專利名稱：基于能量有序控制的混合儲能系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電力系統(tǒng)儲能系統(tǒng)及方法，尤其涉及一種基于能量有序控制的混合儲能系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著國家對智能電網(wǎng)、微網(wǎng)、再生新能源以及電動(dòng)汽車發(fā)展等不斷推動(dòng)，作為其關(guān)鍵技術(shù)支撐的儲能技術(shù)也取得了快速發(fā)展。目前常見儲能形式可分為四類:電化學(xué)儲能、物理儲能、電磁儲能和相變儲能。其中，物理儲能、電磁儲能及相變儲能等儲能方式因受技術(shù)水平、地理環(huán)境、運(yùn)行條件、前期投資費(fèi)用等方面的限制暫無法實(shí)現(xiàn)大規(guī)模開發(fā)應(yīng)用。然而，隨著電化學(xué)技術(shù)不斷突破，擁有著高效能量儲存能力、良好耐環(huán)境運(yùn)行能力、優(yōu)異運(yùn)行維護(hù)便捷性及前期投資成本相對較低的電化學(xué)儲能，得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展及廣泛的示范應(yīng)用。在現(xiàn)有的電化學(xué)儲能示范應(yīng)用中，通常以鉛酸電池儲能系統(tǒng)、鋰離子電池儲能系統(tǒng)及超級電容電池儲能系統(tǒng)等最為廣泛。其中，以鉛酸電池作為儲能載體的儲能系統(tǒng)，具有技術(shù)成熟、儲能容量高、耐環(huán)境好、低成本、回收再利用率高等優(yōu)點(diǎn)，但其重量能量比、體積能量比較低，循環(huán)次數(shù)較少，并且在大量制造或回收再利用過程中易造成一定污染。以鋰離子電池作為儲能載體的儲能系統(tǒng)，具有高效率、高比能量、放電電壓穩(wěn)定、自放電效率低、無記憶效應(yīng)及無污染等優(yōu)點(diǎn)，但由于鋰離子電池原材料成本較高，制作工藝復(fù)雜，致使其價(jià)格昂貴，另外，鋰離子電池對充放電控制及運(yùn)行環(huán)境等方面要求嚴(yán)格，尚不能實(shí)現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用。以超級電容電池作為儲能載體的儲能系統(tǒng)，具有可達(dá)上萬次超長循環(huán)壽命、大電流充放電能力強(qiáng)、能量轉(zhuǎn)換效率高、超低溫運(yùn)行特性好等特點(diǎn)，在電力系統(tǒng)中多用于短時(shí)間、大功率的負(fù)載平滑和電能質(zhì)量分支功率場合，但其放電時(shí)間較短、比能量較低，無法滿足對電網(wǎng)進(jìn)行持續(xù)供電的要求。隨著能源的枯竭及低碳生活的提出，可再生新能源得到了快速發(fā)展及大規(guī)模應(yīng)用，因光伏、風(fēng)力等發(fā)電系統(tǒng)具有較強(qiáng)的隨機(jī)性、波動(dòng)性，從而較大程度上影響了電網(wǎng)電能質(zhì)量；另外，為了滿足國民經(jīng)濟(jì)的快速穩(wěn)定發(fā)展，高功率、大容量的負(fù)荷也到了大量應(yīng)用，在一定程度上對電網(wǎng)電能質(zhì)量也造成了一定影響，這就需要配置儲能系統(tǒng)提供高脈充功率以平滑光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電輸出功率及高功率負(fù)載應(yīng)用所造成的電網(wǎng)波動(dòng)尖峰，有效調(diào)節(jié)新能源發(fā)電及高功率設(shè)備用電引起的電網(wǎng)電壓、頻率計(jì)相位變化，同樣也需要儲能系統(tǒng)具有高容量電能存儲與釋放能力，從而能夠持續(xù)為電網(wǎng)供電以保證關(guān)鍵負(fù)荷的正常運(yùn)行。然而，從目前現(xiàn)有儲能技術(shù)實(shí)際應(yīng)用來看，鉛酸電池、鋰離子電池或超級電容作為單一的儲能系統(tǒng)應(yīng)用，如圖1所示。鉛酸電池儲能系統(tǒng)質(zhì)量能量比、體積能量比較低且循環(huán)次數(shù)較少，并且在大量制造或回收再利用過程中易造成一定污染；鋰離子電池儲能系統(tǒng)因采用原材料成本較高，制作工藝復(fù)雜，致使其價(jià)格昂貴，另外，鋰離子電池對充放電控制及運(yùn)行環(huán)境等方面要求嚴(yán)格，并且在過充、過放或過溫情況下已發(fā)生爆炸，存在安全隱患；超級電容電池儲能系統(tǒng)其放電時(shí)間較短、比能量較低，無法滿足對電網(wǎng)進(jìn)行持續(xù)供電的要求。因此，若要更好滿足電網(wǎng)對儲能系統(tǒng)高容量、長壽命、高能量存儲于釋放、脈充峰值平滑及較低前期投資成本等的要求，需要儲能系統(tǒng)既具備高比功率、高循環(huán)壽命等特點(diǎn)，同時(shí)又能夠有效降低儲能系統(tǒng)投資成本、占地面積、自身重量等，而應(yīng)用單一儲能載體的儲能系統(tǒng)均不能滿足上述要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為解決上述問題，提供一種基于能量有序控制的混合儲能系統(tǒng)，它通過綜合利用鉛酸電池耐環(huán)境好、成本低及可回收利用等，鋰離子電池高效率、高比能量、放電電壓穩(wěn)定、循環(huán)使用壽命較聞等以及超級電容聞比功率、聞循環(huán)壽命等優(yōu)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢互補(bǔ)，揚(yáng)長避短。通過后臺監(jiān)控系統(tǒng)采用選擇性控制法，實(shí)現(xiàn)當(dāng)電網(wǎng)出現(xiàn)尖峰功率偏差值或其他異常情況時(shí)，結(jié)合不同儲能載體使用壽命超級電容電池組 > 鋰離子電池組 > 鉛酸電池組的特性，按超級電容電池組一鋰離子電池組一鉛酸電池組能量有序控制利用，從而有效地減少可再生能源對電力系統(tǒng)的充擊，實(shí)現(xiàn)對電網(wǎng)削峰填谷調(diào)節(jié)，減少電網(wǎng)峰值，提高電網(wǎng)質(zhì)量，充分保證整個(gè)電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行的安全性、穩(wěn)定性及可靠性。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:—種基于能量有序控制的混合儲能系統(tǒng)，它包括三個(gè)儲能子系統(tǒng):第一儲能子系統(tǒng)包括鉛酸電池組、第一從控模塊BMU、第一主控模塊BMS及第一雙向變流控制器A⑶C，鉛酸電池組分別與第一雙向變流控制器A⑶C和第一從控模塊BMU連接，第一從控模塊BMU與第一主控模塊BMS連接，第一主控模塊BMS與后臺監(jiān)控系統(tǒng)連接；第二儲能子系統(tǒng)包括鋰電池組、第二從控模塊BMU、第二主控模塊BMS及第二雙向變流控制器A⑶C，鋰電池組分別與第二雙向變流控制器A⑶C和第二從控模塊BMU連接，第二從控模塊BMU與第二主控模塊BMS連接，第二主控模塊BMS與后臺監(jiān)控系統(tǒng)連接；第三儲能子系統(tǒng)包括超級電容電池組、第三從控模塊CMU、第三主控模塊CMS及第三雙向變流控制器A⑶C，超級電容電池組分別與第三雙向變流控制器A⑶C和第三從控模塊CMU連接，第三從控模塊CMU與第三主控模塊CMS連接，第三主控模塊CMS與后臺監(jiān)控系統(tǒng)連接； 各從控模塊分別負(fù)責(zé)鉛酸電池組、鋰離子電池組、超級電容電池組的電壓、電流、溫度監(jiān)控及報(bào)警保護(hù)、電量均衡，同時(shí)將所檢測信息分別通過CAN總線上報(bào)各自的主控模塊；各主控模塊接受上報(bào)的電壓、溫度、電流信息，并記錄充放電次數(shù)，同時(shí)估算鉛酸電池組、鋰電池組及超級電容電池組剩余電量S0C，評估其各自健康狀況SOH ;另外與后臺監(jiān)控系統(tǒng)通信，完成上傳鉛酸電池組、鋰電池組及超級電容電池組異常告警、常量數(shù)據(jù)及時(shí)間日志數(shù)據(jù)，并將后臺監(jiān)控系統(tǒng)下發(fā)的操作指令分別下傳到各主控模塊；各主控模塊分別與各自的雙向變流控制器ACDC通信，完成上傳鉛酸電池組、鋰電池組及超級電容電池組異常告警，當(dāng)鉛酸電池組或鋰離子電池組或超級電容電池組發(fā)生過壓、欠壓、過流及過溫情況時(shí)，請求相應(yīng)的雙向變流控制器ACDC實(shí)現(xiàn)充放電功率控制，并且分別將各雙向變流控制器ACDC下發(fā)的操作指令下傳到相應(yīng)主控模塊。在并網(wǎng)運(yùn)行且電網(wǎng)運(yùn)行正常時(shí)，各主控模塊和從控模塊通過對各電池組電壓、溫度、電流的檢測，評估三個(gè)儲能子系統(tǒng)剩余電量S0C，并將數(shù)據(jù)上傳到雙向變流控制器部分，雙向變流控制器通過判斷，如需充電，則對各電池組進(jìn)行充電；如不需充電，責(zé)按浮充電壓充電；當(dāng)電網(wǎng)因可再生新能源發(fā)電或負(fù)荷用電初始h時(shí)刻出現(xiàn)瞬時(shí)功率超出目標(biāo)功率范圍時(shí)，通過對不同儲能子系統(tǒng)SOC檢測評估及控制，判斷并按超級電容電池組一鋰離子電池組一鉛酸電池組能量有序控制利用原則，決定對電網(wǎng)是否進(jìn)行放電，以有效平滑電網(wǎng)出現(xiàn)超出目標(biāo)功率范圍值，實(shí)現(xiàn)“削峰填谷”。在離網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，首先通過各主控模塊和從控模塊檢測不同電池組剩余電量SOC并上報(bào)各雙向變流控制器及后臺監(jiān)控系統(tǒng)，由后臺監(jiān)控系統(tǒng)控制各雙向變流控制器，根據(jù)不同電池組荷電狀態(tài)S0C，判斷并按按超級電容電池組一鋰離子電池組一鉛酸電池組能量有序控制利用原則實(shí)現(xiàn)對電網(wǎng)負(fù)荷是否進(jìn)行供電；同時(shí)，當(dāng)超級電容電池組在放電且已被第三主控模塊CMS、第三雙向變流控制器ACDC保護(hù)后，依次由第二儲能子系統(tǒng)、第一儲能子系統(tǒng)給第三子系統(tǒng)充電，此時(shí)，第三雙向變流控制器ACDC控制第三子系統(tǒng)輸出功率，其后主要依次由第二儲能子系統(tǒng)、第一儲能子系統(tǒng)給電網(wǎng)負(fù)荷供電。出現(xiàn)瞬時(shí)功率超出目標(biāo)功率范圍時(shí)，具體的充放電過程為:先判斷各電池組SOC是否達(dá)到設(shè)定值，如未達(dá)到，則各雙向變流控制其對各電池組進(jìn)行保護(hù)，并禁止放電；如果達(dá)到，則在h時(shí)刻，第二雙向變流控制器A⑶C、第一雙向變流控制器A⑶C分別對鋰電池組、鉛酸電池組限功率，由第三雙向變流控制器ACDC控制超級電容電池組放電；隨后判斷異常功率是否恢復(fù)，如恢復(fù)，則第三儲能子系統(tǒng)停止放電；如未恢復(fù)，則超級電容電池組繼續(xù)放電，在t時(shí)刻超級電容電池組放電至其告警電壓U。&#時(shí)，第二雙向變流控制器釋放鋰電池組輸出功率限制，由鋰電池組放電；再判斷異常功率是否恢復(fù)，如恢復(fù)，則鋰電池組停止放電；如未恢復(fù)，則繼續(xù)放電到ti+1時(shí)刻，此時(shí)超級電容電池組放電到其保護(hù)電壓值U?！Ｖ狗烹?，鋰離子電池繼續(xù)放電；到ti+2Bffl鋰電池組放電到告警電壓，第一雙向變流控制器ACDC釋放鉛酸電池組輸出功率限制，由鉛酸電池組開始放電；再次判斷異常功率是否恢復(fù)，如恢復(fù)，則第一儲能子系統(tǒng)停止放電；如未恢復(fù)，則在ti+3時(shí)刻，鋰電池組放電至保護(hù)電壓值Uusi^亭止放電，鉛酸電池組繼續(xù)放電；到ti+4時(shí)刻鋰電池組放電至保護(hù)電壓值Uusi^亭止放電，整個(gè)混合儲能系統(tǒng)放電結(jié)束。

在離網(wǎng)時(shí)，初始Ttl時(shí)刻計(jì)算各電池組SOC值，如果未達(dá)到設(shè)定值則各雙向變流控制器對相應(yīng)的電池組進(jìn)行保護(hù)并禁止放電；如果達(dá)到設(shè)定值，則第二、第三儲能子系統(tǒng)對鋰電池組、鉛酸電池組進(jìn)行輸出功率限制，由第三雙向變流控制器ACDC控制超級電容電池組進(jìn)行放電；判斷異常功率是否恢復(fù)，如恢復(fù)，則停止放電；如未恢復(fù)，則繼續(xù)放電，在Ti時(shí)亥IJ，超級電容電池組放電到告警電壓第二雙向變流控制器ACDC釋放鋰電池組輸出功率限制，由鋰電池組放電；再次判斷異常功率是否恢復(fù)，如恢復(fù)，則停止放電；如未恢復(fù)，在Ti+1時(shí)刻超級電容電池放電到保護(hù)電壓值止放電，鋰電池組繼續(xù)放電；在1\+2時(shí)刻鋰電池組放電到告警電壓隊(duì)_，第一雙向變流控制器釋放鉛酸電池組輸出功率限制，由鉛酸電池組放電；再次判斷異常功率是否恢復(fù)，如恢復(fù)，則停止放電；如未回復(fù)，則在Ti+3時(shí)刻鋰電池組放電至保護(hù)電壓值Uusi^停止放電，鉛酸電池繼續(xù)放電；在Ti+4時(shí)刻鉛酸電池放電至下限保護(hù)電壓Uq，停止放電，整個(gè)混合儲能系統(tǒng)放電結(jié)束?；谀芰坑行蚩刂频幕旌蟽δ芟到y(tǒng)本身，包括其整體拓?fù)浼半姎饨Y(jié)構(gòu)、功能、控制策略等。同時(shí)，也基于該混合儲能系統(tǒng)采用選擇性控制法，通過后臺監(jiān)控系統(tǒng)調(diào)度控制，實(shí)現(xiàn)三種不同儲能載體按超級電容I—鋰離子電池2 —鉛酸電池3能量有序控制利用的原貝U，并充分結(jié)合不同儲能載體優(yōu)缺點(diǎn)，優(yōu)勢互補(bǔ)、揚(yáng)長避短，提供了一種較好解決的單一儲能載體的儲能系統(tǒng)低壽命、高成本、低比能量、低比功率及安全性差等方面問題方法。本發(fā)明的有益效果是:通過充分運(yùn)用并發(fā)揮鉛酸電池、鋰離子電池及超級電容電池各自優(yōu)點(diǎn)，揚(yáng)長避短，采用選擇性控制法按按超級電容I —鋰離子電池2 —鉛酸電池3能量有序控制利用的原則，較好地滿足了電網(wǎng)對儲能系統(tǒng)在性能方面高容量、長壽命、高比能量、高比功率等要求，以及在應(yīng)用方面投資成本低、占地面積小、自身重量輕等要求。本混合儲能系統(tǒng)的不同儲能子系統(tǒng)，在內(nèi)部管理方面，不同儲能載體分別由各自不同電池管理系統(tǒng)進(jìn)行負(fù)責(zé)管理，充分保證整體系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集、上傳或下傳及告警保護(hù)等的實(shí)時(shí)性、準(zhǔn)確性，避免系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸相互干擾而造成數(shù)據(jù)上傳或下傳、故障告警保護(hù)等錯(cuò)誤或延時(shí)；在系統(tǒng)并網(wǎng)方面，不同儲能載體分別連接一套雙向變流控制器，同時(shí)采用雙向變流控制器交流側(cè)并聯(lián)方法，通過監(jiān)控系統(tǒng)統(tǒng)一調(diào)度控制，從而既實(shí)現(xiàn)不同儲能子系統(tǒng)可獨(dú)立運(yùn)行，又實(shí)現(xiàn)了整套混合儲能系統(tǒng)在能量有序控制下整體運(yùn)行，最終提高本混合儲能系統(tǒng)運(yùn)行靈活性與可控性，保證整體系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、可靠運(yùn)行。當(dāng)電網(wǎng)的運(yùn)行，通常會因風(fēng)、光發(fā)電系統(tǒng)或大功率負(fù)載等接入而產(chǎn)生功率波動(dòng)。但電網(wǎng)出現(xiàn)短時(shí)脈沖功率波動(dòng)時(shí)，可通過監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)優(yōu)先啟動(dòng)第三儲能子系統(tǒng)，同時(shí)第二雙向變流控制器、第一雙向變流控制器利用脈沖調(diào)制分別對第二儲能子系統(tǒng)、第一儲能子系統(tǒng)進(jìn)行輸出功率限制，充分結(jié)合第三儲能子系統(tǒng)超級電容電池組較高脈沖功率吞吐及快速響應(yīng)能力，以及充放電次數(shù)高等性能優(yōu)勢，更好地實(shí)現(xiàn)了第三子系統(tǒng)對電網(wǎng)短時(shí)脈沖功率波動(dòng)的補(bǔ)償。通過該控制方法，既達(dá)到了平滑電網(wǎng)短時(shí)脈沖峰值功率的目的，又減少了系統(tǒng)對第二儲能子系統(tǒng)、第一儲能子系統(tǒng)頻繁啟動(dòng)，從而在保證電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)上，較好提聞了混合儲能系統(tǒng)使用壽命。當(dāng)電網(wǎng)出現(xiàn)持續(xù)的功率波動(dòng)或用電高峰等異常時(shí)，第三儲能子系統(tǒng)所提供短時(shí)的高功率輸出遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了改善電網(wǎng)運(yùn)行異常的要求，還需要具備高能量存儲系統(tǒng)為電網(wǎng)持續(xù)功率波動(dòng)或用電高峰時(shí)段提供更多能量。為了滿足電網(wǎng)對混合儲能系統(tǒng)持續(xù)能量供給的需要，當(dāng)?shù)谌齼δ茏酉到y(tǒng)放電至保護(hù)值時(shí)，通過監(jiān)控系統(tǒng)啟動(dòng)第二儲能子系統(tǒng)，由第二儲能子系統(tǒng)鋰離子電池組為電網(wǎng)供電，結(jié)合鋰離子電池組高比能量、較鉛酸電池組高壽命等優(yōu)點(diǎn)，既彌補(bǔ)了超級電容電池組低存儲能量的不足，同時(shí)也減少了較低使用壽命的鉛酸電池組的使用次數(shù)，一定程度上改進(jìn)了常規(guī)鉛酸電池儲能系統(tǒng)體積能量比、重量能量比較低的缺點(diǎn)，較好滿足了安裝場地對儲能系統(tǒng)高體積能量比、高重量能量比的要求。最終既保證電網(wǎng)對儲能系統(tǒng)較高能量輸出的需求，也一定程度上提高了混合儲能系統(tǒng)的整體使用壽命，并且較好滿足了安裝現(xiàn)場對儲能系統(tǒng)安裝體積、重量等的嚴(yán)格要求，充分節(jié)約和減少儲能系統(tǒng)安裝空間及安裝所需承載重量，提高了儲能系統(tǒng)工程實(shí)施質(zhì)量。當(dāng)電網(wǎng)需更多持續(xù)能量給予功率平滑且第二儲能子系統(tǒng)所存儲能量無法滿足要求時(shí)，啟動(dòng)第一儲能子系統(tǒng)，結(jié)合鉛酸電池組高存儲能量、低成本、可回收利用率高等優(yōu)點(diǎn)，既能夠較好滿足混合儲能系統(tǒng)高能量需求，又能較好彌補(bǔ)超級電容電池組、鋰離子電池組高成本，回收利用率低等缺點(diǎn)，更好地改進(jìn)了常規(guī)儲能系統(tǒng)高成本、低容量、可回收利用率低等不足。通過對混合儲能系統(tǒng)中不同儲能子系統(tǒng)有序控制，更好的改進(jìn)了常規(guī)混合儲能系統(tǒng)及常規(guī)單一儲能載體的儲能系統(tǒng)單一控制、靈活性及結(jié)構(gòu)合理性差等缺點(diǎn)，較好地滿足了電網(wǎng)對儲能系統(tǒng)在性能方面高容量、長壽命、高比能量、高比功率等要求，以及在應(yīng)用方面投資成本低、占地面積小、自身重量輕等要求。有效地解決了可再生新能源及高容量負(fù)荷對電力系統(tǒng)的充擊，更好地實(shí)現(xiàn)了對電網(wǎng)削峰填谷調(diào)節(jié)，最終保證整個(gè)電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行的安全性、穩(wěn)定性及可靠性。


圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；圖2為本發(fā)明的控制策略圖。其中，1.鉛酸電池組，2.鋰電池組，3.超級電容電池組，4.第一主控模塊BMS，
5.第二主控模塊BMS，6.第三主控模塊CMS，7.第一從控模塊BMU，8.第二從控模塊BMU，
9.第三從控模塊CMU，10.第一雙向變流控制器A⑶C，11.第二雙向變流控制器A⑶C，12.第三雙向變流控制器A⑶C，13.后臺監(jiān)控系統(tǒng)，14.負(fù)荷。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。圖1中，儲能載體部分:鉛酸電池組1、鋰電池組2及超級電容電池組3 ;其中，鉛酸電池組I和鋰電池組2作為能量型蓄電池，充分結(jié)合鉛酸電池與鋰離子電池優(yōu)缺點(diǎn)，揚(yáng)長避短，使其兩種蓄電池能夠在前期投資成本、容量存儲、占地面積、使用壽命及回收再利用等方面達(dá)到優(yōu)勢互補(bǔ)。作為功率型超級電容電池組3具備可持續(xù)IOs以上高脈充倍率放電優(yōu)勢，與能量型鉛酸電池組I和鋰電池組2在能量和倍率方面形成優(yōu)勢互補(bǔ)。雙向變流控制部分:采用單極設(shè)計(jì)方案，主要由第一雙向變流控制器A⑶C10、第二雙向變流控制器A⑶CU、第三雙向變流控制器A⑶C12等組合而成，各雙向變流控制器A⑶C模塊均可可實(shí)現(xiàn)逆變(即DC — AC轉(zhuǎn)換)和整流(即AC — DC轉(zhuǎn)換)。其特點(diǎn)具備超寬MPPT電壓范圍，在第一雙向變流控制器A⑶C10、第二雙向變流控制器A⑶C11、第三雙向變流控制器A⑶C12分別與第一主控模塊BMS4、第二主控模塊BMS5、第三主控模塊CMS6配合時(shí)，可以根據(jù)輸出功率要求及不同儲能載體電池組SOC自動(dòng)均衡出力，保證統(tǒng)一儲能載體內(nèi)所有串電池的總運(yùn)行時(shí)間趨于一致；具備“削峰填谷”、“有功、無功控制”、“低電壓穿越”、“孤島運(yùn)行”及“故障記錄”等功能，其中第一雙向變流控制器A⑶C10、第二雙向變流控制器A⑶Cll還具備分別對鉛酸電池組1、鋰電池組2限流、限功率功能。具備顯示相應(yīng)電池管理系統(tǒng)上傳不同儲能載體的模擬量數(shù)據(jù)給后臺監(jiān)控系統(tǒng)13，以及接受并下達(dá)后臺監(jiān)控系統(tǒng)13指令。電池管理系統(tǒng)部分:主要由第一從控模塊BMU7、第二從控模塊BMU8、第三從控模塊CMU9以及第一主控模塊BMS4、第二主控模塊BMS5、第三主控模塊BMS6等組成。其中，各從控模塊分別負(fù)責(zé)鉛酸電池組1、鋰電池組2、超級電容電池組3電壓、電流、溫度等監(jiān)控及報(bào)警保護(hù)、電量均衡等功能，同時(shí)將所檢測信息分別通過CAN總線上報(bào)各主控模塊。各主控模塊接受各從控?？ㄉ蠄?bào)電壓、溫度、電流等信息，并記錄充放電次數(shù)，同時(shí)估算鉛酸電池組1、鋰電池組2、超級電容電池組3剩余電量(SOC)，評估其各自健康狀況(SOH);另外與后臺監(jiān)控系統(tǒng)13通信，完成上傳鉛酸電池組1、鋰電池組2、超級電容電池組3異常告警，常量數(shù)據(jù)及時(shí)間日志數(shù)據(jù)等，并將后臺監(jiān)控系統(tǒng)13下發(fā)的操作指令分別下傳到各主控模塊；其次與各雙向變流控制器通信，完成上傳鉛酸電池組1、鋰電池組2、超級電容電池組3異常告警，當(dāng)鉛酸電池組I或鋰電池組2或超級電容電池組3發(fā)生過壓、欠壓、過流及過溫等情況時(shí)，請求相應(yīng)的雙向變流控制器實(shí)現(xiàn)充放電功率控制，并且分別將第一雙向變流控制器A⑶CIO、第二雙向變流控制器A⑶C11、第三雙向變流控制器A⑶C12下發(fā)的操作指令下傳到相應(yīng)主控模塊。后臺監(jiān)控部分:后臺監(jiān)控系統(tǒng)13通訊方式采用光纖以太網(wǎng)，具有遙測、遙控、遙信功能，對儲能載體、電池管理系統(tǒng)、雙向變流控制部分及其他配套設(shè)備等進(jìn)行全面完善的監(jiān)控，實(shí)時(shí)檢測并可查看有關(guān)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)及工作參數(shù)等；并且通過后臺監(jiān)控系統(tǒng)13遠(yuǎn)程下達(dá)控制指令至電池管理系統(tǒng)及雙向變流控制部分等。上述混合儲能系統(tǒng)由三個(gè)儲能子系統(tǒng)構(gòu)成，第一儲能子系統(tǒng)由鉛酸電池組1、第一從控模塊BMU7、第一主控模塊BMS4及第一雙向變流控制器A⑶ClO等組成；第二儲能子系統(tǒng)由鋰電池組2、第二從控模塊BMU8、第二主控模塊BMS5及第二雙向變流控制器A⑶Cl I等組成；第三儲能子系統(tǒng)由超級電 容電池組3、第三主控模塊BMU9、第三從控模塊BMS6及第三雙向交流控制器A⑶C12等組成。三個(gè)儲能子系統(tǒng)分別通過第一雙向交流控制器A⑶C10、第二雙向交流控制器A⑶Cl 1、第三雙向交流控制器A⑶Cl2在其交流側(cè)并聯(lián)，并通過后臺監(jiān)控系統(tǒng)13進(jìn)行調(diào)度實(shí)現(xiàn)三個(gè)儲能子系統(tǒng)既能獨(dú)立運(yùn)行，又可相互配合共同運(yùn)行。上述混合儲能系統(tǒng)通過后臺監(jiān)控系統(tǒng)13調(diào)度控制，通過對電網(wǎng)監(jiān)測及評估計(jì)算，該混合儲能系統(tǒng)控制運(yùn)行策略如圖2所示。出現(xiàn)瞬時(shí)功率超出目標(biāo)功率范圍時(shí)，具體的充放電過程為:先判斷各電池組SOC是否達(dá)到設(shè)定值，如未達(dá)到，則各雙向變流控制其對各電池組進(jìn)行保護(hù)，并禁止放電；如果達(dá)到，則在h時(shí)刻，第二雙向變流控制器A⑶CU、第一雙向變流控制器A⑶ClO分別對鋰電池組、鉛酸電池組限功率，由第三雙向變流控制器ACDC12控制超級電容電池組放電；隨后判斷異常功率是否恢復(fù)，如恢復(fù)，則第三儲能子系統(tǒng)停止放電；如未恢復(fù)，則超級電容電池組繼續(xù)放電，在\時(shí)刻超級電容電池組放電至其告警電壓U。μ時(shí)，第二雙向變流控制器釋放鋰電池組輸出功率限制，由鋰電池組放電；再判斷異常功率是否恢復(fù)，如恢復(fù)，則鋰電池組停止放電；如未恢復(fù),則繼續(xù)放電到ti+1時(shí)刻，此時(shí)超級電容電池組放電到其保護(hù)電壓值Udsi^停止放電，鋰離子電池繼續(xù)放電；到ti+2 _鋰電池組放電到告警電壓Ul告警,第一雙向變流控制器ACDClO釋放鉛酸電池組輸出功率限制，由鉛酸電池組開始放電；再次判斷異常功率是否恢復(fù)，如恢復(fù)，則第一儲能子系統(tǒng)停止放電；如未恢復(fù)，則在ti+3時(shí)刻，鋰電池組放電至保護(hù)電壓值Uusi^停止放電，鉛酸電池組繼續(xù)放電；到ti+4時(shí)刻鋰電池組放電至保護(hù)電壓值Uusi^停止放電，整個(gè)混合儲能系統(tǒng)放電結(jié)束。在離網(wǎng)時(shí)，初始Ttl時(shí)刻計(jì)算各電池組SOC值，如果未達(dá)到設(shè)定值則各雙向變流控制器對相應(yīng)的電池組進(jìn)行保護(hù)并禁止放電；如果達(dá)到設(shè)定值，則第二、第三儲能子系統(tǒng)對鋰電池組、鉛酸電池組進(jìn)行輸出功率限制，由第三雙向變流控制器ACDC12控制超級電容電池組進(jìn)行放電；判斷異常功率是否恢復(fù)，如恢復(fù)，則停止放電；如未恢復(fù)，則繼續(xù)放電，在Ti時(shí)亥IJ，超級電容電池組放電到告警電壓第二雙向變流控制器ACDCll釋放鋰電池組輸出功率限制，由鋰電池組放電；再次判斷異常功率是否恢復(fù)，如恢復(fù)，則停止放電；如未恢復(fù)，在Ti+1時(shí)刻超級電容電池放電到保護(hù)電壓值止放電，鋰電池組繼續(xù)放電；在1\+2時(shí)刻鋰電池組放電到告警電壓，第一雙向變流控制器釋放鉛酸電池組輸出功率限制，由鉛酸電池組放電；再次判斷異常功率是否恢復(fù)，如恢復(fù)，則停止放電；如未回復(fù)，則在Ti+3時(shí)刻 鋰電池組放電至保護(hù)電壓值Uusi^停止放電，鉛酸電池繼續(xù)放電；在Ti+4時(shí)刻鉛酸電池放電至下限保護(hù)電壓Uq，停止放電，整個(gè)混合儲能系統(tǒng)放電結(jié)束。
權(quán)利要求
1.一種基于能量有序控制的混合儲能系統(tǒng)，其特征是，它包括三個(gè)儲能子系統(tǒng): 第一儲能子系統(tǒng)包括鉛酸電池組、第一從控模塊BMU、第一主控模塊BMS及第一雙向變流控制器A⑶C，鉛酸電池組分別與第一雙向變流控制器A⑶C和第一從控模塊BMU連接，第一從控模塊BMU與第一主控模塊BMS連接，第一主控模塊BMS與后臺監(jiān)控系統(tǒng)連接； 第二儲能子系統(tǒng)包括鋰電池組、第二從控模塊BMU、第二主控模塊BMS及第二雙向變流控制器A⑶C，鋰電池組分別與第二雙向變流控制器A⑶C和第二從控模塊BMU連接，第二從控模塊BMU與第二主控模塊BMS連接，第二主控模塊BMS與后臺監(jiān)控系統(tǒng)連接； 第三儲能子系統(tǒng)包括超級電容電池組、第三從控模塊CMU、第三主控模塊CMS及第三雙向變流控制器ACDC，超級電容電池組分別與第三雙向變流控制器ACDC和第三從控模塊CMU連接，第三從控模塊CMU與 第三主控模塊CMS連接，第三主控模塊CMS與后臺監(jiān)控系統(tǒng)連接; 各從控模塊分別負(fù)責(zé)鉛酸電池組、鋰離子電池組、超級電容電池組的電壓、電流、溫度監(jiān)控及報(bào)警保護(hù)、電量均衡，同時(shí)將所檢測信息分別通過CAN總線上報(bào)各自的主控模塊；各主控模塊接受上報(bào)的電壓、溫度、電流信息，并記錄充放電次數(shù)，同時(shí)估算鉛酸電池組、鋰電池組及超級電容電池組剩余電量SOC，評估其各自健康狀況SOH ;另外與后臺監(jiān)控系統(tǒng)通信，完成上傳鉛酸電池組、鋰電池組及超級電容電池組異常告警、常量數(shù)據(jù)及時(shí)間日志數(shù)據(jù)，并將后臺監(jiān)控系統(tǒng)下發(fā)的操作指令分別下傳到各主控模塊；各主控模塊分別與各自的雙向變流控制器A⑶C通信，完成上傳鉛酸電池組、鋰電池組及超級電容電池組異常告警，當(dāng)鉛酸電池組或鋰離子電池組或超級電容電池組發(fā)生過壓、欠壓、過流及過溫情況時(shí)，請求相應(yīng)的雙向變流控制器ACDC實(shí)現(xiàn)充放電功率控制，并且分別將各雙向變流控制器ACDC下發(fā)的操作指令下傳到相應(yīng)主控模塊。
2.如權(quán)利要求1所述的基于能量有序控制的混合儲能系統(tǒng)，其特征是，在并網(wǎng)運(yùn)行且電網(wǎng)運(yùn)行正常時(shí)，各主控模塊和從控模塊通過對各電池組電壓、溫度、電流的檢測，評估三個(gè)儲能子系統(tǒng)剩余電量S0C，并將數(shù)據(jù)上傳到雙向變流控制器部分，雙向變流控制器通過判斷，如需充電，則對各電池組進(jìn)行充電；如不需充電，責(zé)按浮充電壓充電； 當(dāng)電網(wǎng)因可再生新能源發(fā)電或負(fù)荷用電初始t(l時(shí)刻出現(xiàn)瞬時(shí)功率超出目標(biāo)功率范圍時(shí)，通過對不同儲能子系統(tǒng)SOC檢測評估及控制，判斷并按超級電容電池組一鋰離子電池組一鉛酸電池組能量有序控制利用原則，決定對電網(wǎng)是否進(jìn)行放電，以有效平滑電網(wǎng)出現(xiàn)超出目標(biāo)功率范圍值，實(shí)現(xiàn)“削峰填谷”。
3.如權(quán)利要求1所述的基于能量有序控制的混合儲能系統(tǒng)，其特征是，在離網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，首先通過各主控模塊和從控模塊檢測不同電池組剩余電量SOC并上報(bào)各雙向變流控制器及后臺監(jiān)控系統(tǒng)，由后臺監(jiān)控系統(tǒng)控制各雙向變流控制器，根據(jù)不同電池組荷電狀態(tài)S0C，判斷并按按超級電容電池組一鋰離子電池組一鉛酸電池組能量有序控制利用原則實(shí)現(xiàn)對電網(wǎng)負(fù)荷是否進(jìn)行供電；同時(shí)，當(dāng)超級電容電池組在放電且已被第三主控模塊CMS、第三雙向變流控制器ACDC保護(hù)后，依次由第二儲能子系統(tǒng)、第一儲能子系統(tǒng)給第三子系統(tǒng)充電，此時(shí)，第三雙向變流控制器ACDC控制第三子系統(tǒng)輸出功率，其后主要依次由第二儲能子系統(tǒng)、第一儲能子系統(tǒng)給電網(wǎng)負(fù)荷供電。
4.如權(quán)利要求2所述的基于能量有序控制的混合儲能系統(tǒng)，其特征是，出現(xiàn)瞬時(shí)功率超出目標(biāo)功率范圍時(shí)，具體的充放電過程為:先判斷各電池組SOC是否達(dá)到設(shè)定值，如未達(dá)至IJ，則各雙向變流控制其對各電池組進(jìn)行保護(hù)，并禁止放電；如果達(dá)到，則在h時(shí)刻，第二雙向變流控制器A⑶C、第一雙向變流控制器A⑶C分別對鋰電池組、鉛酸電池組限功率，由第三雙向變流控制器ACDC控制超級電容電池組放電；隨后判斷異常功率是否恢復(fù)，如恢復(fù)，則第三儲能子系統(tǒng)停止放電；如未恢復(fù)，則超級電容電池組繼續(xù)放電，在\時(shí)刻超級電容電池組放電至其告警電壓U。.時(shí)，第二雙向變流控制器釋放鋰電池組輸出功率限制，由鋰電池組放電；再判斷異常功率是否恢復(fù)，如恢復(fù)，則鋰電池組停止放電；如未恢復(fù)，則繼續(xù)放電到ti+1時(shí)刻，此時(shí)超級電容電池組放電到其保護(hù)電壓值止放電，鋰離子電池繼續(xù)放電；到ti+2Bffl鋰電池組放電到告警電壓第一雙向變流控制器ACDC釋放鉛酸電池組輸出功率限制，由鉛酸電池組開始放電；再次判斷異常功率是否恢復(fù)，如恢復(fù)，則第一儲能子系統(tǒng)停止放電；如未恢復(fù)，則在ti+3時(shí)刻，鋰電池組放電至保護(hù)電壓值Uusi^停止放電，鉛酸電池組繼續(xù)放電；到ti+4時(shí)刻鋰電池組放電至保護(hù)電壓值Uusi^停止放電，整個(gè)混合儲能系統(tǒng)放電結(jié)束。
5.如權(quán)利要求3所述的基于能量有序控制的混合儲能系統(tǒng)，其特征是，在離網(wǎng)時(shí)，初始T0時(shí)刻計(jì)算各電池組SOC值，如果未達(dá)到設(shè)定值則各雙向變流控制器對相應(yīng)的電池組進(jìn)行保護(hù)并禁止放電；如果達(dá)到設(shè)定值，則第二、第三儲能子系統(tǒng)對鋰電池組、鉛酸電池組進(jìn)行輸出功率限制，由第三雙向變流控制器ACDC控制超級電容電池組進(jìn)行放電；判斷異常功率是否恢復(fù)，如恢復(fù)，則停止放電；如未恢復(fù)，則繼續(xù)放電，在Ti時(shí)刻，超級電容電池組放電到告警電壓，第二雙向變流控制器ACDC釋放鋰電池組輸出功率限制，由鋰電池組放電；再次判斷異常功率是否恢復(fù)，如恢復(fù)，則停止放電；如未恢復(fù)，在Ti+1時(shí)刻超級電容電池放電到保護(hù)電壓值U?！Ｖ狗烹姡囯姵亟M繼續(xù)放電；在Ti+2時(shí)刻鋰電池組放電到告警電壓 ，第一雙向變流控制器釋放鉛酸電池組輸出功率限制，由鉛酸電池組放電；再次判斷異常功率是否恢復(fù)，如恢復(fù)，則停止放電；如未回復(fù)，則在Ti+3時(shí)刻鋰電池組放電至保護(hù)電壓值Uusi^停止放電，鉛酸電池繼續(xù)放電；在Ti+4時(shí)刻鉛酸電池放電至下限保護(hù)電壓ud:w，停止放電，整個(gè)混合儲能系統(tǒng)放 電結(jié)束。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種包含多種儲能載體的混合儲能系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要基于能量有序控制策略，通過脈寬調(diào)制的閉環(huán)控制原理及監(jiān)控系統(tǒng)選擇性控制原理，實(shí)現(xiàn)對各儲能載體有選擇性限流或限功率放電，同時(shí)結(jié)合各儲能載體優(yōu)缺點(diǎn)，優(yōu)勢互補(bǔ)、揚(yáng)長避短，按放電優(yōu)先級第三儲能子系統(tǒng)→第二儲能子系統(tǒng)→第一儲能子系統(tǒng)的順序，最終達(dá)到不同儲能載體能量有序利用的目的。實(shí)現(xiàn)本混合儲能系統(tǒng)為因風(fēng)、光發(fā)電系統(tǒng)或大功率負(fù)載等接入電網(wǎng)而造成的電網(wǎng)功率波動(dòng)，實(shí)現(xiàn)平滑補(bǔ)償，從而提高電能質(zhì)量，保證電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行。
文檔編號H02J3/28GK103117552SQ20131007025
公開日2013年5月22日 申請日期2013年3月6日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月6日
發(fā)明者孫樹敏, 陳嵩, 李廣磊, 慕忠君, 程艷, 曹同利 申請人:山東電力研究院