CN219204101U - 高压级联储能系统的pcs通信系统及高压级联储能系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种高压级联储能系统的PCS通信系统及高压级联储能系统，包括：PCS控制器，PCS控制器通过第一预设通信接口与高压级联储能系统中的电池管理系统进行RS485总线通信；PCS控制器通过第二预设通信接口与高压级联储能系统中的功率单元进行光纤通信；PCS控制器通过第三预设通信接口与高压级联储能系统中的能量管理系统进行通信。本申请提供了一种较为完备的通信系统接口方案，能够根据设备特性来匹配相应的工业级通讯协议及设备接口，同时，提高了PCS通信系统的信息处理能力和抗干扰能力，进而使得高压级联储能系统具备了更高的安全性、可靠性。

Description

高压级联储能系统的PCS通信系统及高压级联储能系统

技术领域

本申请涉及储能技术领域，尤其涉及一种高压级联储能系统的PCS通信系统及高压级联储能系统。

背景技术

高压级联储能设备中包括：PCS控制系统(PowerConversionSystem，储能变流器)、高压电池系统、电池管理系统(BMS，BatteryManagementSystem)、能量管理系统(EMS，EnergyManagementSystem)、消防系统以及液冷系统等，一个安全可靠的控制系统需要协调各部分关键信息，并设计合理的信息储能方案。在这其中，PCS控制系统是整套设备的核心，各种辅助系统接入PCS控制系统并进行实时数据交互时，应当根据信息内容进行合理划分，采用合适的通讯接口和通讯协议。

然而，现有通讯接口设计方案多是基于低压储能系统的设计，具备的功能少，并且信息处理能力和抗干扰能力较差；而对于高压级联储能系统，还未形成一个健全的通信接口方案。

实用新型内容

本申请实施例提供了一种高压级联储能系统的PCS通信系统及高压级联储能系统，以达到根据设备特性匹配相应的通信方式、配合工业级的通讯协议和设备接口、使得PCS通信系统具备快速的信息处理能力和较强的抗干扰能力的技术效果。

依据本申请的第一方面，提供了一种高压级联储能系统的PCS通信系统，包括：PCS控制器，所述PCS控制器通过第一预设通信接口与高压级联储能系统中的电池管理系统进行RS485总线通信；

所述PCS控制器通过第二预设通信接口与所述高压级联储能系统中的功率单元进行光纤通信，所述能量管理系统与所述电池管理系统之间采用ModbusTCP/IP协议接口进行数据传输；

所述PCS控制器通过第三预设通信接口与所述高压级联储能系统中的能量管理系统进行通信。

进一步地，所述能量管理系统作为所述PCS控制器的上位机进行通信。

进一步地，所述高压级联储能系统还包括：电池簇、串口服务器以及分相控制器，

所述电池簇与所述串口服务器之间通过光纤通信连接，并且所述串口服务器与所述电池管理系统之间采用TCP/IP协议接口进行数据传输。

进一步地，所述电池簇与所述分相控制器之间进行光纤通信连接，所述分相控制器与所述PCS控制器通过干接点连接，并且所述电池簇通过所述分相控制器与所述PCS控制器进行通信连接。

进一步地，所述高压级联储能系统还包括液冷系统，

所述PCS控制器与所述液冷系统通过开关量干接点连接，

和/或，所述PCS控制器通过第一预设通信接口与所述液冷系统之间进行RS485总线通信。

进一步地，所述高压级联储能系统还包括消防系统，所述PCS控制器与所述消防系统通过硬接点连接。

进一步地，所述高压级联储能系统还包括触摸屏，所述PCS控制器与所述触摸屏通过RS232总线连接。

进一步地，所述高压级联储能系统还包括高压断路器，所述PCS控制器与所述高压断路器之间通过DI/DO信号通信连接。

进一步地，所述第一预设通信接口包括Modbus-RTU通讯协议接口，所述第二预设通信接口包括光纤通讯协议接口，所述第三预设通信接口包括Modbus-RTU通讯协议接口、Modbus-TCP通讯协议接口、CAN通讯协议接口或者IEC61850通讯协议接口。

依据本申请的第二方面，提供了一种高压级联储能系统，包括如上述第一方面任一项所述的PCS通信系统。

本申请的优点及有益效果是：提供了一种高压级联储能系统的PCS通信系统，包括：PCS控制器，所述PCS控制器通过第一预设通信接口与高压级联储能系统中的电池管理系统进行RS485总线通信；所述PCS控制器通过第二预设通信接口与所述高压级联储能系统中的功率单元进行光纤通信；所述PCS控制器通过第三预设通信接口与所述高压级联储能系统中的能量管理系统进行通信。本申请针对高压级联储能系统中不同设备的信息类型，合理地设计了匹配各设备特性的通信系统，不仅能够配合工业级的通讯协议及设备接口，而且还提高了PCS通信系统的信息处理能力和抗干扰能力，同时，使得PCS控制器能够对高压级联储能系统的运行状态和报警信息作出快速响应和处理，进一步提高了系统的安全性、可靠性。

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高压级联储能系统的结构示意图；

图2为本申请一个实施例中的高压级联储能系统的PCS通信系统的原理示意图。

图中：1代表PCS控制器、2代表电池管理系统、3代表能量管理系统、4代表功率单元、5代表电池簇。

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。

以下结合附图，详细说明本申请各实施例提供的技术方案。

在本申请的一个实施例中，如图1所示，在高压级联储能系统中包括PCS控制器1、电池管理系统2(BMS，BatteryManagementSystem)、能量管理系统3(EMS，EnergyManagementSystem)、功率单元4及电池簇5，其中，功率单元4的左侧为交流侧，包括4个全控型器件IGBT(绝缘栅双极晶体管，InsulatedGateBipolarTransistor)和与其反并联的4个二极管组成的全桥模块，功率单元4的直流侧接入电池簇5形成功率单元链节，电池簇通过分散接入功率单元的方式工作在较低电压。

高压级联储能系统包括多个功率单元链节(图中SM₁、SM₂......SM_N即为N个功率单元链节)，高压级联储能系统能够通过功率单元串联以实现功率转换，多个功率单元链节进行串联之后形成了三条功率转换链路，并且经并网电抗器L₀后直挂于高压三相电网。可以看出，在图1所示的高压级联储能系统中，PCS控制器1与电池管理系统2、能量管理系统3、功率单元4以及电池簇5之间、电池管理系统2与能量管理系统3、电池簇5之间均存在通信连接(图中箭头即代表了PCS通信系统的通信关系)。

如图2所示，在本申请实施例中，提出了一种高压级联储能系统的PCS通信系统，包括：PCS控制器，所述PCS控制器通过第一预设通信接口与高压级联储能系统中的电池管理系统进行RS485总线通信；所述PCS控制器通过第二预设通信接口与所述高压级联储能系统中的功率单元进行光纤通信；所述PCS控制器通过第三预设通信接口与所述高压级联储能系统中的能量管理系统进行通信。

在本实施例中，所述第一预设通信接口包括Modbus-RTU通讯协议接口，所述第二预设通信接口包括光纤通讯协议接口，所述第三预设通信接口包括Modbus-RTU通讯协议接口、Modbus-TCP通讯协议接口、CAN通讯协议接口或者IEC61850通讯协议接口。

具体地，PCS与电池管理系统之间采用RS485总线实现数据通讯，RS485总线满足Modbus-RTU通讯协议，因此，本实施例中的第一预设接口即为Modbus-RTU通讯协议接口，可以理解，RS485总线可以传输电池簇的数据及状态信息，通过PCS控制器与电池管理系统之间的相互配合就能够实现电池SOC分级均衡、电池簇主被动均衡以及电池SOC自动标定等控制策略。

如前所述，高压级联储能系统能够通过功率单元的串联来实现功率转换，所述PCS控制器通过第二预设通信接口就能够实现与所述高压级联储能系统中的功率单元之间的光纤通信，在本实施例中，所述第二预设通信接口为光纤通讯协议接口，n个功率单元与高压级联储能系统之间均能够通过光纤进行数据传输。

同时，PCS控制器还能够与高压级联储能系统的监控系统，即能量管理系统通过第三预设接口进行通信，所述第三预设通信接口包括Modbus-RTU通讯协议接口、Modbus-TCP通讯协议接口、CAN通讯协议接口或者IEC61850通讯协议接口。也就是说，PCS控制器与能量管理系统之间的通信连接方式包括但不限于：采用Modbus-RTU通讯协议且通过RS485/RS232总线连接、采用Modbus-TCP通讯协议且通过以太网线连接、采用IEC61850通讯协议且通过以太网线连接、以及采用CAN通讯协议且通过CAN总线连接等。

可以理解，一方面，PCS控制器能够上传电压、电流、功率等运行数据以及告警、故障、停机、运行等状态信息至能量管理系统，另一方面，能量管理系统可以下发指令至PCS控制器，以实现对PCS控制器的启停运行等控制操作，同样地，能量管理系统也可以下发指令来控制PCS控制器的有功功率、无功功率以及功率因数等。

在本申请的一个实施例中，所述能量管理系统作为所述PCS控制器的上位机进行通信，所述能量管理系统与所述电池管理系统之间采用ModbusTCP/IP协议接口进行数据传输。能量管理系统能够通过远程控制的方式对功率单元的调节方式、参考电压、电压调整率、功率因数等参数进行设定，不仅能够达到和本地控制相同的效果，而且还具有更高的优先级。同时，电池管理系统能够利用RJ45接口并通过以太网线将整个电池簇的信息上传至能量管理系统，其通讯方式满足以太网ModbusTCP/IP通讯协议。

在本申请的一个实施例中，所述高压级联储能系统还包括：电池簇、串口服务器以及分相控制器，所述电池簇与所述串口服务器之间通过光纤通信连接，如图2所示，n个电池簇的状态信息都可以通过高速光纤通讯传输到串口服务器，并且所述串口服务器与所述电池管理系统之间采用TCP/IP协议接口进行数据传输。由此，PCS控制器可以接收电池簇的关键信息，例如，单体电压极值和温度极值、电池簇总压、电池簇电流、以及电池簇状态和故障告警信息等，并根据电池簇信息来进行待机或者停机等相应保护动作。

进一步地，在本申请的一个实施例中，所述电池簇与所述分相控制器之间进行光纤通信连接，所述分相控制器与所述PCS控制器通过干接点连接，并且所述电池簇通过所述分相控制器与所述PCS控制器进行通信连接。由此可见，电池簇的故障信息能够通过光纤通信汇聚于分相控制器，分相控制器以干接点形式接入PCS控制器，进而实现电池簇的快速保护和后备保护。

在本申请的一个实施例中，所述高压级联储能系统还包括液冷系统，所述PCS控制器与所述液冷系统通过开关量干接点连接，和/或，所述PCS控制器通过第一预设通信接口与所述液冷系统之间进行RS485总线通信。

具体地，在本实施例中，对于实时性要求较高的控制信号，例如故障、运行等信息，所述液冷系统通过开关量干接点的方式与PCS控制器进行通信；而对于信息量较大的在线参数、设备状态监测信息及液冷系统的报警信息等，则通过Modbus通讯协议接口并利用RS485总线进行通信。这样一来，PCS控制器能够接收液冷系统发出的运行状态信息，并根据液冷系统及自身状态，通过开出量或者通信信号来控制所述液冷系统的启停运行。

在本申请的一个实施例中，所述高压级联储能系统还包括消防系统，所述PCS控制器与所述消防系统通过硬接点连接。PCS控制器会接收消防系统的保护动作开入，例如，当消防保护动作时，开入量触发并传输给PCS控制器，进而使得PCS控制器响应停机。

在本申请的实施例中，所述高压级联储能系统还包括触摸屏，所述PCS控制器与所述触摸屏通过RS232总线连接。通过触摸屏工控机即可实现系统的自动化运行，并提高储能系统的可视化程度，在本实施例中，触摸屏与PCS控制器可采用分离安装的方式，可以理解，触摸屏与PCS控制器之间的运行各自独立，并通过RS232总线进行数据交换。当系统运行时，可以通过触摸屏查看和设置PCS控制器的参数，并由触摸屏清晰显示实时的运行数据、故障数据以及历史数据等。

在本申请的一个实施例中，所述高压级联储能系统还包括高压断路器，所述PCS控制器与所述高压断路器之间通过DI/DO信号通信连接。通过检测高压断路器的运行状态，可以触发保护跳闸等相应的操作。在本申请的另一个实施例中，PCS还与电抗器的温控仪有通讯连接，能够检测、保护并控制电抗器设备。

在本申请的一些实施例中，还提出了一种高压级联储能系统，包括如上述实施例任一项所述的PCS通信系统。如图1所示，这种分布式的储能配置结构，易于由低压电池单元级联实现变换器的高电压输出，具备高安全性、高效率、高均衡性、高利用率的显著优势，本申请实施例所述的PCS通信系统提供了一种健全的系统通信接口方案，具备足够的灵活性和可靠性，将所述PCS通信系统应用于上述高压级联储能系统，能够使其具备快速的信息处理能力和较强的抗干扰能力。

综上所述，本申请实施例提供了一种高压级联储能系统的PCS通信系统，包括：PCS控制器，所述PCS控制器通过第一预设通信接口与高压级联储能系统中的电池管理系统进行RS485总线通信；所述PCS控制器通过第二预设通信接口与所述高压级联储能系统中的功率单元进行光纤通信；所述PCS控制器通过第三预设通信接口与所述高压级联储能系统中的能量管理系统进行通信。本申请针对高压级联储能系统中不同设备的信息类型，合理地设计了匹配各设备特性的通信系统，不仅能够配合工业级的通讯协议及设备接口，而且还提高了PCS通信系统的信息处理能力和抗干扰能力，同时，使得PCS控制器能够对高压级联储能系统的运行状态和报警信息作出快速响应和处理，进一步提高了系统的安全性、可靠性。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语““上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

需要说明的是，在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。还需要说明的是，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、商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、商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，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“一个实施例”、“示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，在本实用新型的上述教导下，本领域技术人员可以在上述实施例的基础上进行其他的改进或变形。本领域技术人员应该明白，上述的具体描述只是更好的解释本实用新型的目的，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种高压级联储能系统的PCS通信系统，其特征在于，包括：PCS控制器，

所述PCS控制器通过第一预设通信接口与高压级联储能系统中的电池管理系统进行RS485总线通信；

所述PCS控制器通过第二预设通信接口与所述高压级联储能系统中的功率单元进行光纤通信；

所述PCS控制器通过第三预设通信接口与所述高压级联储能系统中的能量管理系统进行通信。

2.如权利要求1所述的PCS通信系统，其特征在于，所述能量管理系统作为所述PCS控制器的上位机进行通信，所述能量管理系统与所述电池管理系统之间采用ModbusTCP/IP协议接口进行数据传输。

3.如权利要求1所述的PCS通信系统，其特征在于，所述高压级联储能系统还包括：电池簇、串口服务器以及分相控制器，

所述电池簇与所述串口服务器之间通过光纤通信连接，并且所述串口服务器与所述电池管理系统之间采用TCP/IP协议接口进行数据传输。

4.如权利要求3所述的PCS通信系统，其特征在于，

所述电池簇与所述分相控制器之间进行光纤通信连接，所述分相控制器与所述PCS控制器通过干接点连接，并且所述电池簇通过所述分相控制器与所述PCS控制器进行通信连接。

5.如权利要求1所述的PCS通信系统，其特征在于，所述高压级联储能系统还包括液冷系统，

所述PCS控制器与所述液冷系统通过开关量干接点连接，

和/或，所述PCS控制器通过第一预设通信接口与所述液冷系统之间进行RS485总线通信。

6.如权利要求1所述的PCS通信系统，其特征在于，所述高压级联储能系统还包括消防系统，所述PCS控制器与所述消防系统通过硬接点连接。

7.如权利要求1所述的PCS通信系统，其特征在于，所述高压级联储能系统还包括触摸屏，所述PCS控制器与所述触摸屏通过RS232总线连接。

8.如权利要求1所述的通信系统，其特征在于，所述高压级联储能系统还包括高压断路器，所述PCS控制器与所述高压断路器之间通过DI/DO信号通信连接。

9.如权利要求2所述的PCS通信系统，其特征在于，所述第一预设通信接口包括Modbus-RTU通讯协议接口，所述第二预设通信接口包括光纤通讯协议接口，所述第三预设通信接口包括Modbus-RTU通讯协议接口、Modbus-TCP通讯协议接口、CAN通讯协议接口或者IEC61850通讯协议接口。

10.一种高压级联储能系统，其特征在于，包括如权利要求1至9任一项所述的PCS通信系统。

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