场及电池储能电站分别通过变压器与电网连接。风力发电场和光伏发电场的内部连接示意图在此省略。本例中，14MW锂电池储能电站包括9个相并联的锂电池储能子站，各电池储能子站通过一个变压器并联至35kV的交流母线。每个锂电池储能子站中包括多个相并联的锂电池储能机组，各储能机组中包括双向变流器和多个锂离子电池组，通过双向变流器可执行对锂离子电池组的投切控制及充放电功率指令等。
图2为用于监控图1所示锂电池储能电站的监控系统的结构示意图。如图2所示，本例中的电池储能电站监控系统包括：位于站控层的主监控器和位于本地监控层的各本地监控器，所述主控制器与所有本地监控器通过通信网络进行连接，每个本地监控器分别管辖电池储能电站中的一个储能子站、并通过通信网络与储能子站中的各储能机组进行连接；所述通信网络采用实时通信网络和非实时监测通信网络并行的网络结构。
(一)主监控器：包括主数据采集器、主控制器、主存储器和主通讯模块。
主控制器分别与主数据采集器、主存储器和主通讯模块相连接。主控制器控制主数据采集器将采集的数据存储于主存储器中并且利用所采集的数据计算出各储能子站功率命令值也传至主存储器中，主存储器中的数据通过主通讯模块与本地监控器进行实时和非实时数据传输。
所述电池储能电站中各储能子站的功率命令值P子站i通过如下方法获得：
当通过主数据采集器采集到的电池储能电站总功率需求
Figure BDA0000148922510000041
为正值时，
Figure BDA0000148922510000042
当通过主数据采集器采集到的电池储能电站总功率需求
Figure BDA0000148922510000043
为负值时
Figure BDA0000148922510000044
上述各式中，u子站i为储能子站i的可控信号，通过主数据采集器直接读取该储能子站i中各储能机组的可控信号，当储能机组可控时，此状态值为1，其他值为0；对该储能子站中各储能机组的可控信号做或计算，只要有一个储能机组可控，则该储能子站i的可控信号为1，否则为0；SOC子站i为储能子站i的荷电状态值；SOD子站i为储能子站i的放电状态值，SOD子站i＝1-SOC子站i；S为储能子站个数；上述数据均通过主数据采集器直接读取。
(二)本地监控器：包括本地数据采集器、本地控制器、本地存储器和本地通讯模块。
本地控制器分别与本地数据采集器、本地存储器和本地通讯模块相连接。本地控制器控制本地数据采集器采集主监控器通过主通讯模块传来的数据，并临时存储于本地存储器中，然后通过本地控制器计算出与该本地监控器相对应的储能子站中各储能机组功率命令值并临时存储与本地存储器中，最后通过本地通讯模块统一上传至主监控器的主存储器中进行存储。
储能子站中所管辖的各储能机组功率命令值通过下述方法获得：
步骤1、当储能子站i的功率命令值P子站i为正值时，表示该储能子站将处于放电状态，则基于子站中各储能机组的荷电状态(State of Charge：SOC)，通过下式计算储能子站i中各储能机组的功率命令值Pi：
Figure BDA0000148922510000045
步骤2、当储能子站i的功率命令值P子站i为负值时，表示该电池储能电站将处于充电状态，则基于各储能机组的放电状态值，通过下式计算储能子站i中各储能机组的功率命令值Pi：
Figure BDA0000148922510000046
式(1)-(4)中，ui为i号储能机组的可控信号，该状态是通过本地数据采集器读取的，当该储能机组i可控时，此状态值为1，其他值为0；SOCi为i号储能机组的荷电状态值；SODi为i号储能机组的放电状态值；L为电池储能机组个数；上述各数据均是通过本地数据采集器读取的。
最后应该说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制，结合上述实施例对本实用新型进行了详细说明，所属领域的普通技术人员应当理解到：本领域技术人员依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者等同替换，但这些修改或变更均在申请待批的权利要求保护范围之中。

Claims (3)

1.一种电池储能电站的监控系统，其特征在于，该监控系统包括：
位于站控层的主监控器；和
位于本地监控层的各本地监控器；
每个本地监控器分别与主控制器和与其相对应的储能子站中各储能机组相连接，并通过实时通信网络传输实时数据，通过非实时监测通信网络传输非实时数据。
2.如权利要求1所述的监控系统，其特征在于，所述主监控器包括：主数据采集器、主控制器、主存储器和主通讯模块，所述主控制器分别与主数据采集器、主存储器和主通讯模块相连接，所述主控制器控制主数据采集器将采集的数据存储于主存储器中，并通过主通讯模块将数据传至本地监控器。
3.如权利要求1所述的监控系统，其特征在于，所述本地监控器包括：本地数据采集器、本地控制器、本地存储器和本地通讯模块，所述本地控制器分别与本地数据采集器、本地存储器和本地通讯模块相连接，所述本地控制器控制本地数据采集器采集主监控器传来的数据，并临时存储于本地存储器中，然后通过本地通讯模块统一上传至主监控器中进行存储。
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