电网侧电池储能电站通讯中断安全控制方法、系统及介质与流程

本发明涉及电池储能电站技术领域，具体涉及一种电网侧电池储能电站通讯中断安全控制方法、系统及介质。

背景技术：

相对于飞轮、抽水蓄能等储能方式，电池储能电站具有储能密度大、选址灵活、安装便捷、可四象限平滑稳定运行等优点，在国内已进入广泛试验性建设阶段，电源侧、电网侧、负荷侧电池储能电站均有不小的建设规模。电源侧储能电站主要作为风力、光伏发电的配套设施，通过储能电站电能存储功能缓解风力、光伏发电间歇性和波动性对电网的冲击和影响。负荷侧储能电站主要作用在负荷侧削峰填谷，减少传输损耗，同时可通过微电网运行方式提高重要用户的供电可靠性。电网侧储能电站主要作用是实现电网负荷的削峰填谷，有条件的还可以通过同步调相机技术实现一次调频等功能。本发明主要适用于无人值守的电网侧电池储能电站。

电网侧电池储能电站通常包含多个功率变换器（简称pcs），并联后接入10kv系统，为电网的经济安全运行提供支撑。各功率变换器pcs采用集中控制模式，由全站能量管理系统（简称ems）同时直接控制，ems下达的功率指令按各pcs的可放电量和可充电量加权分配功率指令，实现全站pcs的恒功率控制。试验状态下，可让一个pcs处于分散控制模式，即电压频率控制，其余pcs处于恒功率控制模式，实现相关调试项目。电网侧电池储能电站各pcs与ems双向通讯。ems接收pcs上送的可放电量、可充电量、运行状态等丰富的状态数据，pcs接收ems下发的功率调节指令。当ems和pcs的通讯中断后，ems可通过链路层状态识别感知，并视该pcs不可用。但一些厂家的pcs却不具备该功能，无法感知通讯中断而保持原功率指令运行。由此将造成ems全站功率指令响应因通讯中断pcs输出功率不可监控而出现偏差，严重时可能影响接入电网的安全稳定运行。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题：针对现有技术的上述问题，提供一种电网侧电池储能电站通讯中断安全控制方法、系统及介质，本发明通过建立功率变换系统pcs出线断路器与功率变换系统pcs通讯状态的联动机制，在能量管理系统ems实时监测功率变换系统pcs通讯状态的条件下，在能量管理系统ems与功率变换系统pcs通讯中断后，通过出线断路器自动分合和功率变换系统pcs的自动启动功能，实现通讯中断功率变换系统pcs的自动停机和自愈功能，将储能电池可充放电量的损失降到最低

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种电网侧电池储能电站通讯中断安全控制方法，实施步骤包括：

1）实时监测下辖各功率变换系统pcs的通讯状态，如果监测到任意功率变换系统pcs通讯中断则跳转执行步骤2）；否则跳转执行步骤1）；

2）延时第一指定时间，自动跳开各通讯中断的功率变换系统pcs的出线断路器，使得所跳开出线断路器连接的各功率变换系统pcs全部停机；在所跳开某出线断路器连接的各功率变换系统pcs通讯恢复后，延时第二指定时间，自动合上该出线断路器，之后该出线断路器连接的功率变换系统pcs将重新启动，并使全站输出功率在各可用功率变换系统pcs之间重新分配。

步骤1）的详细步骤包括：实时监测下辖各功率变换系统pcs的双重通讯网络的通讯状态，如果监测到和任意功率变换系统pcs之间的两个通讯网络均发生通讯中断则跳转执行步骤2）；如果监测到存在至少一个讯网络的通讯状态正常，则跳转执行步骤1）。

所述如果监测到所有功率变换系统pcs均存在至少一个讯网络的通讯状态正常时，还包括向下辖各功率变换系统pcs采集获取功率变换系统pcs的状态数据以及向下辖bms采集电池管理系统bms的状态数据的步骤。

所述功率变换系统pcs的状态数据包括可充电量、可放电量、运行状态。

所述电池管理系统bms的状态数据包括温度、电压、电流、运行状态。

步骤2）的详细步骤包括：

2.1）开始出线断路器跳闸计时，如果监测到发生通讯中断的功率变换系统pcs的两个通讯网络任一通讯网络恢复正常，则该跳闸逻辑立刻瞬时复归，并跳转执行步骤1）；否则跳转执行步骤2.2）；

2.2）判断出线断路器跳闸计时是否达到第一指定时间，如果尚未到达则跳转执行步骤2.1）；否则，跳转执行步骤2.3）；

2.3）通过预先建立的pcs舱出线断路器遥控功能与通讯状态的联动逻辑，自动跳开各通讯中断的功率变换系统pcs的出线断路器，使得所跳开出线断路器连接的各功率变换系统pcs全部停机；

2.4）在各功率变换系统pcs以及对应电池管理系统bms允许范围内，保持原功率指令值不变，并重新分配各可用功率变换系统pcs的功率水平，若超出各功率变换系统pcs以及对应电池管理系统bms的允许范围，则各可用功率变换系统pcs按实时最大允许功率水平运行；

2.5）自动巡检各出线断路器下辖各功率变换系统pcs以及对应电池管理系统bms的通讯状态，如果监测到各出线断路器下辖各功率变换系统pcs以及对应电池管理系统bms存在除功率变换系统pcs通讯异常外的其他异常告警，则跳转执行步骤2.6）；否则，跳转执行步骤2.7）；

2.6）保持共用出线断路器为断开状态，直至除通讯异常外的告警消失；当告警消失后，则跳转执行步骤2.7）；

2.7）判定所跳各出线断路器下辖各功率变换系统pcs以及对应电池管理系统bms不存在除功率变换系统pcs通讯异常外的其他异常告警，若所跳某出线断路器下辖各功率变换系统pcs以及对应电池管理系统bms不存在除功率变换系统pcs通讯异常外的其他异常告警，延时第二指定时间合上该出线断路器，其连接的功率变换系统pcs将自动重新启动；

2.8）在各可用功率变换系统pcs自动启动后，保持全站功率指令不变，重新分配各可用功率变换系统pcs的功率水平。

本发明还提供一种电网侧电池储能电站通讯中断安全控制系统，包括能量管理系统ems及其下辖的多个功率变换系统pcs，且每一个功率变换系统pcs对应连接有一个独立的电池管理系统bms，所述能量管理系统ems被编程以执行本发明前述电网侧电池储能电站通讯中断安全控制方法的步骤。

本发明还提供一种电网侧电池储能电站通讯中断安全控制系统，包括计算机设备，该计算机设备被编程以执行本发明前述电网侧电池储能电站通讯中断安全控制方法的步骤。

本发明还提供一种电网侧电池储能电站通讯中断安全控制系统，包括计算机设备，该计算机设备的存储介质中存储有被编程以执行本发明前述电网侧电池储能电站通讯中断安全控制方法的步骤。

本发明还提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质中存储有被编程以执行本发明前述电网侧电池储能电站通讯中断安全控制方法的步骤。

和现有技术相比，本发明具有下述优点：电网侧电池储能电站能够实现频率调节、电压调节、削峰填谷、紧急控制等功能，具有储能密度大、选址灵活、安装便捷、可四象限平滑稳定运行等优点，在国内已进入广泛试验性建设阶段。电网侧电池储能电站无人值守，通常由多个功率变换器pcs并联构成，各功率变换系统pcs采用集中控制方式，由全站能量管理系统ems按各功率变换系统pcs的可充电量和可放电量加权分配功率指令，实现各功率变换系统pcs的快速、均衡控制。当能量管理系统ems和功率变换系统pcs的通讯中断将造成能量管理系统ems全站功率指令响应因通讯中断功率变换系统pcs输出功率不可监控而出现偏差，严重时可能影响接入电网的安全稳定运行。为尽量降低电网侧电池储能电站功率变换系统pcs与能量管理系统ems双套通讯中断的不良后果，本发明提出一种电网侧电池储能电站通讯中断安全控制机制，通过建立功率变换系统pcs出线断路器与功率变换系统pcs通讯状态的联动机制，在能量管理系统ems实时监测功率变换系统pcs通讯状态的条件下，在能量管理系统ems与功率变换系统pcs通讯中断后，通过出线断路器自动分合和功率变换系统pcs的自动启动功能，实现通讯中断功率变换系统pcs的自动停机和自愈功能，将储能电池可充放电量的损失降到最低。

附图说明

图1为本发明实施例方法的基本流程示意图。

图2为本发明实施例的系统架构图。

图3为本发明实施例的电池储能电站pcs舱和bms舱结构示意图。

图4为本发明实施例的工作流程示意图。

具体实施方式

如图1所示，本实施例电网侧电池储能电站通讯中断安全控制方法的实施步骤包括：

1）实时监测下辖各功率变换系统pcs的通讯状态，如果监测到任意功率变换系统pcs通讯中断则跳转执行步骤2）；否则跳转执行步骤1）；

2）延时第一指定时间，自动跳开各通讯中断的功率变换系统pcs的出线断路器，使得所跳开出线断路器连接的各功率变换系统pcs全部停机；在所跳开某出线断路器连接的各功率变换系统pcs通讯恢复后，延时第二指定时间，自动合上该出线断路器，之后该出线断路器连接的功率变换系统pcs将重新启动，并使全站输出功率在各可用功率变换系统pcs之间重新分配。本实施例中，第一指定时间、第二指定时间均取值为5s，此外也可以根据需要分别增加或者减少第一指定时间、第二指定时间的时间长度。

本实施例中，步骤1）的详细步骤包括：实时监测下辖各功率变换系统pcs的双重通讯网络的通讯状态，如果监测到和任意功率变换系统pcs之间的两个通讯网络均发生通讯中断则跳转执行步骤2）；如果监测到存在至少一个讯网络的通讯状态正常，则跳转执行步骤1）。

本实施例中，如果监测到所有功率变换系统pcs均存在至少一个讯网络的通讯状态正常时，还包括向下辖各功率变换系统pcs采集获取功率变换系统pcs的状态数据以及向下辖bms采集电池管理系统bms的状态数据的步骤。

本实施例中，功率变换系统pcs的状态数据包括可充电量、可放电量、运行状态。

本实施例中，电池管理系统bms的状态数据包括温度、电压、电流、运行状态。

本实施例中下辖各功率变换系统pcs的网络为双重通讯网络，任一网络运行正常，本实施例方法的执行主体（例如能量管理系统ems）与下辖各功率变换系统pcs即可正常通讯交互。各功率变换系统pcs及其对应的电池管理系统bms之间网络为双重通讯网络，通过双重化的通讯网络，ems实时采集下辖各功率变换系统pcs可充电量、可放电量、运行状态等监测数据以及下辖各电池管理系统bms温度、电压、电流、运行状态等监测数据。实时监测本实施例方法的执行主体（例如能量管理系统ems）与功率变换系统pcs通讯网络状态。当监测到与某功率变换系统pcs的某网通讯中断，则判定与功率变换系统pcs该网通讯中断。单网通讯中断时及时上送告警，双网通讯均中断时则进入步骤2）。

本实施例中，步骤2）的详细步骤包括：

2.1）开始出线断路器跳闸计时，如果监测到发生通讯中断的功率变换系统pcs的两个通讯网络任一通讯网络恢复正常，则该跳闸逻辑立刻瞬时复归，并跳转执行步骤1）；否则跳转执行步骤2.2）；

2.2）判断出线断路器跳闸计时是否达到第一指定时间，如果尚未到达则跳转执行步骤2.1）；否则，跳转执行步骤2.3）；

2.3）通过预先建立的pcs舱出线断路器遥控功能与通讯状态的联动逻辑，自动跳开各通讯中断的功率变换系统pcs的出线断路器，使得所跳开出线断路器连接的各功率变换系统pcs全部停机；

2.4）在各功率变换系统pcs以及对应电池管理系统bms允许范围内，保持原功率指令值不变，并重新分配各可用功率变换系统pcs的功率水平，若超出各功率变换系统pcs以及对应电池管理系统bms的允许范围，则各可用功率变换系统pcs按实时最大允许功率水平运行；

2.5）自动巡检各出线断路器下辖各功率变换系统pcs以及对应电池管理系统bms的通讯状态，如果监测到各出线断路器下辖各功率变换系统pcs以及对应电池管理系统bms存在除功率变换系统pcs通讯异常外的其他异常告警，则跳转执行步骤2.6）；否则，跳转执行步骤2.7）；

2.6）保持共用出线断路器为断开状态，直至除通讯异常外的告警消失；当告警消失后，则跳转执行步骤2.7）；

2.7）判定所跳各出线断路器下辖各功率变换系统pcs以及对应电池管理系统bms不存在除功率变换系统pcs通讯异常外的其他异常告警，若所跳某出线断路器下辖各功率变换系统pcs以及对应电池管理系统bms不存在除功率变换系统pcs通讯异常外的其他异常告警，延时第二指定时间合上该出线断路器，其连接的功率变换系统pcs将自动重新启动；

2.8）在各可用功率变换系统pcs自动启动后，保持全站功率指令不变，重新分配各可用功率变换系统pcs的功率水平。

此外，本实施例还提供一种电网侧电池储能电站通讯中断安全控制系统，包括能量管理系统ems（energymanagementsystem）及其下辖的多个功率变换系统pcs（powerconversionsystem），且每一个功率变换系统pcs对应连接有一个独立的电池管理系统bms（batterymanagementsystem），如图2所示，能量管理系统ems被编程以执行本实施例前述电网侧电池储能电站通讯中断安全控制方法的步骤。通过能量管理系统ems实时监测至下辖各功率变换系统pcs的通讯状态及电池管理系统bms的运行状态；增加能量管理系统ems与下辖各功率变换系统pcs的pcs舱（功率变换系统舱）的共用出线断路器自动控制功能与通讯状态的联动逻辑，实现通讯异常功率变换系统pcs的自动停机。本实施例中，一个出线断路器下只连接两个功率变换系统pcs，实际全站有48个功率变换系统pcs。

本实施例中，能量管理系统ems、任意功率变换系统pcs通过双重化的以太网实现集中控制，控制系统架构如图2所示。双重化通信网由完全相同的a网和b网构成，其中一个网络故障，不影响另一个网络的正常通讯，由此提高了数据传输的可靠性。图2中仅画出了双重化网络中的一个单网，另一个网络完全相同。由图2可知，能量管理系统ems与功率变换系统pcs及电池管理系统bms通过基于iec61850规约的以太网通讯；功率变换系统pcs和对应的bms之间同时有硬接点信号、基于modbus规约的信号，并且是单向的，即信号流只从及电池管理系统bms流向功率变换系统pcs。

本实施例中，每一个功率变换系统pcs放置在pcs舱内，每一个电池管理系统bms放置在bms舱（电池舱）内，bms舱和pcs舱构成如图3所示。图3中，每个bms舱包含两个电池堆，每个电池堆由相同数量的电池簇并联构成，每个电池簇又由相同数量的电池包串联构成；每个pcs舱包含两个电压型变流器和两个干式升压变；电池堆、电压型变流器vsc、干式变一一对应，通过多个开关互联，并最终在干式变高压侧并联，经出线断路器外接至系统。图3中，干式变低压侧的出线断路器ac01、ac1-1、ac1-2可遥控分合，交流断路器、电池堆出线直流断路器dc1-1、dc1-2和高压箱隔离开关自动就地手动分合，交流接触器、直流断路器和簇接触器由程序控制分合，其中干式变低压侧的出线断路器ac01即为各个功率变换系统pcs的共用出线断路器。

电网侧电池储能电站为无人值守站，为尽量降低功率变换系统pcs与能量管理系统ems双套通讯中断所造成的不良后果，最好的办法是通过后台自动控制方式实现通讯中断功率变换系统pcs的自动停机，并进一步实现能量管理系统ems功率指令的准确响应和电网的经济稳定运行。电网侧电池储能电站功率变换系统pcs数量较大，同时为减少储能站运行过程的人工干预，能量管理系统ems功率指令下发后，后并网的功率变换系统pcs在除交流接触器和直流断路器外的全部交直流断路器均在合位且没有故障告警时自动启动，合上交流接触器和直流断路器，并响应能量管理系统ems的功率指令。此时，能量管理系统ems会重新按各功率变换系统pcs可充电量和可放电量分配功率，实现各功率变换系统pcs的均衡运行。另外，当图3所示两功率变换系统pcs正常运行时断开出线断路器ac01，则两电压型变流器vsc交流侧失压，导致孤岛保护动作使电压型变流器vsc停机，同时跳开交流接触器和直流断路器。因此可通过对出线断路器ac01的自动控制实现通讯中断功率变换系统pcs的自动停机。当出现双网均通讯中断时，经一定延时自动断开出线断路器ac01，则通讯中断pcs和通讯未中断功率变换系统pcs均因失压而停机，但此时其他可用功率变换系统pcs仍继续允许，只是功率会重新分配。经过一定时间（主要考虑电池突然断电的稳定时间）后，自动合上出线断路器ac01，此时通讯未中断功率变换系统pcs会重新启动，而通讯中断功率变换系统pcs则因存在通讯故障而无法启动，由此实现了通讯中断功率变换系统pcs的自动停机。但需要说明的是，当通讯中断功率变换系统pcs通讯恢复后，也是可以自动启动的，由此实现了电池储能电站的自诊断和自愈功能。

如图4所示，本实施例电网侧电池储能电站通讯中断安全控制系统的工作步骤如下：

s1：建立pcs舱出线断路器遥控功能与通讯状态的联动逻辑。当能量管理系统ems与下辖某功率变换系统pcs的双套网络通讯中断时，延时5s自动跳开pcs舱的出线断路器ac01。

s2：期间若能量管理系统ems与功率变换系统pcs之间任一通讯网络恢复正常，则该跳闸逻辑立刻瞬时复归。当能量管理系统ems与功率变换系统pcs再次出现双套通讯中断时，重新开始出线断路器跳闸计时。

s3：在出线断路器跳开后，在功率变换系统pcs和电池管理系统bms允许范围内，能量管理系统ems保持原功率指令值不变，并重新分配各可用功率变换系统pcs的功率水平。若超出功率变换系统pcs和电池管理系统bms允许范围，则各功率变换系统pcs按实时最大允许功率水平运行。

s4：自动巡检所断出线断路器下辖功率变换系统pcs和电池管理系统bms的通讯状态。功率变换系统pcs与电池管理系统bms分别单独与能量管理系统ems通讯，只是能量管理系统ems只控制功率变换系统pcs。能量管理系统ems实时监测功率变换系统pcs和电池管理系统bms的状态，当能量管理系统ems监测到所断出线断路器下辖功率变换系统pcs和电池管理系统bms状态存在除功率变换系统pcs通讯异常外的其他异常告警时，进入s5。否则进入s6。

s5：保持所断功率变换系统pcs的出线断路器为断开状态，直至除通讯异常外的告警消失。当告警消失后，则重新进入s6。

s6：当出线断路器下辖功率变换系统pcs和电池管理系统bms无除通讯异常外的其他告警时，延时5s钟自动合上该功率变换系统pcs出线断路器。当该开关下辖原通讯未中断功率变换系统pcs在通讯异常消失时自动启动，而原通讯中断功率变换系统pcs的通讯异常若已恢复则同样自动启动，否则将因故障总信号的存在保持停机状态。

s7：功率变换系统pcs自动启动后，能量管理系统ems保持原功率指令不变，重新分配各可用功率变换系统pcs的功率水平。

此外，本实施例还提供一种电网侧电池储能电站通讯中断安全控制系统，包括计算机设备，该计算机设备被编程以执行本实施例前述电网侧电池储能电站通讯中断安全控制方法的步骤。此外，本实施例还提供一种电网侧电池储能电站通讯中断安全控制系统，包括计算机设备，该计算机设备的存储介质中存储有被编程以执行本实施例前述电网侧电池储能电站通讯中断安全控制方法的步骤。此外，本实施例还提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质中存储有被编程以执行本实施例前述电网侧电池储能电站通讯中断安全控制方法的步骤。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。