金字塔型大规模电池储能架构系统及其能量管理控制方法技术方案

本发明专利技术涉及电池储能架构系统及其能量管理控制方法，该架构系统包括电池储能系统和控制系统。电池储能系统包括多个储能电柜，每个储能电柜包括储能变流器，其中储能变流器并接到交流母线；每个储能电柜包含多个电池包和多个双向直流斩波器，每个电池包与每个双向直流斩波器串联，双向直流斩波器还与直流母线连接，并且直流母线通过直流开关与储能变流器的直流端进行连接；控制系统包括中央控制器、设置在储能电柜中的电柜控制器和本地控制器，其中，每个储能变流器与每个电柜控制器连接，在每个储能电柜中的多个本地控制器均与该储能电柜中的电柜控制器连接，多个储能电柜的多个电柜控制器与中央控制器连接。

【技术实现步骤摘要】
金字塔型大规模电池储能架构系统及其能量管理控制方法
本专利技术属于电力储能系统
，一般涉及具有多电池包的储能架构系统及其能量管理控制方法，具体涉及一种金字塔型大规模电池储能架构系统及其能量管理控制方法。
技术介绍
随着越来越多的新能源系统特别是分布式发电系统的接入，现有电网的稳定性受到了严峻的挑战。而储能系统可以平抑和稳定风能、太阳能等间歇式可再生能源发电的输出功率，因此可以提高电网接纳可再生能源的能力从而保障电网的稳定运行。正是由于这个原因，发展时间长、功率大的大规模储能系统，被认为是未来发展智能电网，实现能源转型目标的一个必然选择。储能系统有多种实现形式，这其中化学储能尤其是锂电池储能系统由于其能量密度高、建设周期短、转换效率高、使用寿命长、部署方便等一系列优点，近年来在储能市场中得到了广泛的应用。特别是新能源汽车对动力电池的巨大需求使得锂电池的成本在近10年来降低了近90％，更进一步促进了锂电池储能技术的发展。随着锂电池储能系统的大规模安装和投入运行，储能系统的运行效率、使用寿命、安全可靠性能等越来越受到人们的重视。而业界对上述问题的研究，最终都会体现在对储能系统的能量管理和功率分配策略上。目前对储能系统的功率分配方式大部分都是基于电池荷电状态(SOC)来进行，当大规模系统中接入的电池由于品牌，容量大小，衰减速度不一致时，基于SOC的分配方式会出现较大的偏差，即使加入自适应算法、模糊逻辑、神经网络计算等等，均无法解决实时控制难、系统拓展不灵活等问题。另外随着动力电池退役潮的到来，越来越多的退役动力电池将会接入梯次利用储能系统，届时也会出现新旧电池混合使用的储能场景，而每个退役电池的制造厂家和电池的剩余容量均可能不一致，因此如何接纳这些退役的电池并进行高效安全的功率控制，显得尤为重要。
技术实现思路
本专利技术提供金字塔型大规模电池储能架构系统及其能量管理控制方法，旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。本专利技术的技术方案一方面涉及一种电池储能架构系统，包括电池储能系统和控制系统。所述的电池储能系统包括多个储能电柜，每个储能电柜包括储能变流器，其中所述的多个储能电柜的储能变流器并接到交流母线，该交流母线通过变压器连接到交流外电网；每个储能电柜包含多个电池包和多个双向直流斩波器，其中，每个电池包具有电池管理系统，每个电池包与每个双向直流斩波器串联，所述的双向直流斩波器还与直流母线连接，并且直流母线通过直流开关与所述的储能变流器的直流端进行连接；所述的控制系统包括中央控制器，设置在所述的储能电柜中的电柜控制器和本地控制器，其中，每个所述的储能变流器与每个所述的电柜控制器连接，在每个储能电柜中的多个本地控制器均与该储能电柜中的电柜控制器连接，所述的多个储能电柜的多个电柜控制器与所述的中央控制器连接。进一步，所述的本地控制器配置为：通过通信总线收集电池管理系统及双向直流斩波器发送的信息；计算所述的电池包的储能单元的最小可接受的充放电功率和/或可充放电能量盈余空间；将电量信息通过通信总线上发至本地储能电柜的电柜控制器，同时接收所述的电柜控制器下发的功率指令和启停命令，以实现对本地电池包的储能单元的就地控制。进一步，所述的电柜控制器配置为：通过通信总线接收下属的本地控制器所发送的信息以及所述的储能变流器发送的最大和最小的允许充放电功率，以决定所述的本地控制器在不同功率分配模式下的优先顺序和功率分配方式；计算储能电柜级的最小可接受的充放电功率、储能电柜级的可充放电能量盈余空间，并将这些信息发送到中央控制器，同时接收所述的中央控制器下发的功率指令。进一步，所述的电柜控制器配置为：在储能电柜单独运行不需要连接到所述的中央控制器时，直接接受外部功率调度，以实施局域规模的储能系统自主运转。进一步，所述的中央控制器配置成：接收下属的所有电柜控制器所发送的信息，以确定每个电柜控制器在不同功率分配模式下的优先顺序和功率分配方式，并将功率指令下发到每个相关的电柜控制器。本专利技术的技术方案另一方面涉及一种能量管理控制方法，包括以下步骤：S1、通过本地控制器收集电池管理系统发送的信息，该信息包括可充放电能量和功率、最大和最小允许充放电功率；S2、基于本地控制器，根据电池管理系统和双向直流斩波器发送的信息，计算电池包中的储能单元的最小可接受的充放电功率、可充放电能量盈余空间、电池包健康状况，并发送到电柜控制器；S3、电柜控制器根据下属所有本地控制器所发送的信息、以及根据储能变流器发送的最大和最小允许充放电功率，以确定每个本地控制器在不同功率分配模式下的优先顺序以及功率分配方式，同时计算电柜级的最小可接受充放电功率、电柜级的可充放电能量盈余空间，并发送到中央控制器；S4、基于中央控制器，根据下属所有电柜控制器发送的信息来决定每个电柜控制器在不同功率分配模式下的优先顺序以及功率分配方式；S5、基于中央控制器，根据功率需求的大小、方向、与每个的最小可充放电功率进行对比的结果，选择进入不同的功率分配模式和分配方式，并将计算后的功率分配指令下发到相关的电柜控制器；S6、基于电柜控制器，根据中央控制器发送的功率需求的大小、方向、与每个的最小可充放电功率进行对比的结果，选择进入不同的功率分配模式和分配方式，并将计算后的功率分配指令下发到相关的本地控制器；S7、基于中央控制器，将并网点的电能表反馈的实时功率情况与功率需求进行对比，并将对比结果输入PID控制器来对功率需求重新进行调整，使得系统在扣除损耗之后的输出等于功率需求。进一步，所述步骤S2包括：通过本地控制器计算每个储能单元的最小可充放电功率PMin_LCU＝UBat*ITh其中，ITh为储能单元的最低的启动电流阈值，UBat为电池包的实时电压值；计算每个储能单元可吸收的能量空间ΔECHG_LCUi＝EMax_i-ENow_i其中EMax_i为储能单元i在充电截止时所能存储的能量，ENow_i为储能单元i当前已经存储的电量，ΔECHG_LCUi为储能单元i可增加的能量空间；计算每个储能单元可释放的能量空间ΔEDCHG_LCUi＝ENow_i-EMin_i其中EMin_i为储能单元i在放电截止时剩余的能量，ENow_i为储能单元i当前已经存储的电量，ΔEDCHG_LCUi为储能单元i可释放的能量空间。进一步，所述的步骤S3包括：通过电柜控制器来设置特殊充放电模式和正常充放电模式，其中：在特殊充放电模式中，功率需求大于等于所有本地控制器发送的最小可充放电功率的最小值，并且功率需求小于所有本地控制器发送的最小可充放电功率之和；在正常充放电模式中，功率需求大于等于所有本地控制器发送的最小可充放电功率之和，并且功率需求小于等于所有本地控制器发送的最大的可充放电功率之和；通过电柜控制器确定所有本地控制器的功率分配以及优先顺序，其中：当系统充电时，具有较小的最小可充放电功率的储能单元具有较高的优先权；如果最小可充放电功本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电池储能架构系统，包括电池储能系统和控制系统，其特征在于：/n所述的电池储能系统包括多个储能电柜，每个储能电柜包括储能变流器，其中所述的多个储能电柜的储能变流器并接到交流母线，该交流母线通过变压器连接到交流外电网；/n每个储能电柜包含多个电池包和多个双向直流斩波器，其中，每个电池包具有电池管理系统，每个电池包与每个双向直流斩波器串联，所述的双向直流斩波器还与直流母线连接，并且直流母线通过直流开关与所述的储能变流器的直流端进行连接；/n所述的控制系统包括中央控制器、设置在所述的储能电柜中的电柜控制器和本地控制器，其中，每个所述的储能变流器与每个所述的电柜控制器连接，在每个储能电柜中的多个本地控制器均与该储能电柜中的电柜控制器连接，所述的多个储能电柜的多个电柜控制器与所述的中央控制器连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种电池储能架构系统，包括电池储能系统和控制系统，其特征在于：
所述的电池储能系统包括多个储能电柜，每个储能电柜包括储能变流器，其中所述的多个储能电柜的储能变流器并接到交流母线，该交流母线通过变压器连接到交流外电网；
每个储能电柜包含多个电池包和多个双向直流斩波器，其中，每个电池包具有电池管理系统，每个电池包与每个双向直流斩波器串联，所述的双向直流斩波器还与直流母线连接，并且直流母线通过直流开关与所述的储能变流器的直流端进行连接；
所述的控制系统包括中央控制器、设置在所述的储能电柜中的电柜控制器和本地控制器，其中，每个所述的储能变流器与每个所述的电柜控制器连接，在每个储能电柜中的多个本地控制器均与该储能电柜中的电柜控制器连接，所述的多个储能电柜的多个电柜控制器与所述的中央控制器连接。


2.根据权利要求1所述的电池储能架构系统，其特征在于，所述的本地控制器配置为：
通过通信总线收集电池管理系统及双向直流斩波器发送的信息；
计算所述的电池包的储能单元的最小可接受的充放电功率和/或可充放电能量盈余空间；
将电量信息通过通信总线上发至本地储能电柜的电柜控制器，同时接收所述的电柜控制器下发的功率指令和启停命令，以实现对本地电池包的储能单元的就地控制。


3.根据权利要求1所述的电池储能架构系统，其特征在于，所述的电柜控制器配置为：
通过通信总线接收下属的本地控制器所发送的信息以及所述的储能变流器发送的最大或最小的允许充放电功率，以决定所述的本地控制器在不同功率分配模式下的优先顺序和功率分配方式；
计算储能电柜级的最小可接受的充放电功率、储能电柜级的可充放电能量盈余空间，并将这些信息发送到中央控制器，同时接收所述的中央控制器下发的功率指令。


4.根据权利要求3所述的电池储能架构系统，其特征在于，所述的电柜控制器配置为：
在储能电柜单独运行不需要连接到所述的中央控制器时，直接接受外部功率调度，以实施局域规模的储能系统自主运转。


5.根据权利要求1所述的电池储能架构系统，其特征在于，所述的中央控制器配置成：
接收下属的所有电柜控制器所发送的信息，以确定每个电柜控制器在不同功率分配模式下的优先顺序和功率分配方式，并将功率指令下发到每个相关的电柜控制器。


6.一种能量管理控制方法，用于根据权利要求1-5中任一项权利要求所述的电池储能架构系统，其特征在于，所述的方法包括以下步骤：
S1、通过本地控制器收集电池管理系统发送的信息，该信息包括可充放电能量和功率、最大和最小允许充放电功率；
S2、基于本地控制器，根据电池管理系统和双向直流斩波器发送的信息，计算电池包中的储能单元的最小可接受的充放电功率、可充放电能量盈余空间、电池包健康状况，并发送到电柜控制器；
S3、电柜控制器根据下属所有本地控制器所发送的信息、以及根据储能变流器发送的最大和最小允许充放电功率，以确定每个本地控制器在不同功率分配模式下的优先顺序以及功率分配方式，同时计算电柜级的最小可接受充放电功率、电柜级的可充放电能量盈余空间，并发送到中央控制器；
S4、基于中央控制器，根据下属所有电柜控制器发送的信息来决定每个电柜控制器在不同功率分配模式下的优先顺序以及功率分配方式；
S5、基于中央控制器，根据功率需求的大小、方向、与每个的最小可充放电功率进行对比的结果，选择进入不同的功率分配模式和分配方式，并将计算后的功率分配指令下发到相关的电柜控制器；
S6、基于电柜控制器，根据中央控制器发送的功率需求的大小、方向、与每个的最小可充放电功率进行对比的结果，选择进入不同的功率分配模式和分配方式，并将计算后的功率分配指令下发到相关的本地控制器；
S7、基于中央控制器，将并网点的电能表反馈的实时功率情况与功率需求进行对比，并将对比结果输入PID控制器来对功率需求重新进行调整，使得系统在扣除损耗之后的输出等于功率需求。


7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤S2包括：
通过本地控制器计算每个储能单元的最小可充放电功率
PMin_LCU＝UBat*ITh
其中，ITh为储能单元的最低的启动电流阈值，UBat为电池包的实时电压值；
计算每个储能单元可吸收的能量空间
ΔECHG_LCUi＝EMax_i-ENow_i
其中EMax_i为储能单元i在充电截止时所能存储的能量，ENow_i为储能单元i当前已经存储的电量，ΔECHG_LCUi为储能单元i可增加的能量空间；
计算每个储能单元可释放的能量空间
ΔEDCHG_LCUi＝ENow_i-EMin_i
其中EMin_i为储能单元i在放电截止时剩余的能量，ENow_i为储能单元i当前已经存储的电量，ΔEDCHG_LCUi为储能单元i可释放的...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄俊星，
申请(专利权)人：黄俊星，
类型：发明
国别省市：广东;44