一种大容量电池储能系统的网络拓扑及控制方法技术方案

本发明专利技术提供的一种大容量电池储能系统的网络拓扑及控制方法，该网络拓扑包括：若干个电池组串支路，每个电池组串支路由若干个串联连接的电池组构成多级结构，每个电池组由若干个单体电池串联连接组成，作为网络拓扑的基本单元。其中，对于每个电池组串支路，除末端电池组外，其他电池组的负极通过连接开关模块不仅与下一级电池组的正极连接，而且同时与下一级其他所有电池组串支路电池组的负极连接；对于每个电池组串支路，其正负极端子与外部充放电设备的正负极端子对应连接。与常规可重构电池网络设计方案相比，不仅具备更多的电池组间的连同路径，而且网络整体的复杂度相比传统基于单体的方案大幅降低。单体的方案大幅降低。单体的方案大幅降低。

【技术实现步骤摘要】
一种大容量电池储能系统的网络拓扑及控制方法


[0001]本专利技术涉及新型电力系统运行与控制
，具体涉及一种大容量电池储能系统的网络拓扑及控制方法。

技术介绍

[0002]构建以新能源为主体的新型电力系统是实现“双碳”目标的重要保障，但是新能源发电具备很强的随机性、波动性和间歇性，电力系统的调频、调峰能力随着新能源发电占比的快速提升而大幅下降。在此背景下，以蓄电池为代表的储能系统凭借其快速充放电的优良特性，将在提升新型电力系统频率稳定性上发挥极其重要的作用。
[0003]蓄电池中，锂离子电池凭借单体电池电压高、比能量大、循环寿命长和安全性能好等优点在实际中获得广泛应用。为了实现大容量储能系统并网运行，锂离子电池需要经过串并联的方式接入电力电子变流器。然而，电池储能运行的安全性和效率是限制其在电力系统大规模实际应用的两个重要因素，而两个因素间又存在相互影响和制约，具体表现为：一方面，为了抑制新能源发电表现出的间歇性、随机性和波动性，要求储能系统的充放电速率快、充放电的频次高，而电池的充放电次数直接决定了电池的使用寿命，频繁的充放电容易使电池温度快速上升，甚至引发火灾，并加速电池老化；另一方面，由于电池差异化导致的系统“短板效应”，使得电池的真实效率较低。目前，基于可重构电池网络的储能系统运行控制技术获得了很多关注，通过电力电子半导体器件将电池单体产生的连续能量流进行离散化和数字化处理，形成数学上的映射关系，利用网络重组消除电池单体物理和化学属性所造成的差异性，克服电池系统的“短板效应”，并可通过电池网络拓扑结构的灵活调整能力实现与多种应用场景需求的匹配进而设计了可重构电池网络系统，可以实现单体电池串并联的运行优化与控制。
[0004]上述基于可重构电池网络的储能系统运行控制技术虽然很好地提高了电池单体的能量效率，但是随着单体电池数量的增加，控制系统的复杂度也随之快速增加。在以新能源为主体的新型电力系统中，百兆瓦级以上大规模储能并网将对提升新型电力系统稳定性起到至关重要的作用。储能容量的大幅提升必然导致单体电池数量的激增，这就导致上述电池重构网络的方法受到很大的限制。这主要是因为考虑到重构电池网络需要配置新的开关及相应的控制系统，大容量电池储能系统中每个电池储能单元的单体数量很多，如果对每个电池进行运行控制管理，会导致控制成本和复杂度大幅增加，不利于工程实际应用。

技术实现思路

[0005]因此，本专利技术要解决的技术问题在于克服现有技术中大容量电池储能系统中网络拓扑复杂的缺陷，从而提供一种大容量电池储能系统的网络拓扑及控制方法。
[0006]为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0007]第一方面，本专利技术实施例提供一种大容量电池储能系统的网络拓扑，包括：若干个电池组串支路，每个所述电池组串支路由若干个串联连接的电池组构成多级结构，每个所
述电池组由若干个单体电池串联连接组成，其中，对于每个电池组串支路，除末端电池组外，其他电池组的负极通过连接开关模块不仅与下一级电池组的正极连接，而且同时与下一级其他所有电池组串支路电池组的负极连接；对于每个电池组串支路，其所有电池组串支路与外部充放电设备的正负极端子对应连接。
[0008]优选地，所述连接开关模块包括多个开关，其中，对于每个电池组串支路，除末端电池组外，其他电池组的负极均通过一个开关与下一级电池组的正极连接；对于每个电池组串支路，除末端电池组外，其他电池组的负极与位于其他电池组串支路上相同位置的电池组的负极均通过一个开关连接。
[0009]优选地，所述电池组包括多个正负极依次串联连接的单体电池。
[0010]优选地，大容量电池储能系统的网络拓扑，还包括：多个闭锁开关，每个电池组均并联连接一个闭锁开关。
[0011]第二方面，本专利技术实施例提供一种大容量电池储能系统的控制方法，基于本专利技术实施例第一方面所述的大容量电池储能系统的网络拓扑，所述大容量电池储能系统的控制方法包括：获取充放电调度指令；根据所述充放电调度指令确定所述大容量电池储能系统所要实现的功能；以电池组间SOC之差最小作为目标确定电池组的连接通路；根据所述功能选择对应的目标函数；根据所述目标函数确定连接通路的充放电顺序；根据充放电顺序下发相应的开关开通和关断指令，进行电池储能单元的网络重构。
[0012]优选地，大容量电池储能系统的控制方法，还包括：当出现两个及以上SOC之差小于第一预设阈值的情况时，以电池组的充放电次数作为辅助判据，以充放电次数最小作为目标进行选取。
[0013]优选地，所述根据所述功能选择对应的目标函数，包括：当所述功能为长时间尺度充放电时，选择以电池组充放电次数最小为目标函数；当所述功能为短时间尺度充电时，选择以SOC最小为目标函数，而当电池储能系统将要执行短时间尺度放电时，选择以SOC最大为目标函数。
[0014]优选地，当出现两个及以上充放电次数相同的情况时，以SOH作为辅助判据，以SOH最大作为目标进行选取。
[0015]优选地，当出现不同通路电池组的SOC相同的情况时，以SOH作为辅助判据，以SOH最大作为目标进行选取。
[0016]本专利技术技术方案，具有如下优点：
[0017]本专利技术提供的一种大容量电池储能系统的网络拓扑，包括：若干个电池组串支路，每个电池组串支路由若干个串联连接的电池组构成多级结构，每个电池组由若干个单体电池串联连接组成。其中，对于每个电池组串支路，除末端电池组外，其他电池组的负极通过连接开关模块不仅与下一级电池组的正极连接，而且同时与下一级其他所有电池组串支路电池组的负极连接；对于每个电池组串支路，其正负极端子与外部充放电设备的正负极端子对应连接。以电池组为设计对象，基于可重构电池网络设计电池组间开关配置方案。通过对电池组间开关的控制，使得电池组间的串并联关系不再固定不变，而是以电池组的状态信息为判断依据，优化电池组间的连接方式。与常规可重构电池网络设计方案相比，不仅具备更多的电池组间的连同路径，而且网络整体的复杂度相比传统基于单体的方案大幅降低。
[0018]本专利技术提供的一种大容量电池储能系统的控制方法，包括：获取充放电调度指令；根据所述充放电调度指令确定所述大容量电池储能系统所要实现的功能；以电池组间SOC之差最小作为目标确定电池组的连接通路；根据所述功能选择对应的目标函数；根据所述目标函数确定连接通路的充放电顺序；根据充放电顺序下发相应的开关开通和关断指令，进行电池储能单元的网络重构。基于可重构电池网络设计的大容量电池储能系统运行控制方法可以根据实现的不同功能，通过双重化选择对电池组网络进行自适应重构，在更好的完成不同任务所需要求的同时，还提高了电池储能系统的安全性。
附图说明
[0019]为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种大容量电池储能系统的网络拓扑，其特征在于，包括：若干个电池组串支路，每个所述电池组串支路由若干个串联连接的电池组构成多级结构，每个所述电池组由若干个单体电池串联连接组成，其中，对于每个电池组串支路，除末端电池组外，其他电池组的负极通过连接开关模块不仅与下一级电池组的正极连接，而且同时与下一级其他所有电池组串支路电池组的负极连接；对于每个电池组串支路，其正负极端子与外部充放电设备的正负极端子对应连接。2.根据权利要求1所述的大容量电池储能系统的网络拓扑，其特征在于，所述连接开关模块包括多个开关，其中，对于每个电池组串支路，除末端电池组外，其他电池组的负极均通过一个开关与下一级电池组的正极连接；对于每个电池组串支路，除末端电池组外，其他电池组的负极与位于其他电池组串支路上相同位置的电池组的负极均通过一个开关连接。3.根据权利要求1所述的大容量电池储能系统的网络拓扑，其特征在于，所述电池组包括多个正负极依次串联连接的单体电池。4.根据权利要求1所述的大容量电池储能系统的网络拓扑，其特征在于，还包括：多个闭锁开关，每个电池组均并联连接一个闭锁开关。5.一种大容量电池储能系统的控制方法，其特征在于，基于权利要求1
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4任一项所述的大容量电池储能系统的网络拓扑，所述大容量电池储能系统的控制方法包...

【专利技术属性】
技术研发人员：谷昱君，邹祖冰，刘瑞阔，李乐颖，吴海飞，姚维为，
申请(专利权)人：中国长江三峡集团有限公司，
类型：发明
国别省市：