CN207398934U - 储能电站监控系统和包括该系统的储能电站 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及储能技术领域，具体涉及一种储能电站监控系统和包括该系统的储能电站。本实用新型旨在解决现有储能电站的监控系统存在的稳定性差、安全性低的问题。为此目的，根据本实用新型的技术方案，储能电站包括若干个储能单元，监控系统包括相互独立的多个监控部，监控部之间、以及监控部与储能单元之间通过设定的通信网络进行通信；其中，多个监控部中的一个为主监控体，用于完成对储能单元的监测和/或控制；其余监控部为冗余监控体，用于在主监控体出现故障时完成对储能单元的监测和/或控制。通过设置多个相互独立的监控部，并区分主监控体和冗余监控体的方式，提高了储能电站的稳定性和安全性。

Description

储能电站监控系统和包括该系统的储能电站

技术领域

本实用新型涉及储能技术领域，具体涉及一种储能电站监控系统和包括该系统的储能电站。

背景技术

随着新能源汽车的快速普及和飞速发展，新能源汽车以其绿色环保、噪音低等特性而备受买家的青睐，但是随着新能源汽车的增多，与其相关的问题也随之而来。以电动汽车为例，动力电池的容量会随电动汽车的使用而逐步衰减，当动力电池的容量衰减到一定程度时(如衰减至初始容量的80％)，电动汽车的续航里程就会明显减少，此时一般采用新的动力电池代替容量衰减的动力电池(又称退役电池)。而巨量的退役梯次电池如何处置，则是本行业的焦点问题之一。

当前退役电池的处置方法之一是将退役电池应用于储能行业中的储能电站，以完成对退役电池的梯次利用。为保证退役电池应用于储能电站时储能电站的运行安全和服务时效，通常储能电站都设置有监控系统。目前各大储能电站的站级监控系统都是基于独立的实时或非实时操作系统实现对储能电站的监控(如工控机或嵌入式交互设备)，但是在监控系统出现应用程序失灵、系统崩溃死机等情况时，不仅导致储能电站无法及时地提供服务，而且还会由于动力电池可能存在的发热或燃烧等问题而增加储能电站的风险。也就是说，现有的储能电站监控系统存在着稳定性差、安全性低的问题。

相应地，本领域需要一种新的储能电站监控系统来解决上述问题。

实用新型内容

为了解决现有技术中的上述问题，即为了解决现有储能电站的监控系统存在的稳定性差、安全性低的问题，本实用新型提供了一种储能电站监控系统，所述储能电站包括若干个储能单元，所述储能电站监控系统包括相互独立的多个监控部，所述监控部之间、以及所述监控部与所述储能单元之间通过预设的通信网络进行通信；其中，所述多个监控部中的一个为主监控体，所述主监控体用于完成对所述储能单元的监测和/或控制；其余所述监控部为冗余监控体，所述冗余监控体用于在所述主监控体出现故障时完成对所述储能单元的监测和/或控制。

在上述储能电站监控系统的优选技术方案中，每个所述监控部包括监控单元和切换单元，其中，所述监控单元用于完成对所述储能单元的监测和/或控制；其中，所述切换单元用于将所述监控部的工作状态切换为主监控体或冗余监控体。

在上述储能电站监控系统的优选技术方案中，每个所述监控部设置有优先级，所述优先级用于在所述主监控体出现故障时从冗余监控体中确定新的主监控体。

在上述储能电站监控系统的优选技术方案中，在所述主监控体出现故障时，所述冗余监控体中优先级最高的监控部中的切换单元将所述监控部的工作状态切换为主监控体，并且所述出现故障的主监控体的切换单元将对应的监控部的工作状态切换为冗余监控体。

在上述储能电站监控系统的优选技术方案中，所述监控部还包括状态管理单元，所述状态管理单元用于将所述监控部的工作状态和/或优先级广播至其余监控部，并且/或者采集所述其余监控部广播的工作状态和/或优先级。

在上述储能电站监控系统的优选技术方案中，所述多个监控部按照相同的时间间隔，广播各自的工作状态和/或优先级。

在上述储能电站监控系统的优选技术方案中，所述监控部采用UDP数据传输协议，广播其工作状态和/或优先级。

在上述储能电站监控系统的优选技术方案中，所述预设的通信网络为百兆以太网或千兆以太网。

在上述储能电站监控系统的优选技术方案中，所述储能电站还包括云服务器，所述主监控体还用于将监测到的所述储能单元的工作状态上传至所述云服务器。

本实用新型还提供了一种储能电站，包括若干个储能单元以及用于对所述若干个储能单元进行监控的监控系统，其中，所述监控系统为上述任一项技术方案中所述的储能电站监控系统。

本领域技术人员能够理解的是，在本实用新型的优选技术方案中，储能电站包括若干个储能单元，储能电站监控系统包括相互独立的多个监控部，监控部之间以及监控部与储能单元之间通过预设的通信网络进行通信。其中，多个监控部中的一个为主监控体，主监控体用于完成对储能单元的监测和/或控制；其余监控部为冗余监控体，冗余监控体用于在主监控体出现故障时完成对储能单元的监测和/或控制。通过设置多个相互独立的监控部，并区分主监控体和冗余监控体的方式，本实用新型的监控系统不仅能够避免监控部发生故障时导致的储能电站无法继续提供服务的情况出现，而且还能够大大降低储能电站的风险。换言之，相较于现有技术来说，本实用新型的监控系统通过对控制系统进行冗余设计，提高了储能电站的系统稳定性和安全性。

进一步地，本提案通过任意时刻只有一个监控部作为主监控单体，其余监控部作为冗余监控体的设置方式，能在保证系统在冗余设置前提下，资源消耗最小。通过每个监控部设置有优先级，又使得各个监控单体之间控制逻辑清楚，进一步提高了监控系统的稳定性。此外，监控部能够通过采用UDP数据传输协议的百兆以太网或千兆以太网向其余监控部广播工作状态和/或优先级、并且收集其余监控部的工作状态和/或优先级的设置方式，还使得在主监控体出现故障时，监控系统能够迅速切换至冗余监控体对储能单元进行监控，不仅切换延时短，保证了切换的实时性，而且还进一步提高了监控系统和储能电站的稳定性，提升了服务体验。

附图说明

下面参照附图来描述本实用新型的储能电站监控系统。附图中：

图1为一种应用本监控系统的储能电站的结构示意图；

图2为本实用新型的储能电站监控系统的监控部的结构示意图；

图3为本实用新型的储能电站监控系统的状态切换过程示意图。

具体实施方式

下面参照附图来描述本实用新型的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本实用新型的技术原理，并非旨在限制本实用新型的保护范围。例如，虽然附图中的控制系统是以3个控制部进行举例说明的，但是这种组成数量并非一成不变，本领域技术人员可以根据需要对其作出调整，以便适应具体的应用场合。

首先参照图1，图1为一种应用本监控系统的储能电站的结构示意图。

如图1所示，本实用新型提供了一种储能电站监控系统(以下简称为监控系统)，储能电站包括若干个储能单元，监控系统主要包括相互独立的多个监控部，监控部与监控部之间，以及监控部与储能单元之间通过预设的通信网络进行通信。多个监控部中的一个作为主监控体，负责储能电站中所有储能单元的工作状态监测以及动作过程的控制；其余的监控部都作为主监控体的热备份，也就是冗余监控体，以便在主监控体出现故障时(如监控部通信不稳定或死机等)代替主监控体完成对储能单元的监控。优选地，在任意时刻，多个监控部中有且只有一个监控部作为主监控体，通信网络优选的为基于UDP数据传输协议的百兆以太网。

参照图1，需要说明的是，当前的储能电站通常由四部分(四层)结构组成，分别为：设备层，主要包括退役电池和储能变流器；间隔层，主要包括支路控制器，控制器用于控制退役电池和储能变流器工作；站控层：主要包括站级监控设备，也就是本发明的用于监测和控制储能单元的监控系统；以及云端后台，主要包括可以完成大数据分析的后台云服务器，其主要用于与监控系统进行通信，与监控系统进行数据交换或功能指令的传达，如主监控体将监测到的储能单元的工作状态上传至云服务器。其中，本发明所述的储能单元主要由位于设备层的退役电池、储能变流器、以及位于间隔层的控制器所组成，并且储能单元通过控制器完成与百兆以太网的连接，以及与监控系统的通信。

由上述描述可以看出，通过设置多个相互独立的监控部，并区分主监控体和冗余监控体的方式，本实用新型的监控系统不仅能够避免监控部发生故障时导致的储能电站无法继续提供服务的情况出现，而且还能够大大降低储能电站的风险。换言之，本实用新型的监控系统相较于现有技术来说，通过对储能电站的控制系统进行冗余设计，提高了储能电站的系统稳定性和安全性。任意时刻只有一个监控部作为主监控单体、其余监控部作为冗余监控体的设置方式，还能够在保证系统在冗余设置的前提下，资源消耗最小。而所有监控部和所有储能单元连接至基于UDP数据传输协议的百兆以太网进行通信的设置方式，则可以利用UDP数据传输协议传输速度快的特点，使得监控系统在主监控体出现故障时，能够迅速发现该故障并切换至冗余监控体继续对储能单元进行监控，做到切换过程无延迟或基本无延迟，对储能电站的正常运行不产生影响，进一步保证系统的稳定性和安全性。

当然，多个监控部中有且只有一个监控部作为主监控体只是本实用新型的一种优选的设置方式，在不偏离本实用新型原理的前提下，监控系统中的主监控体还可以设置为两个或者更多。同样地，监控部之间、以及监控部与储能单元之间还可以通过多条以太网分别进行通信，如每一个监控部通过一条独立的以太网与所有储能单元连通，以太网还可以为千兆以太网等。

此外，需要指出的是，本实用新型的监控部的具体个数并非唯一，所以在本实施例中不作限制。但本领域技术人员可以理解的是，监控部的具体数量可以根基于不同的应用环境进行灵活调整，如在安全性稳定性要求相对较高的应用场景，可以采用4个、5个或更多的监控部组成监控系统，在安全性和稳定性要求相对较低的应用场景，可以采用2个或3个监控部组成本实用新型的监控系统。

进一步参照图1，在一种更为优选的实施方式中，各监控部还设置有优先级，并且优先级互不相同且固定不变，优先级用于在主监控体出现故障时从冗余监控体中确定新的主监控体。如监控部可以按照优先级进行排序，在主监控体出现故障时，冗余监控体中优先级最高的监控部切换为主监控体，对储能单元进行监控，而出现故障的主监控体则自动切换为冗余监控体，或重新启动后自动切换为冗余监控体。这样设置的优点在于，通过为监控部设置有不同的优先级，使得各个监控部之间控制逻辑清楚，有利于提高监控系统的稳定性。

接下来参照图2，对本实用新型的监控系统做进一步阐述。其中，图2为本实用新型的储能电站监控系统的监控部的结构示意图。

进一步参照图2，每个监控部进一步包括监控单元、切换单元以及状态管理单元。其中，监控单元用于完成对储能单元的监测和/或控制。如监控储能电站内退役电池的充电状态，包括退役电池的电流、电压、温度等，并且在电池过流、过压、欠压或过温时下达控制命令对储能电站进行安全保护；再如获取储能单元工作时的工况数据，包括设备故障数据、电池充放电控制过程数据等。其中，切换单元用于将监控部的工作状态切换为主监控体或冗余监控体。如在主监控体出现故障时，冗余监控体中优先级最高的监控部中的切换单元自动将该监控部的工作状态切换为主监控体，以代替出现故障的监控部对储能单元进行监控。其中，状态管理单元用于将监控部的工作状态和/或优先级按照设定的时间间隔通过基于UDP数据传输协议的百兆以太网向其余监控部广播，以及通过基于UDP数据传输协议的百兆以收集其余监控部的工作状态和/或优先级。优选地，所有监控部的状态管理单元以相同的时间间隔将所在监控部的工作状态通过UDP数据传输协议实时向同一以太网上的其他监控部广播，同时从以太网上收集其余监控部的工作状态和优先级，其中其余监控部包括主监控体和冗余监控体。当然，也可以按照其他的时间间隔将监控部的工作状态向其余监控部广播或收集其余监控部的工作状态和优先级，如每隔1分钟上传1次监控部的工作状态等。

在具体实时本实用新型时，可以采用在嵌入式监控系统中安装监控软件、切换软件以及状态管理软件的方式来实现监控单元、切换单元以及状态管理单元的功能。

其中，监控系统的各软件之间的控制逻辑可以为：基于主监控体和冗余监控体的工作状态和优先级，决策是否需要将自己管理的监控部的工作状态切换为主监控体，或将自己管理的监控部的工作状态切换为冗余监控体。举例而言，作为冗余监控体，在主监控体无法继续安全工作时，如果当前以太网内无更高优先级的监控部，则切换软件立刻将所在的监控部的工作状态切换为主监控体，同时监控软件对储能单元进行监控、状态管理单元通过UDP数据传输协议向其余监控部广播，以“通知”其他各监控部。作为主监控体，在监控软件处于不安全状态无法继续工作时，自身的状态管理软件立即将当前不安全状态向其余监控部广播，然后收集其他冗余监控体的工作状态，一旦有其他冗余监控体的工作状态转变为主监控体，则自身的工作状态立即切换为冗余监控体，同时关闭监控软件的所有监控功能。

如前所述，通过上述设置方式，本实用新型的监控系统利用UDP数据传输协议传输速度快的特点，使得监控系统在主监控体出现故障时，能够迅速发现该故障并切换至冗余监控体继续对储能单元进行监控，做到切换过程无延迟或基本无延迟，进而对储能电站的正常运行不会产生影响，进一步保证系统的稳定性和安全性。经发明人反复试验和验证，在上述设置方式下，工作状态的切换时的时间延时最快可接近0毫秒，真正做到毫秒级切换，极大地降低监控部切换过程对储能单元和云端服务器的影响。

下面结合图3对本实用新型的监控系统的切换流程做简要说明。其中，图3为本实用新型的储能电站监控系统的状态切换过程示意图。

如图3所示，在一种较佳的实施方式中，监控系统包括A、B、C三个监控部，并且监控部的优先级为：A＞B＞C。在上述设置方式下，监控系统在出现故障时的切换过程可以为：

主监控体为监控部A，冗余监控体为监控部B和监控部C(状态0)→监控部A出现程序异常时，监控部B立即切换为主监控体，监控部C为冗余监控体，监控部A则进行重启(状态1)→在监控部A重启成功后，主监控体仍为监控部B，冗余监控体则变为监控部A和监控部C(状态2)→监控部B和监控部C通信受到干扰出现通信异常时，监控部A立即切换为主监控体，监控部B和监控部C等待通信恢复，此时监控系统无冗余监控体(状态3)→监控部B和监控部C通信恢复后，主监控体仍为监控部A，冗余监控体则变为监控部B和监控部C(状态0)。

当然，上述描述仅仅用于阐述本实用新型的原理，并非旨在于限制本实用新型的保护范围，在不偏离本实用新型原理的条件下，任何形式的改变都落入本实用新型的保护范围之中。

本实用新型还提供了一种储能电站，该储能电站包括若干个储能单元以及用于对若干个储能单元进行监控的监控系统，其中，该监控系统为上述实施方式中所述的储能电站监控系统。

上述优选的实施方式，储能电站监控系统主要包括多个相互独立且具有不同优先级的监控部，监控部之间以及监控部与储能单元之间通过基于UDP数据传输协议的百兆以太网进行通信。监控部又包括监控单元、切换单元以及状态管理单元。监控系统设置为在任意时刻只有一个监控部作为主监控体，用于完成对储能单元的监测和控制；其余的监控部为冗余监控体，用于在主监控体出现故障时替换主监控体完成对储能单元的监测和控制。通过设置多个相互独立的监控部，并区分主监控体和冗余监控体的方式，本实用新型的监控系统不仅能够避免监控部发生故障时导致的储能电站无法继续提供服务的情况出现，而且还能够大大降低储能电站的风险。换言之，相较于现有技术来说，本实用新型通的监控系统过任意时刻只有一个监控单体作为主监控单体，其余储能单体作为主监控单体热备份的设置方式，能在保证系统在冗余设置的前提下，资源消耗最小。每个监控部在监控系统中按照优先级排列的设置方式，又使得各个监控部之间控制逻辑清楚，有利于监控系统的稳定。此外，多个监控部通过UDP传输协议实时广播自身工作状态和优先级，并收集其余监控部的工作状态和优先级的设置方式，还使得在主监控体进入不安全工作状态时，监控系统能够迅速将冗余监控体中优先级最高的监控部的工作状态切换为主监控体进行监控，切换过程无需人工，具备主动性和实时性，进一步保证系统的稳定性和安全性。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本实用新型的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本实用新型的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本实用新型的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种储能电站监控系统，所述储能电站包括若干个储能单元，

其特征在于，所述储能电站监控系统包括相互独立的多个监控部，所述监控部之间、以及所述监控部与所述储能单元之间通过预设的通信网络进行通信；

其中，所述多个监控部中的一个为主监控体，所述主监控体用于完成对所述储能单元的监测和/或控制；其余所述监控部为冗余监控体，所述冗余监控体用于在所述主监控体出现故障时完成对所述储能单元的监测和/或控制。

2.根据权利要求1所述的储能电站监控系统，其特征在于，每个所述监控部包括监控单元和切换单元，

其中，所述监控单元用于完成对所述储能单元的监测和/或控制；

其中，所述切换单元用于将所述监控部的工作状态切换为主监控体或冗余监控体。

3.根据权利要求2所述的储能电站监控系统，其特征在于，每个所述监控部设置有优先级，所述优先级用于在所述主监控体出现故障时从冗余监控体中确定新的主监控体。

4.根据权利要求3所述的储能电站监控系统，其特征在于，在所述主监控体出现故障时，所述冗余监控体中优先级最高的监控部中的切换单元将所述监控部的工作状态切换为主监控体，并且所述出现故障的主监控体的切换单元将对应的监控部的工作状态切换为冗余监控体。

5.根据权利要求3或4所述的储能电站监控系统，其特征在于，所述监控部还包括状态管理单元，所述状态管理单元用于将所述监控部的工作状态和/或优先级广播至其余监控部，并且/或者

采集所述其余监控部广播的工作状态和/或优先级。

6.根据权利要求5所述的储能电站监控系统，其特征在于，所述多个监控部按照相同的时间间隔，广播各自的工作状态和/或优先级。

7.根据权利要求5所述的储能电站监控系统，其特征在于，所述监控部采用UDP数据传输协议，广播其工作状态和/或优先级。

8.根据权利要求1所述的储能电站监控系统，其特征在于，所述预设的通信网络为百兆以太网或千兆以太网。

9.根据权利要求1所述的储能电站监控系统，其特征在于，所述储能电站还包括云服务器，所述主监控体还用于将监测到的所述储能单元的工作状态上传至所述云服务器。

10.一种储能电站，包括若干个储能单元以及用于对所述若干个储能单元进行监控的监控系统，其特征在于，所述监控系统为权利要求1至9中任一项所述的储能电站监控系统。