一种适用于可动态重构电池储能系统的管理系统及其方法技术方案

本发明专利技术公开了一种适用于可动态重构电池储能系统的管理系统及其方法。其中，适用于可动态重构电池储能系统的管理系统，包括由储能电池组及与其相连的功率调节系统构成的储能系统；及电池管理系统，其与储能电池组和主控制器分别相连；所述功率调节系统还与主控制器相连；所述主控制器被配置为：根据电网当前状态、电网储能需求和储能电池组当前状态，协同控制电池管理系统和功率调节系统，完成储能电池组的工作模式和充放电功率的综合决策，实现储能电池组保养及维护的自动化。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于可动态重构电池储能系统的管理系统及其方法
本专利技术属于电池储能领域，尤其涉及一种适用于可动态重构电池储能系统的管理系统及其方法。
技术介绍
随着化石能源的逐渐枯竭和人类对环境问题的日益关注，清洁的可再生能源发电迅速扩大，新一轮的能源变革逐步推进。然而，可再生能源具有波动性和随机性的固有特征，给电网的安全、稳定、经济运行提出了诸多挑战。储能技术是应对上述挑战的有效手段，构建大规模经济性储能系统是意义重大的研究课题。除抽水蓄能外，电池储能是现阶段最具备工程应用前景的储能技术之一。受限于目前的技术水平，电池储能系统需要基于大量储能容量和功率有限的电池单体(电芯)构建，电池管理和维护压力较大。传统上，电池储能系统使用固定连接方式，将电池单体串联、并联或混连构成电池组，并辅以被动或主动均衡电路，减小电池组不一致性对整体性能的影响。但是，电池储能系统使用固定连接方式存在以下问题：(1)短板效应和不均衡效应，降低电池组可用容量和使用寿命；(2)基于均衡电路的方式只能在特定阶段(如动力电池的充电末期)或人工干预(如变电站备用电源定期人工维护)下进行涓流充电，对电池组进行保养维护；(3)电池组利用效率低、控制灵活性差且维护过程需要人工参与，难以适应充放电方式复杂多变的可再生能源出力波动平抑、削峰填谷等电网储能应用的要求。为克服传统固定连接成组方法难以灵活调控的缺点，减小短板效应和不均衡效应对电池组整体性能的影响，可采用具有动态重构能力的电池成组方式。具有动态重构能力的电池成组方式在固定连接电池组基础上，将全控型电力电子开关串入电池组，实现电池组可控性改造，使电池组能够根据功率交换需求和电池状态，动态改变电池组拓扑结构，进而明显提高电池组可用容量及寿命。同时，可动态重构电池组也为更加高效的电池储能系统控制管理提供了优秀平台，为智能电网应用等复杂应用环境下的电池储能系统自动维护提供了可能性。利用动态重构思想可提高电池组可控性，可构建具有灵活管控能力的新型智能电池组。然而，现有的储能装置管理系统也存在以下弊端：(1)主要通过控制电池接口电路实现充放电状态调整，缺乏与电池组之间的交互手段，难以充分发挥可动态重构电池系统高可控性的技术优势。(2)不能充分利用电池组高可控性特点，电池储能系统利用效率和管理自动化水平低，储能系统效率低而且灵活性差。
技术实现思路
为了解决现有技术的不足，本专利技术的第一目的是提供一种适用于可动态重构电池储能系统的管理系统，其充分利用电池组高可控性特点，提高了电池储能系统利用效率和管理自动化水平，储能系统更加高效且灵活。本专利技术的一种适用于可动态重构电池储能系统的管理系统，包括由储能电池组及与其相连的功率调节系统构成的储能系统；及电池管理系统，其与储能电池组和主控制器分别相连；所述功率调节系统还与主控制器相连；所述主控制器被配置为：根据电网当前状态、电网储能需求和储能电池组当前状态，协同控制电池管理系统和功率调节系统，完成储能电池组的工作模式和充放电功率的综合决策，实现储能电池组保养及维护的自动化。其中，电网当前状态可采用电网状态采集器来采集，电网状态采集器实时采集电网当前状态数据，并上传至主控制器，为储能电池组的充放电决策提供基础数据。主控制器可采用工控机来实现。需要说明的是，主控制器除了采用工控机之外，还可采用其他现有的数据处理器来实现。进一步的，所述储能电池组是由多个储能容量和功率参数有限的电池单体经可控开关连接而构成的电池网络。进一步的，所述电池管理系统被配置为：采集各个电池单体的运行信息，进而在线估算荷电状态和健康状态，并传送至主控制器；接收主控制器下发的工作模式指令，控制可控开关的通断状态来实现电池网络拓扑的调整，从而使储能电池组处于不同模式，以适应不同充放电需要。其中，根据开关工作方式的不同，储能电池组主要有三种工作模式：直连模式、均衡模式和空闲模式。(1)直连模式下，所有串联开关闭合，并联开关打开，所有电池按照先串后并方式连接，并联于直流母线上，该模式下电池组可以以最大功率与外部交换能量。(2)均衡模式下，并联和串联开关轮次开合，逐次为电量较少的单体补充电量，直至所有电池单体状态一致，该模式下可以对电池状态进行调整维护，提高电池组使用寿命和可用容量。(3)空闲模式下，所有开关打开，各电池单体从电池网络中切除而处于备用状态，该模式主要用作模式切换时的中间状态。进一步的，所述功率调节系统被配置为：电网的电能形式和储能电池组的电能形式间变换，同时匹配电网电压，并控制储能电池组充电过程中的充电电压和电流。通常，电池储能系统接入公用电网，在中国为50Hz交流电网(alternativecurrent，AC)，而电池组能够接受的电能为直流电(directcurrent，DC)，因此功率调节系统需要完成AC/DC变换；同时储能系统与电网交换功率的多少需要根据应用需要和电池组状态综合确定，因此功率调节系统需要具备电压电流控制能力。进一步的，所述主控制器，包括：监视模块，其被配置为接收电池状态及电网状态信息并本地显示；及命令计算及下发模块，其被配置为生成功率调节系统和储能电池组控制指令，并通过对应通信接口下发给相应对象；及录波模块，其被配置为记录过程储能装置工作过程。本专利技术的第二目的是提供一种适用于可动态重构电池储能系统的管理系统的工作方法。本专利技术的适用于可动态重构电池储能系统的管理系统的工作方法，包括：阶段(1)：储能系统状态调整阶段；在储能系统重新开机或出现异常后，检测储能系统是否满足预设运行条件，并在不满足预设运行条件时自动调整当前状态，直至条件满足而进入正常工况；阶段(2)：储能电池组主动均衡维护阶段；当各电池单体剩余电量差值超过预设阈值时，以电池单体中最多剩余电量为基准电量，通过开关控制对电量少于基准电量的电池单体进行补充，最终达到电池组各电池单体的电量一致状体；阶段(3)：储能系统应用控制阶段；根据储能系统具体应用场景和目标，采用相应算法来调整储能系统充放电功率，以发挥储能系统调节的功能；阶段(4)：储能系统定期维护阶段；在电网对储能调节需要小于预设阈值的时段对储能系统进行定期维护。进一步的，所述阶段(1)储能系统状态调整阶段的具体过程，包括：步骤(1.1)：储能系统上电，主控制器与电池管理系统通信，查询储能电池组状态；步骤(1.2)：根据储能电池组状态判断是否满足储能应用条件，其判断标准为储能SOC是否在设定的范围内；若满足应用条件，储能系统控制进入储能电池组主动均衡维护阶段，否则进入步骤(1.3)；步骤(1.3)：设置储能电池组进入直连模式，功率调节系统进入功率跟随模式；且所有电池均应投入，以预先设计的预案进行充放电；步骤(1.4)：将当前SOC与预设最大SOC阈值及预设最小SOC阈值分别比较，若当前SOC小于预设最小SOC阈值，则转步骤(1.5)；若当前SOC大于预设最大SOC阈值，则转步骤(1.6)；步骤(1.5)：以预设的功率充电，充电功率应兼顾调整时间和充放电倍率，实现两方面的平衡；步骤(1.6)：以预设的功率放电，放电倍率同步骤(1.5)；步骤(1.7)：查询调整之后的储能电池组状态，转步骤(1.1)继续判断。进一步的，所述阶段(2)储能电池组主动均衡维护阶段，包括本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适用于可动态重构电池储能系统的管理系统，其特征在于，包括由储能电池组及与其相连的功率调节系统构成的储能系统；及电池管理系统，其与储能电池组和主控制器分别相连；所述功率调节系统还与主控制器相连；所述主控制器被配置为：根据电网当前状态、电网储能需求和储能电池组当前状态，协同控制电池管理系统和功率调节系统，完成储能电池组的工作模式和充放电功率的综合决策，实现储能电池组保养及维护的自动化。

【技术特征摘要】
1.一种适用于可动态重构电池储能系统的管理系统，其特征在于，包括由储能电池组及与其相连的功率调节系统构成的储能系统；及电池管理系统，其与储能电池组和主控制器分别相连；所述功率调节系统还与主控制器相连；所述主控制器被配置为：根据电网当前状态、电网储能需求和储能电池组当前状态，协同控制电池管理系统和功率调节系统，完成储能电池组的工作模式和充放电功率的综合决策，实现储能电池组保养及维护的自动化。2.如权利要求1所述的一种适用于可动态重构电池储能系统的管理系统，其特征在于，所述储能电池组是由多个储能容量和功率参数有限的电池单体经可控开关连接而构成的电池网络。3.如权利要求2所述的一种适用于可动态重构电池储能系统的管理系统，其特征在于，所述电池管理系统被配置为：采集各个电池单体的运行信息，进而在线估算荷电状态和健康状态，并传送至主控制器；接收主控制器下发的工作模式指令，控制可控开关的通断状态来实现电池网络拓扑的调整，从而使储能电池组处于不同模式，以适应不同充放电需要。4.如权利要求1所述的一种适用于可动态重构电池储能系统的管理系统，其特征在于，所述功率调节系统被配置为：电网的电能形式和储能电池组的电能形式间变换，同时匹配电网电压，并控制储能电池组充电过程中的充电电压和电流。5.如权利要求1所述的一种适用于可动态重构电池储能系统的管理系统，其特征在于，所述主控制器，包括：监视模块，其被配置为接收电池状态及电网状态信息并本地显示；及命令计算及下发模块，其被配置为生成功率调节系统和储能电池组控制指令，并通过对应通信接口下发给相应对象；及录波模块，其被配置为记录过程储能装置工作过程。6.一种如权利要求1-5中任一项所述的适用于可动态重构电池储能系统的管理系统的工作方法，其特征在于，包括：阶段(1)：储能系统状态调整阶段；在储能系统重新开机或出现异常后，检测储能系统是否满足预设运行条件，并在不满足预设运行条件时自动调整当前状态，直至条件满足而进入正常工况；阶段(2)：储能电池组主动均衡维护阶段；当各电池单体剩余电量差值超过预设阈值时，以电池单体中最多剩余电量为基准电量，通过开关控制对电量少于基准电量的电池单体进行补充，最终达到电池组各电池单体的电量一致状体；阶段(3)：储能系统应用控制阶段；根据储能系统具体应用场景和目标，采用相应算法来调整储能系统充放电功率，以发挥储能系统调节的功能；阶段(4)：储能系统定期维护阶段；在电网对储能调节需要小于预设阈值的时段对储能系统进行定期维护。7.如权利要求6所述的适用于可动态重构电池储能系统的管理系统的工作方法，其特征在于，所述阶段(1)储能系统状态调整阶段的具体过程，包括：步骤(1.1)...

【专利技术属性】
技术研发人员：王飞，谢红涛，张新华，赵光锋，李沐，徐健，李伟，张松，宋士瞻，王传勇，张健，谷守雨，张恒旭，李毅，施啸寒，
申请(专利权)人：国网山东省电力公司，国网山东省电力公司枣庄供电公司，山东大学，
类型：发明
国别省市：山东,37