RU2739703C1 - Test bench for hybrid energy storage - Google Patents

Test bench for hybrid energy storage Download PDF

Info

Publication number
RU2739703C1
RU2739703C1 RU2020124185A RU2020124185A RU2739703C1 RU 2739703 C1 RU2739703 C1 RU 2739703C1 RU 2020124185 A RU2020124185 A RU 2020124185A RU 2020124185 A RU2020124185 A RU 2020124185A RU 2739703 C1 RU2739703 C1 RU 2739703C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
unit
energy storage
load
control
voltage
Prior art date
Application number
RU2020124185A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Николай Анатольевич Хрипач
Лев Юрьевич Лежнев
Александр Александрович Великорецкий
Василий Германович Чиркин
Денис Алексеевич Иванов
Всеволод Анатольевич Неверов
Original Assignee
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский политехнический университет" (Московский Политех)
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 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский политехнический университет" (Московский Политех) filed Critical федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский политехнический университет" (Московский Политех)
Priority to RU2020124185A priority Critical patent/RU2739703C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2739703C1 publication Critical patent/RU2739703C1/en

Links

Images

Classifications

    • 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
    • G01R31/40—Testing power supplies

Abstract

FIELD: electricity.
SUBSTANCE: invention relates to the field of development and research of hybrid energy accumulators based on lithium accumulators and supercapacitors for the needs of electric power engineering and power supply. Test bench for hybrid energy storage comprises power supply 1, voltage generation and load control unit 2, switching device of electric mains 3, unit of loads 4, load switching device 5, network filter 6, hybrid storage unit switching unit 7, network inverter 8, DC bus 9, storage battery unit 10, supercapacitor unit 11, the first constant voltage converter 12, the battery monitoring and control unit 13, the control and measurement unit 14, the second constant voltage converter 15, terminal 16. Control and measurement unit 14 is connected by means of information link to voltage generating unit and load control 2, network inverter 6, first 12 and second 15 voltage converters for data collection and exchange, as well as with switching device of load 5, switching devices of electric mains 3 and switching devices of hybrid accumulator 7 for control thereof, and performs function of central control unit of device.
EFFECT: expansion of arsenal of technical means of stands for hybrid energy storages.
3 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области разработки и исследования гибридных накопителей энергии на базе литиевых аккумуляторов и суперконденсаторов для нужд электроэнергетики и электроснабжения.The invention relates to the field of development and research of hybrid energy storage devices based on lithium batteries and supercapacitors for the needs of the electric power industry and power supply.

Аккумуляторные накопители энергии применяются в составе ветроустановок, солнечных фотоэлектрических станций и других объектов, использующих возобновляемые источники энергии для получения электроэнергии, для которых необходимо обеспечение энергетического баланса в энергосистеме, а также широко применяются в электротранспорте, источниках бесперебойного питания и в качестве сетевых накопителей. Гибридный накопитель энергии исследований предполагает совместное использование технологий накопления электроэнергии в аккумуляторах и суперконденсаторах, что позволят объединить и дополнить преимущества обеих технологий.Rechargeable energy storage devices are used as part of wind turbines, solar photovoltaic plants and other facilities using renewable energy sources to generate electricity, for which it is necessary to ensure the energy balance in the power system, and are also widely used in electric transport, uninterruptible power supplies and as network storage devices. Hybrid energy storage research involves the combined use of energy storage technologies in batteries and supercapacitors, which will combine and complement the advantages of both technologies.

Гибридный накопитель энергии является сложной системой и требует применения современных силовых полупроводниковых технологий и производительных вычислительных средств, позволяющих управлять распределением мощности между блоками устройства и сетью для обеспечения надежной, долгосрочной и стабильной работы устройства. Поэтому для разработки и исследования гибридных накопителей энергии необходимо применение исследовательских стендов, позволяющих проводить полный цикл измерений и испытаний как всего гибридного накопителя энергии, так и блоков, входящих в его состав.A hybrid energy storage system is a complex system and requires the use of modern power semiconductor technologies and powerful computing means that allow you to manage the distribution of power between the units of the device and the network to ensure reliable, long-term and stable operation of the device. Therefore, for the development and research of hybrid energy storage devices, it is necessary to use research stands that allow a full cycle of measurements and tests of both the entire hybrid energy storage device and the units that make up it.

Данный стенд позволяет проводить такие виды испытаний с гибридным накопителем энергии, как ресурсные испытания, циклические нагрузочные испытания с заданным профилем нагрузки, отладка алгоритмов управления гибридным накопителем энергии и его блоков, формирование микросети для исследования характеристик и отладки работы сетевых устройств в электрической сети ограниченной мощности.This stand allows you to carry out such types of tests with a hybrid energy storage device, such as life tests, cyclic load tests with a given load profile, debugging control algorithms for a hybrid energy storage device and its blocks, forming a microgrid to study the characteristics and debug the operation of network devices in a limited power electrical network.

Из уровня техники известен электронный имитатор аккумуляторной батареи для испытаний систем электроснабжения (RU 181029 U1, 29.03.2018). Указанная полезная модель описывает электронный имитатор, его выполнение и связи, выполнение двунаправленного преобразователя и его связи, выполнение канала разряда и его связи. А также то, что в имитатор введен блок синхронизации, подсоединенный между питающей сетью и блоком управленияAn electronic battery simulator for testing power supply systems is known from the prior art (RU 181029 U1, 03/29/2018). The specified utility model describes an electronic simulator, its implementation and connections, the implementation of a bidirectional transducer and its connection, the implementation of the discharge channel and its connection. And also the fact that a synchronization unit is introduced into the simulator, connected between the mains and the control unit

К недостаткам указанной полезной модели следует отнести:The disadvantages of this utility model include:

- отсутствие возможности подключения более, чем одного типа накопителя энергии, то есть только аккумуляторную батарею, что не позволяет проводить совместные испытания аккумулятора и суперконденсатора в гибридном накопителе энергии;- the inability to connect more than one type of energy storage, that is, only a rechargeable battery, which does not allow joint testing of a battery and a supercapacitor in a hybrid energy storage;

- отсутствие возможности подключения физических образцов аккумуляторов и суперконденсаторов к испытательному стенду. Возможны только испытания с имитаторами аккумуляторной батареи.- inability to connect physical samples of batteries and supercapacitors to the test bench. Only tests with battery simulators are possible.

Из уровня техники известен многоканальный комплекс испытательного оборудования аккумуляторных батарей (RU 2419923 С1, 13.04.2010), содержащий микропроцессорный блок, подключенный к функционально автономным силовым блокам. Каждый силовой блок содержит устройство управления, зарядно-разрядное устройство, блок коммутации и устройство выравнивания. Режим работы комплекса задастся программой испытаний, которая при помощи микропроцессорного блока загружается в автономные силовые блоки. Устройство управления определяет режим работы зарядно-разрядного устройства и подключает его силовые цепи к аккумуляторной батарее при помощи блока коммутации. Параметры аккумуляторной батареи контролируются устройством управления. При возникновении разбаланса напряжений между аккумуляторами батареи устройство управления выдает устройству выравнивания соответствующую команду. Команда поступает на вход устройства выборки канала, которое при помощи коммутатора подключает блок дозаряда и/или блок доразряда к блоку силовых ключей, одновременно осуществляя их выборку при помощи блока управления силовыми ключами.A multichannel complex of battery test equipment (RU 2419923 C1, 13.04.2010) is known from the prior art, containing a microprocessor unit connected to functionally autonomous power units. Each power unit contains a control unit, a charger-discharge unit, a switching unit and an equalization unit. The operating mode of the complex is set by the test program, which is loaded into autonomous power units with the help of a microprocessor unit. The control device determines the operating mode of the charger and discharger and connects its power circuits to the storage battery using a switching unit. The battery parameters are controlled by the control unit. In the event of a voltage imbalance between the batteries, the control device issues an appropriate command to the equalizer. The command is sent to the input of the channel sampling device, which, with the help of a switch, connects the recharging unit and / or the additional discharge unit to the power switch unit, while simultaneously sampling them using the power switch control unit.

К недостаткам указанного изобретения следует отнести:The disadvantages of this invention include:

- отсутствие возможности подключения комплекса к электросети для обеспечения бесперебойного питания электросети или нагрузки;- inability to connect the complex to the power grid to ensure uninterrupted power supply to the power grid or load;

- отсутствие возможности подключения более, чем одного типа накопителя энергии, то есть комплекс может проводить испытания только аккумуляторной батареи, не позволяет провести испытания блока суперконденсаторов.- the lack of the ability to connect more than one type of energy storage, that is, the complex can only test the storage battery, does not allow testing the supercapacitor unit.

Наиболее близким аналогом (прототипом) предлагаемой полезной модели является лабораторный стенд для изучения работы электрической системы (RU 162928 U1, 21.09.2015). Указанный лабораторный стенд для изучения работы электрической системы содержит электрически связанные источник электрической энергии, устройство управления, электрическую нагрузку и накопитель электрической энергии, выполненный в виде электрических конденсаторов. Стенд снабжен резервным источником питания в виде электрического генератора с приводным электродвигателем.The closest analogue (prototype) of the proposed utility model is a laboratory stand for studying the operation of an electrical system (RU 162928 U1, 09.21.2015). The specified laboratory stand for studying the operation of an electrical system contains an electrically connected source of electrical energy, a control device, an electrical load and an electrical energy storage device made in the form of electrical capacitors. The stand is equipped with a backup power source in the form of an electric generator with a drive motor.

К недостаткам следует отнести:The disadvantages include:

- малую емкость накопителя энергии, выполненного в виде батареи конденсаторов, по сравнению с суперконденсаторами и литиевыми аккумуляторами;- small capacity of the energy storage, made in the form of a capacitor bank, in comparison with supercapacitors and lithium batteries;

- отсутствие возможности регулирования процесса заряда или разряда накопителя энергии и задания профилей заряда и разряда;- the inability to regulate the process of charging or discharging the energy storage and setting the charge and discharge profiles;

- отсутствие возможности подключения более, чем одного типа накопителя энергии, то есть только аккумуляторную батарею, что не позволяет проводить совместные испытания аккумулятора и суперконденсатора в гибридном накопителе энергии;- the inability to connect more than one type of energy storage, that is, only a rechargeable battery, which does not allow joint testing of a battery and a supercapacitor in a hybrid energy storage;

- отсутствие гибкости управления алгоритмом управления потоками мощности в моделируемой электрической системы.- lack of flexibility in controlling the power flow control algorithm in the simulated electrical system.

Задача, решаемая изобретением, направлена на разработку стенда для исследования гибридного накопителя энергии на базе аккумуляторов и суперконденсаторов, позволяющего проводить многоплановые испытания и исследования гибридного накопителя энергии на базе аккумуляторов и суперконденсаторов.The problem solved by the invention is aimed at developing a stand for the study of a hybrid energy storage based on batteries and supercapacitors, which allows for multifaceted testing and research of a hybrid energy storage based on batteries and supercapacitors.

Технический результат заключается в расширении арсенала технических средств стендов для исследований гибридных накопителей энергии.The technical result consists in expanding the arsenal of technical means of stands for researching hybrid energy storage devices.

Технический результат достигается тем, что стенд для исследования гибридного накопителя энергии, содержащий электрически связанные источник электропитания, нагрузку, блок управления и измерения, накопитель электрической энергии, причем нагрузка выполнена в виде блока, представляющего собой набор активных и реактивных нагрузок для имитации возмущения в сети, а накопитель электрической энергии выполнен гибридным в виде блока аккумуляторной батареи, состоящей из литиевых ячеек, включенных последовательно, и блока суперконденсаторов, состоящий из суперконденсаторов, включенных последовательно, причем стенд также содержит два преобразователя постоянного напряжения с гальванической развязкой, подключенные к шине постоянного тока в которой происходит сложение потоков мощности от блока аккумуляторной батареи, блока суперконденсаторов и источника электропитания, при этом один из преобразователей формирует зарядно-разрядный ток аккумуляторной батареи посредством широтно-импульсной модуляции и коммутации силовыми полупроводниковыми ключами индуктивных компонентов схемы преобразователя, а второй преобразователь формирует зарядно-разрядный ток суперконденсаторов посредством широтно-импульсной модуляции и коммутации силовыми полупроводниковыми ключами индуктивных компонентов в составе преобразователя, сетевой инвертор, представляющий собой трехфазный полностью управляемый преобразователь постоянного напряжения в переменное с помощью широтно-импульсной модуляции постоянного напряжения шины постоянного тока, электрически подключенный к сетевому фильтру, сглаживающий формы токов и напряжений при работе стенда для исследования гибридного накопителя энергии с источником электропитания, возникающих вследствие применения широтно-импульсной модуляции, который подключен к блоку формирования напряжений и управления нагрузкой через коммутационный аппарат гибридного накопителя, блок формирования напряжений и управления нагрузкой, подключенный к источнику электропитания через коммутационный аппарат электросети и к блоку нагрузок через коммутационный аппарат нагрузки, позволяющий имитировать работу локальной электростанции и осуществлять зарядку гибридного накопителя энергии, терминал, подключенный к блоку управления и измерения, блок контроля и управления аккумуляторной батареей, имеющей гальваническую связь с аккумуляторной батареей и собирающей информацию о состоянии каждой из ячеек, проводящей балансировку заряда на каждой из ячеек, путем подключения нагрузочного сопротивления к ячейке в случае превышения напряжения на ней свыше заданного блоком управления и измерения уровня и при наличии от него разрешающего сигнала балансировки, и передающей информацию блоку управления и измерения и конфигурационные параметры.The technical result is achieved by the fact that a stand for researching a hybrid energy storage device containing an electrically connected power source, a load, a control and measurement unit, an electric energy storage device, and the load is made in the form of a block representing a set of active and reactive loads to simulate disturbances in the network, and the electric energy storage device is made as a hybrid in the form of a battery pack consisting of lithium cells connected in series and a supercapacitor unit consisting of supercapacitors connected in series, and the stand also contains two DC voltage converters with galvanic isolation connected to a DC bus in which the addition of the power flows from the battery pack, the supercapacitor unit and the power supply occurs, while one of the converters forms the charge-discharge current of the battery by means of pulse-width modulation and mutation by power semiconductor switches of inductive components of the converter circuit, and the second converter forms the charge-discharge current of supercapacitors by means of pulse-width modulation and switching by power semiconductor switches of inductive components as part of the converter, a network inverter, which is a three-phase fully controlled DC-to-AC converter with -pulse modulation of the constant voltage of the DC bus, electrically connected to the mains filter, smoothing the waveforms of currents and voltages during the operation of the stand for researching a hybrid energy storage with a power supply, arising from the use of pulse-width modulation, which is connected to the voltage generation and load control unit through the switching device of the hybrid storage, the voltage generation and load control unit connected to the power supply through the switching unit power supply and to the load unit through a load switching device, which allows simulating the operation of a local power plant and charging a hybrid energy storage, a terminal connected to a control and measurement unit, a battery control and management unit galvanically connected to a battery and collecting status information each of the cells, carrying out charge balancing on each of the cells, by connecting the load resistance to the cell in case of excess voltage on it above the voltage set by the control unit and level measurement and in the presence of an enable balancing signal from it, and transmitting information to the control and measurement unit and configuration parameters ...

Стенд для исследования гибридного накопителя энергии имеет следующие дополнительные отличия:The test bench for the hybrid energy storage has the following additional differences:

- в качестве информации о состоянии каждой из ячеек аккумуляторной батареи выступают параметры напряжения, состояния заряда и температуры для защиты аккумуляторных ячеек по температуре и напряжению, от перезаряда и переразряда и использования этих параметров в алгоритме управления;- the parameters of voltage, state of charge and temperature are used as information about the state of each of the cells of the storage battery to protect the battery cells in terms of temperature and voltage, from overcharging and overdischarging, and using these parameters in the control algorithm;

- сетевой фильтр является индуктивно-емкостным фильтром низкой частоты для обеспечения сглаживания выходного напряжения гибридного накопителя энергии и обеспечения высокого качества электропитания и КПД.- the mains filter is a low-frequency inductive-capacitive filter to ensure smoothing of the output voltage of the hybrid energy storage and to ensure high quality of power supply and efficiency.

Изобретение иллюстрируется чертежом, на котором представлена схема стенда для исследования гибридного накопителя энергии (фиг. 1).The invention is illustrated in the drawing, which shows a diagram of a test bench for a hybrid energy storage device (Fig. 1).

Стенд для исследования гибридного накопителя энергии содержит источник электропитания 1, блок формирования напряжений и управления нагрузкой 2, коммутационный аппарат электросети 3, блок нагрузок 4, коммутационный аппарат нагрузки 5, сетевой фильтр 6, коммутационный аппарат гибридного накопителя 7, сетевой инвертор 8, шину постоянного тока 9, блок аккумуляторной батареи 10, блок суперконденсаторов 11, первый преобразователь постоянного напряжения 12, блок контроля и управления аккумуляторной батареей 13, блок управления и измерения 14, второй преобразователь постоянного напряжения 15, терминал 16.The stand for the study of a hybrid energy storage device contains a power supply 1, a voltage generation and load control unit 2, a power grid switch 3, a load unit 4, a load switch 5, a power filter 6, a hybrid storage switch 7, a grid inverter 8, a DC bus 9, battery pack 10, supercapacitor unit 11, first DC voltage converter 12, battery monitoring and control unit 13, control and measurement unit 14, second DC voltage converter 15, terminal 16.

Источник электропитания 1 представляет собой трехфазную сеть низкого напряжения промышленной частоты.Power supply 1 is a three-phase power frequency low voltage network.

Блок формирования напряжений и управления нагрузкой 2, подключенный к источнику электропитания через коммутационный аппарат электросети 3, позволяет имитировать работу локальной, изолированной электростанции и осуществлять зарядку гибридного накопителя энергии.The voltage generation and load control unit 2, connected to the power supply through the switching device of the power grid 3, allows simulating the operation of a local, isolated power plant and charging a hybrid energy storage device.

Блок нагрузок 4 представляет собой набор активных и реактивных нагрузок для имитации возмущения в сети. Блок нагрузок имеет подключение к блоку формирования напряжений и управления нагрузкой 2 посредством коммутационного аппарата нагрузки 5.Load block 4 is a set of active and reactive loads for simulating a disturbance in the network. The load unit is connected to the voltage generation and load control unit 2 by means of the load switching device 5.

Сетевой фильтр 6 необходим для сглаживания формы токов и напряжений при работе стенда с источником электропитания 1, возникающих вследствие применения широтно-импульсной модуляции, и имеет подключение к блоку формирования напряжений и управления нагрузкой 2 через коммутационный аппарат гибридного накопителя 7. Сетевой фильтр 6 является индуктивно-емкостным фильтром низкой частоты, такое выполнение обеспечивает сглаживание выходного напряжения гибридного накопителя энергии и обеспечения высокого качества электропитания и КПД.The mains filter 6 is necessary to smooth out the shape of currents and voltages during the operation of the stand with a power supply 1, arising from the use of pulse-width modulation, and has a connection to the voltage generation and load control unit 2 through the switching device of the hybrid storage 7. The mains filter 6 is inductive low-pass capacitive filter, this design provides smoothing of the output voltage of the hybrid energy storage and ensures high power quality and efficiency.

Сетевой инвертор 8 представляет собой трехфазный полностью управляемый преобразователь постоянного напряжения в переменное с помощью широтно-импульсной модуляции постоянного напряжения шины постоянного тока 9 и электрически подключен к сетевому фильтру 6.The grid inverter 8 is a three-phase fully controllable DC-to-AC converter by means of pulse-width modulation of the DC voltage of the DC bus 9 and is electrically connected to the line filter 6.

Шина постоянного тока 9 является узлом, в котором происходит сложение потоков мощности от блока аккумуляторной батареи 10, блока суперконденсаторов 11 и источника электропитания 1 и представляет собой буферный конденсаторный накопитель энергии достаточной электрической емкости.The DC bus 9 is a node in which the power flows from the battery pack 10, the supercapacitor unit 11 and the power supply source 1 are added, and is a buffer capacitor energy storage of sufficient electrical capacity.

Блок аккумуляторной батареи 10 состоит из литиевых ячеек, включенных последовательно для обеспечения заданной энергоемкости и напряжения, и имеет подключение к первому преобразователю постоянного напряжения 12 и блок контроля и управления аккумуляторной батареей 13.The battery pack 10 consists of lithium cells connected in series to provide a given energy capacity and voltage, and has a connection to the first DC voltage converter 12 and a battery monitoring and control unit 13.

Первый преобразователь постоянного напряжения 12 подключен к шине постоянного тока 9 и осуществляет преобразование постоянного напряжения аккумуляторной батареи до уровня напряжения шины постоянного тока 9, а также формирует зарядно-разрядный ток блока аккумуляторной батареи 10 посредством широтно-импульсной модуляции и коммутации силовыми полупроводниковыми ключами индуктивных компонентов схемы преобразователя (на схеме не показаны).The first DC voltage converter 12 is connected to the DC bus 9 and converts the DC voltage of the battery to the voltage level of the DC bus 9, and also generates the charging-discharge current of the battery pack 10 by means of pulse-width modulation and switching inductive circuit components with power semiconductor switches converter (not shown in the diagram).

Блок контроля и управления аккумуляторной батареей 13 имеет гальваническую связь с блоком аккумуляторной батареи 10 и производит сбор информации о состоянии каждой из ячеек (напряжении, состоянии заряда и температуры), может проводить балансировку заряда на каждой из ячеек и производить передачу информации блоку управления и измерения 14 и конфигурационные параметры, например, минимальное и максимальное напряжение балансировки, от него. Информация о состоянии каждой из ячеек необходима для защиты аккумуляторных ячеек по температуре и напряжению, от перезаряда и переразряда и использования этих параметров в алгоритме управления.The battery control and monitoring unit 13 has a galvanic connection with the battery 10 and collects information about the state of each of the cells (voltage, state of charge and temperature), can balance the charge on each of the cells and transmit information to the control and measurement unit 14 and configuration parameters, such as minimum and maximum balancing voltage, from it. Information about the state of each of the cells is necessary to protect the battery cells by temperature and voltage, from overcharging and overdischarging and using these parameters in the control algorithm.

Блок суперконденсаторов 11 состоит из суперконденсаторов, включенных последовательно, для обеспечения заданной энергоемкости и напряжения, и имеет подключение ко второму преобразователю постоянного напряжения 15.The block of supercapacitors 11 consists of supercapacitors connected in series to provide a given energy capacity and voltage, and has a connection to the second DC voltage converter 15.

Второй преобразователь постоянного напряжения 15 подключен к шине постоянного тока 9 и осуществляет преобразование постоянного напряжения блока суперконденсаторов 11 до уровня напряжения шины постоянного тока 9, а также формирует зарядно-разрядный ток суперконденсаторов посредством широтно-импульсной модуляции и коммутации силовыми полупроводниковыми ключами индуктивных компонентов в составе преобразователя (на схеме не показаны).The second DC voltage converter 15 is connected to the DC bus 9 and converts the DC voltage of the supercapacitor unit 11 to the voltage level of the DC bus 9, and also generates the charge-discharge current of the supercapacitors by means of pulse-width modulation and switching inductive components with power semiconductor switches as part of the converter (not shown in the diagram).

Первый 12 и второй 15 преобразователь постоянного напряжения вьшолнены по схеме с гальванической развязкой для ограничения токов короткого замыкания.The first 12 and the second 15 DC-voltage converters are made according to the scheme with galvanic isolation to limit short-circuit currents.

Блок управления и измерения 14 подключен посредством информационной связи к блоку формирования напряжений и управления нагрузкой 2, сетевому инвертору 6, первому 12 и второму 15 преобразователям напряжения для сбора и обмена данными, а также с коммутационным аппаратом нагрузки 5, коммутационным аппаратом электросети 3 и коммутационным аппаратом гибридного накопителя 7 для управления ими, и выполняет функцию центрально управляющего блока устройства.The control and measurement unit 14 is connected via information communication to the voltage generation and load control unit 2, the grid inverter 6, the first 12 and the second 15 voltage converters for collecting and exchanging data, as well as with the load switching device 5, the power grid switching device 3 and the switching device hybrid storage 7 to control them, and performs the function of the central control unit of the device.

Блок управления и измерения имеет вывод на терминал, включающий сенсорный экран для оперативного переключения режимов стенда и наблюдения ключевых параметров работы, а также может осуществлять передачу данных по промышленному протоколу обмена данными, с другими устройствами, микроконтроллерами и персональными компьютерами и удаленное управление.The control and measurement unit has an output to the terminal, which includes a touch screen for promptly switching stand modes and observing key operating parameters, and can also transmit data using the industrial data exchange protocol with other devices, microcontrollers and personal computers, and remote control.

Все блоки выполняются легко съемными и заменяемыми на аналогичные.All blocks are easily removable and replaceable with similar ones.

Принцип действия стенда для исследования гибридного накопителя энергии заключается в управлении потоками энергии между блоком аккумуляторной батареи 10, блоком суперконденсаторов 11 и источником электропитания 1 в различных режимах. Для этого блок управления и измерения 14 осуществляет непрерывную отправку и чтение сообщений по промышленному протоколу связи с первым 12 и вторым 15 преобразователями постоянного напряжения и посредством вычисления по заданному в программном обеспечении блока управления алгоритму передает уставки каждому из них, которые они должны отработать в режиме реального времени для обеспечения баланса мощностей.The principle of operation of the stand for the study of a hybrid energy storage is to control the flow of energy between the battery pack 10, the supercapacitor unit 11 and the power supply 1 in different modes. To do this, the control and measurement unit 14 continuously sends and reads messages under the industrial communication protocol with the first 12 and second 15 DC voltage converters and, by calculating according to the algorithm specified in the control unit software, transfers the settings to each of them, which they must work in real time to ensure the balance of power.

Первый преобразователь постоянного напряжения 12 производит измерение мгновенных значений токов и напряжений со стороны блока аккумуляторной батареи 10 и шины постоянного тока 9 и передает их по промышленному протоколу связи блоку управления и измерения 14. Получив новую уставку, первый преобразователь постоянного напряжения 12 преобразует ее в значение скважности периодического сигнала управления полупроводниковыми силовыми ключами по принципу широтно-импульсной модуляции на основании текущих значений токов и напряжений и алгоритма, реализованного в программном обеспечении первого преобразователя постоянного напряжения 12.The first DC voltage converter 12 measures the instantaneous values of currents and voltages from the side of the battery pack 10 and the DC bus 9 and transmits them via the industrial communication protocol to the control and measurement unit 14. Having received the new setting, the first DC voltage converter 12 converts it into a duty cycle a periodic control signal for semiconductor power switches based on the principle of pulse-width modulation based on the current values of currents and voltages and the algorithm implemented in the software of the first DC voltage converter 12.

Аналогично второй преобразователь постоянного напряжения 15 производит измерение мгновенных значений токов и напряжений со стороны блока суперконденсаторов 11 и шины постоянного тока 9 и передает их по промышленному протоколу связи блоку управления и измерения 14. Получив новую уставку, второй преобразователь постоянного напряжения 15 преобразует ее в значение скважности периодического сигнала управления полупроводниковыми силовыми ключами по принципу широтно-импульсной модуляции на основании текущих значений токов и напряжений и алгоритма, реализованного в программном обеспечении второго преобразователя постоянного напряжения 15.Similarly, the second DC voltage converter 15 measures the instantaneous values of currents and voltages from the side of the supercapacitor unit 11 and the DC bus 9 and transmits them via the industrial communication protocol to the control and measurement unit 14. Having received a new setting, the second DC voltage converter 15 converts it into a duty cycle a periodic control signal for semiconductor power switches according to the principle of pulse-width modulation based on the current values of currents and voltages and the algorithm implemented in the software of the second DC voltage converter 15.

Блок контроля и управления аккумуляторными батареями 13 производит постоянный мониторинг параметров каждой ячейки блока аккумуляторной батареи 10, таких, как напряжение и температура, и производит балансировку ячеек путем подключения нагрузочного сопротивления к ячейке в случае превышения напряжения на ней свыше заданного блоком управления и измерения 14 уровня и при наличии от него разрешающего сигнала балансировки.The battery control and monitoring unit 13 continuously monitors the parameters of each cell of the battery pack 10, such as voltage and temperature, and balances the cells by connecting the load resistance to the cell in the event that the voltage on it exceeds the level set by the control and measurement unit 14 and if there is a balancing enable signal from it.

С терминала 16 по промышленному протоколу данных с удаленного устройства выбраны режимы испытаний гибридного накопителя энергии, такие как нагрузочные испытания блока аккумуляторной батареи 10, блока суперконденсаторов 11 и преобразователей постоянного напряжения 12 и 15, ресурсные испытания, измерение фактической емкости и технического состояния аккумуляторов и суперконденсаторов. Нагрузочные испытания проводятся по заранее определенному пользователем циклу в режиме заряда и разряда накопителя энергии. Ресурсные испытания проводяться с возможностью расчета ресурса блока аккумуляторов 10 на основе прогностических моделей и измерения его фактической емкости. Стенд допускает работу в режиме имитации микросети и подключение к стенду сторонних устройств для исследования их характеристик и отладки.From the terminal 16, according to the industrial data protocol from a remote device, the test modes of the hybrid energy storage are selected, such as load tests of the battery pack 10, the supercapacitor unit 11 and DC voltage converters 12 and 15, life tests, measurement of the actual capacity and technical condition of batteries and supercapacitors. Stress tests are performed on a user-defined cycle in charge and discharge mode of the energy storage device. Resource tests are carried out with the possibility of calculating the resource of the battery pack 10 on the basis of predictive models and measuring its actual capacity. The stand allows operation in the microgrid simulation mode and connection of third-party devices to the stand to study their characteristics and debug.

Таким образом достигается расширение арсенала технических средств стендов для исследований гибридных накопителей энергии.Thus, an expansion of the arsenal of technical means of stands for research of hybrid energy storage units is achieved.

Claims (3)

1. Стенд для исследования гибридного накопителя энергии, содержащий электрически связанные источник электропитания, нагрузку, блок управления и измерения, накопитель электрической энергии, отличающийся тем, что нагрузка выполнена в виде блока, представляющего собой набор активных и реактивных нагрузок для имитации возмущения в сети, а накопитель электрической энергии выполнен гибридным в виде блока аккумуляторной батареи, состоящей из литиевых ячеек, включенных последовательно, и блока суперконденсаторов, состоящего из суперконденсаторов, включенных последовательно, причем стенд также содержит два преобразователя постоянного напряжения с гальванической развязкой, подключенных к шине постоянного тока, в которой происходит сложение потоков мощности от блока аккумуляторной батареи, блока суперконденсаторов и источника электропитания, при этом один из преобразователей формирует зарядно-разрядный ток аккумуляторной батареи посредством широтно-импульсной модуляции и коммутации силовыми полупроводниковыми ключами индуктивных компонентов схемы преобразователя, а второй преобразователь формирует зарядно-разрядный ток суперконденсаторов посредством широтно-импульсной модуляции и коммутации силовыми полупроводниковыми ключами индуктивных компонентов в составе преобразователя, сетевой инвертор, представляющий собой трехфазный полностью управляемый преобразователь постоянного напряжения в переменное с помощью широтно-импульсной модуляции постоянного напряжения шины постоянного тока, электрически подключенный к сетевому фильтру, сглаживающему формы токов и напряжений при работе стенда для исследования гибридного накопителя энергии с источником электропитания, возникающих вследствие применения широтно-импульсной модуляции, который подключен к блоку формирования напряжений и управления нагрузкой через коммутационный аппарат гибридного накопителя, блок формирования напряжений и управления нагрузкой, подключенный к источнику электропитания через коммутационный аппарат электросети и к блоку нагрузок через коммутационный аппарат нагрузки, позволяющий имитировать работу локальной электростанции и осуществлять зарядку гибридного накопителя энергии, терминал, подключенный к блоку управления и измерения, блок контроля и управления аккумуляторной батареей, имеющий гальваническую связь с аккумуляторной батареей и собирающий информацию о состоянии каждой из ячеек, проводящий балансировку заряда на каждой из ячеек путем подключения нагрузочного сопротивления к ячейке в случае превышения напряжения на ней свыше заданного блоком управления и измерения уровня и при наличии от него разрешающего сигнала балансировки, и передающий информацию блоку управления и измерения и конфигурационные параметры.1. A stand for researching a hybrid energy storage device containing an electrically connected power supply, a load, a control and measurement unit, an electric energy storage device, characterized in that the load is made in the form of a block, which is a set of active and reactive loads to simulate a disturbance in the network, and the electric energy storage is made as a hybrid in the form of a battery pack consisting of lithium cells connected in series and a supercapacitor unit consisting of supercapacitors connected in series, and the stand also contains two DC voltage converters with galvanic isolation connected to a DC bus, in which the addition of the power flows from the battery pack, the supercapacitor unit and the power supply occurs, while one of the converters forms the charging-discharge current of the battery by means of pulse-width modulation and switching power semi conductor keys of inductive components of the converter circuit, and the second converter forms the charge-discharge current of supercapacitors by means of pulse-width modulation and switching by power semiconductor switches of inductive components in the converter, a network inverter, which is a three-phase fully controlled DC-to-AC converter using DC voltage modulation of the DC bus, electrically connected to a mains filter that smooths out the currents and voltages during the operation of the stand for studying a hybrid energy storage with a power source arising from the use of pulse-width modulation, which is connected to the voltage generation and load control unit through a switching device a hybrid storage unit, a voltage generation and load control unit connected to a power supply through a switching device of the mains and to a load unit through a load switching device that allows simulating the operation of a local power plant and charging a hybrid energy storage device, a terminal connected to the control and measurement unit, a battery control and management unit that has a galvanic connection with a battery and collects information about the state of each of the cells, balancing the charge on each of the cells by connecting the load resistance to the cell in the event of a voltage exceeding the voltage set by the control unit and measuring the level and in the presence of a balancing enable signal from it, and transmitting information to the control and measurement unit and configuration parameters. 2. Стенд для исследования гибридного накопителя энергии по п. 1, отличающийся тем, что в качестве информации о состоянии каждой из ячеек аккумуляторной батареи выступают параметры напряжения, состояния заряда и температуры.2. A stand for researching a hybrid energy storage device according to claim 1, characterized in that the parameters of voltage, state of charge and temperature act as information about the state of each of the cells of the storage battery. 3. Стенд для исследования гибридного накопителя энергии по п. 1, отличающийся тем, что сетевой фильтр является индуктивно-емкостным фильтром низкой частоты.3. A stand for researching a hybrid energy storage device according to claim 1, characterized in that the line filter is a low-frequency inductive-capacitive filter.
RU2020124185A 2020-07-16 2020-07-16 Test bench for hybrid energy storage RU2739703C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020124185A RU2739703C1 (en) 2020-07-16 2020-07-16 Test bench for hybrid energy storage

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020124185A RU2739703C1 (en) 2020-07-16 2020-07-16 Test bench for hybrid energy storage

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2739703C1 true RU2739703C1 (en) 2020-12-28

Family

ID=74106581

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020124185A RU2739703C1 (en) 2020-07-16 2020-07-16 Test bench for hybrid energy storage

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2739703C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113809814A (en) * 2021-09-14 2021-12-17 南京林洋电力科技有限公司 Asynchronous charging and synchronous discharging double-backup power supply system

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4707795A (en) * 1983-03-14 1987-11-17 Alber Engineering, Inc. Battery testing and monitoring system
RU2419923C1 (en) * 2010-04-13 2011-05-27 Открытое акционерное общество "Авиационная электроника и коммуникационные системы" (ОАО "АВЭКС") Multiple-channel complex of test equipment of storage batteries
US20140055143A1 (en) * 2012-08-22 2014-02-27 Chung-Shan Institute Of Science And Technology Battery testing system with energy circulation
RU162928U1 (en) * 2015-09-21 2016-06-27 Юрий Петрович Галишников LABORATORY STAND FOR STUDYING THE WORK OF THE ELECTRICAL SYSTEM
RU181029U1 (en) * 2018-03-29 2018-07-03 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники" (ТУСУР) Electronic battery simulator for testing power supply systems

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4707795A (en) * 1983-03-14 1987-11-17 Alber Engineering, Inc. Battery testing and monitoring system
RU2419923C1 (en) * 2010-04-13 2011-05-27 Открытое акционерное общество "Авиационная электроника и коммуникационные системы" (ОАО "АВЭКС") Multiple-channel complex of test equipment of storage batteries
US20140055143A1 (en) * 2012-08-22 2014-02-27 Chung-Shan Institute Of Science And Technology Battery testing system with energy circulation
RU162928U1 (en) * 2015-09-21 2016-06-27 Юрий Петрович Галишников LABORATORY STAND FOR STUDYING THE WORK OF THE ELECTRICAL SYSTEM
RU181029U1 (en) * 2018-03-29 2018-07-03 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники" (ТУСУР) Electronic battery simulator for testing power supply systems

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113809814A (en) * 2021-09-14 2021-12-17 南京林洋电力科技有限公司 Asynchronous charging and synchronous discharging double-backup power supply system

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110803051B (en) Energy storage type charging pile and charging system
CN102104257B (en) Energy storage system of apartment building, integrated power management system, and method of controlling the system
US9118191B2 (en) Cell balancing method, cell balancing device, and energy storage system including the cell balancing device
CN102130464B (en) The method of electric power storing device, electrical power for operation storage device and power storage system
WO2018014450A1 (en) Rt-lab-based real microgrid operation dynamic simulation testing platform
CN201726205U (en) AC energy storage cabinet and energy storage power station system
CN104578237A (en) Battery pack, energy storage system, and method of charging battery pack
KR20130066283A (en) Apparatus for simulating battery system
CN102074970A (en) Energy management system and grid-connected energy storage system including the energy management system
CN104155616A (en) Photovoltaic system current transformer test platform
CN103248084A (en) Battery pack, controlling method of the same, and power storage system including the battery pack
CN103730905A (en) Accumulator power supply simulation device and method
CN105556782A (en) Storage battery system
CN111579897B (en) Experimental platform for evaluating performance of power distribution and utilization system of full-direct-current building
Taylor et al. Power hardware-in-loop simulation of grid-connected battery systems with reactive power control capability
RU2739703C1 (en) Test bench for hybrid energy storage
Ma et al. Fuzzy logic based power and thermal management system design for multi-cell lithium-ion battery bank protection and operation
KR101689017B1 (en) System and method for fuzzy droop control of multi-bess in microgrid
Alimardani et al. A new energy storage system configuration to extend Li-ion battery lifetime for a household
CN111381174A (en) Fuel cell test and lithium ion battery formation capacity-sharing coupling system and method
CN111381172A (en) Micro-grid-based battery testing and formation-capacitance-grading coupling system and control method
Noyanbayev et al. Efficiency analysis for a grid-connected battery energy storage system
Li et al. Development of a power electronics-based testbed for a flexible combined heat and power system
TW202337104A (en) Energy storage device
Joy et al. Bidirectional contactless charging system using Li-ion battery model

Legal Events

Date Code Title Description
PD4A Correction of name of patent owner
PC41 Official registration of the transfer of exclusive right

Effective date: 20210317