一种基于功能控制响应的大规模电池储能电站系统的制作方法

1.本实用新型属于电池储能技术领域，具体涉及一种基于功能控制响应的大规模电池储能电站系统。


背景技术：

2.随着新能源的广泛应用，储能系统已被视为电力生产过程中的一个重要组成部分，是构建新能源为主的新型电力系统重要组成部分，不仅增加了电网的电力灵活性调节能力，还可以更有效的利用电力设备，降低供电成本，促进可再生能源的高效应用。因此，性价比相对较高的大规模电池储能电站系统应运而起，但是电池储能由于电池单体容量非常小大规模电力储能系统数万乃至数百万个电池单体串并联组成，其有效控制与运行面临诸多的挑战；特别是gw 级大规模电池储能电站系统，面对大量的单体单体的运行参数需要快速、正确进行监测并统计分析并生成充放电调控指令，在保证安全运行的基础上能够监控每个电池单体的健康状态，满足充放电功率的调节的同时，保证电池单体及电池储能系统本身健康运行，是大规模储能的关键核心技术。
3.大规模电池储能电站系统追求的两个目标主要是安全和效率。这两个主要目标的根本技术问题在于对电池的监控和运行控制。在大规模电池储能系统的集成技术和系统控制技术是实现安全和高效的关键。实时监控电池保证其安全健康运行，同时调控整体系统的效率达到最高以及减少短板效应是有效的解决方式，其要求是快速检测海量的电池单体的每一颗电芯的健康程度，做到实时检测、快速响应，这也是安全保证的第一关，将海量的电池单体实时数据进行采集与数据挖掘，根据电池参数综合分析及合理调控储能系统运行状态和健康高效的充放电功率，就必须能够快速响应、实时处理与调控。
4.目前现有技术方案通常是要求一个统一的秒级响应时间，这对于百毫秒的电池单体异常引起燃爆事故的场景，显然不能及时处置、其响应时间不能满足要求；同时，如果缩短控制响应时间，对电站能量管理系统ems汇集和分析数十万计的电池单体实时采样参数，也不易实现电池储能系统的直采直控，通常增加信息的处理环节和信息传输层级。现有技术方案的架构与响应时间的设置，没有针对电池储能系统的电池单体性能、配置、规模及架构以及应用环境可给出科学、安全、高效的系统方案，使大规模电池储能系统存在控制响应的不足的安全隐患；急需解决大规模电池储能系统海量电池实时数据的有效传输与及时响应处理，保证电池储能系统运行安全的同时，又能满足相应监控处理所需要的响应时间和效果。


技术实现要素：

5.为了解决大规模电池储能电站系统架构设计与集成控制的有效性问题，达到电池储能电站稳定健康运行，实现电池储能系统安全和高效的两个建设目标。本实用新型提出一种基于功能控制响应的大规模电池储能电站系统，主要包括：储能电站能量管控系统ems、连接电池组串的储能逆变器pcs及bms、连接电池及监控模块的电池组串以及电力与通
信的线路，其特征是将大规模电池储能电站系统按照控制与控制对象需要满足的控制响应时间进行划分，分成储能电站能量管控系统ems的系统层面、连接电池组串的储能逆变器pcs及 bms的单元层面以及连接电池及监控模块的电池组串的电池层面，由系统层面的储能电站能量管控系统ems通过电力与通信的线路连接单元层面的连接电池组串的储能逆变器pcs及bms，并由单元层面的连接电池组串的储能逆变器 pcs及bms通过电力与通信的线路连接电池层面的连接电池及监控模块的电池组串；储能电站能量管控系统ems根据bms的电池实时参数及逆变器pcs的运行状态以及响应电网调度的功率指令，进行电池储能系统的功率调节与电站能量管控。
6.所述一种基于功能控制响应的大规模电池储能电站系统，其特征是大规模电池储能电站系统主要包括：电池储能电站能量管控系统ems、ems电池储能系统通信线路、储能逆变器pcs、电池组串监控器、电池单体采用监测模块、电池参数采样线束、电池组串开关控制线、电池组串通断开关、电池组串熔断器、电池包pack、电池组串监控与逆变器通信线、电池参数组串通信线，其中，由多个电池包pack串联构成的电池组串分别通过电池组串通断开关与电池组串熔断器连接储能逆变器pcs直流侧正负极端子，同时电池包pack中每一个电池单体通过电池参数采采样线束连接电池单体采用监测模块以及多个电池单体采用监测模块通过电池参数组串通信线连接电池组串监控器，构成连接电池及监控模块的电池组串，再由电池组串监控器分别通过电池组串开关控制线和电池组串监控与逆变器通信线连接相应的电池组串通断开关和储能逆变器pcs，构成连接电池组串的储能逆变器pcs及bms单元层面的储能单元系统；同时电池储能电站能量管控系统ems通过电力与通信的线路的ems电池储能系统通信线路储能逆变器pcs和电池组串监控器，构成储能电站系统的电池监测与能量管控的通信路径。
7.所述一种基于功能控制响应的大规模电池储能电站系统，其特征是分别设置储能电站能量管控系统ems的系统层面、连接电池组串的储能逆变器pcs 及bms的单元层面以及连接电池及监控模块的电池组串的电池层面，并且系统层面、单元层面以及电池层面的相应装置，即：电池储能电站能量管控系统ems、电池组串监控器以及电池单体采用监测模块，各自具备独立的控制与功能，分别由电池储能电站能量管控系统ems分别连接并控制储能逆变器pcs与电池组串监控器、由电池组串监控器分别连接并控制储能逆变器pcs与电池组串通断开关以及由电池单体采用监测模块连接并控制电池组串通断开关。
8.本实用新型一种基于功能控制响应的大规模电池储能电站系统，依据功能控制需要对响应时间的要求，针对控制对象的响应时间特性，划分为电池层面、单元层面、系统层面的控制功能需求的响应时间，提出了三个响应时间的功能控制响应设计原则与方法，以及相应优化的电池储能电站系统架构与控制路径。设置确保守住电池单体安全性的底线，避免电池单体造成不健康运行引起电池异常乃至恶性事故的控制响应时间；确定ems汇集处理电池的海量实时数据信息与能量调节控制所需要的响应时间，再确定电池组串汇集电池单体相应数据的汇集、计算及控制所需要的响应时间；通过针对不同功能所需要响应时间也不同的电池储能系统运行特点，形成了一个大规模电池储能电站系统按功能控制需求和以问题为导向的构思，在响应时间的三个控制对象层面上，“量身定制”保障安全、效率，使控制响应全面满足大规模电池储能系统整体健康运行要求；优化的系统架构解决了快速检测海量电池单体的每一颗电芯的健康程度，做到实时检测、快速响应，使电池运行安全首
先得到保证；同时在设置的时间段完成海量电池单体实时数据的采集与数据挖掘，并综合分析合理调控运行状态和健康高效的充放电功率以及满足实时响应的功率与电量调控要求，依据功能响应时间需求的不同，采用响应时间差异化设置的方法，从根本上解决对电池实时监测和运行控制的及时性和有效性的统一，简化系统架构节省系统投资，实现大规模电池储能电站系统追求的安全和高效的目标。
附图说明
9.图1是现有技术的大规模电池储能电站系统典型系统构成的示意图。
10.图2是一种基于功能控制响应的大规模电池储能电站系统的三层面系统架构示意图。
11.图3是一种基于功能控制响应的大规模电池储能电站系统的控制响应时间的划分示意图。
12.图4为一种基于功能控制响应的大规模电池储能电站系统构成的原理框图。
具体实施方式
13.作为实施例子，结合附图对一种基于功能控制响应的大规模电池储能电站系统给予说明，但是，所描述的实施例是本实用新型应用于一种基于功能控制响应的大规模电池储能电站系统的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。本实用新型的技术与方案不限于本实施例子给出的内容。
14.如图1所示，参照国家电网的电网配置储能系统监控及通信技术规范可知，现有技术的大规模电池储能电站系统典型系统构成系统示意图，划分为站控层、隔离层和过程层，主要包括：电池储能电站能量管控系统ems(1)、ems 电池储能系统通信线路(2)、储能逆变器pcs(3)、电池组串监控器(4)、电池单体采用监测模块(5)、电池参数采样线束(6)、电池组串开关控制线(7)、电池组串通断开关(8)、电池组串熔断器(9)、电池包pack(10)、电池组串监控与逆变器通信线(11)、电池参数组串通信线(12)、电池管理系统bms(13)、 ess电池管理通信线(14)、储能就地控制系统ess(15)，其控制是由电池储能电站能量管控系统ems(1)通过ems电池储能系统通信线路(2)分别连接多个储能就地控制系统ess(15)，由储能就地控制系统ess(15)通过ess电池管理通信线(14)分别连接储能逆变器pcs(3)和电池管理系统bms(13)，再由电池管理系统bms(13)分别连接多个电池组串监控器(4)，每一个电池组串监控器(4)各自通过电池参数组串通信线(12)连接相应的电池单体采用监测模块(5)，构成电池实时参数采集的多层级采集与处理通信路径；显然，现有技术的站控层电池储能电站能量管控系统ems(1)通过间隔层的储能就地控制系统ess(15)及电池管理系统bms(13)对过程层的电池参数采集进行以及对储能逆变器pcs(3)实施功率控制。其方案对电池及电池组串的控制是通过间隔层的储能就地控制系统ess(15)及电池管理系统bms(13)实时的，没有区分不同控制层面功能特性和不同的控制响应时间的区分设置，并且无法完成百毫秒级的电池异常的调控与处置，增加产生恶性事故的风险，另外，对于gw大规模电池储能系统而言，设置的间隔层会影响站控层实施整体电池储能电站调控与响应的时效性。
15.如图2所示，一种基于功能控制响应的大规模电池储能电站系统，主要包括：储能
电站能量管控系统ems、连接电池组串的储能逆变器pcs及bms、连接电池及监控模块的电池组串以及电力与通信的线路，其特征是将大规模电池储能电站系统按照控制与控制对象需要满足的控制响应时间进行划分，分成储能电站能量管控系统ems的系统层面、连接电池组串的储能逆变器pcs及 bms的单元层面以及连接电池及监控模块的电池组串的电池层面，由系统层面的储能电站能量管控系统ems通过电力与通信的线路连接单元层面的连接电池组串的储能逆变器pcs及bms，并由单元层面的连接电池组串的储能逆变器 pcs及bms通过电力与通信的线路连接电池层面的连接电池及监控模块的电池组串；储能电站能量管控系统ems根据bms的电池实时参数及逆变器pcs的运行状态以及响应电网调度的功率指令，进行电池储能系统的功率调节与电站能量管控。
16.所述一种基于功能控制响应的大规模电池储能电站系统，其特征是大规模电池储能电站系统主要包括：电池储能电站能量管控系统ems(1)、ems电池储能系统通信线路(2)、储能逆变器pcs(3)、电池组串监控器(4)、电池单体采用监测模块(5)、电池参数采样线束(6)、电池组串开关控制线(7)、电池组串通断开关(8)、电池组串熔断器(9)、电池包pack(10)、电池组串监控与逆变器通信线(11)、电池参数组串通信线(12)，其中，由多个电池包 pack(10)串联构成的电池组串分别通过电池组串通断开关(8)与电池组串熔断器(9)连接储能逆变器pcs(3)直流侧正负极端子，同时电池包pack (10)中每一个电池单体通过电池参数采采样线束(6)连接电池单体采用监测模块(5)以及多个电池单体采用监测模块(5)通过电池参数组串通信线(12) 连接电池组串监控器(4)，构成连接电池及监控模块的电池组串，再由电池组串监控器(4)分别通过电池组串开关控制线(7)和电池组串监控与逆变器通信线(11)连接相应的电池组串通断开关(8)和储能逆变器pcs(3)，构成连接电池组串的储能逆变器pcs及bms单元层面的储能单元系统；同时电池储能电站能量管控系统ems(1)通过电力与通信的线路的ems电池储能系统通信线路(2)储能逆变器pcs(3)和电池组串监控器(4)，构成储能电站系统的电池监测与能量管控的通信路径。
17.所述一种基于功能控制响应的大规模电池储能电站系统，其特征是分别设置储能电站能量管控系统ems的系统层面、连接电池组串的储能逆变器pcs 及bms的单元层面以及连接电池及监控模块的电池组串的电池层面，并且系统层面、单元层面以及电池层面的相应装置，即：电池储能电站能量管控系统ems (1)、电池组串监控器(4)以及电池单体采用监测模块(5)，各自具备独立的控制与功能，分别由电池储能电站能量管控系统ems(1)分别连接并控制储能逆变器pcs(3)与电池组串监控器(4)、由电池组串监控器(4)分别连接并控制储能逆变器pcs(3)与电池组串通断开关(8)以及由电池单体采用监测模块(5)连接并控制电池组串通断开关(8)。
18.本实用新型一种基于功能控制响应的大规模电池储能电站系统，依据功能控制需要对响应时间的要求，针对控制对象的响应时间特性，划分为电池层面、单元层面、系统层面的控制功能需求的响应时间，提出了三个响应时间的功能控制响应设计原则与方法，以及相应优化的电池储能电站系统架构与控制路径。设置确保守住电池单体安全性的底线，避免电池单体造成不健康运行引起电池异常乃至恶性事故的控制响应时间；确定ems汇集处理电池的海量实时数据信息与能量调节控制所需要的响应时间，再确定电池组串汇集电池单体相应数据的汇集、计算及控制所需要的响应时间；通过针对不同功能所需要响应时间也不同的电池储能系统运行特点，形成了一个大规模电池储能电站系统按功能控制需求
和以问题为导向的构思，在响应时间的三个控制对象层面上，“量身定制”保障安全、效率，使控制响应全面满足大规模电池储能系统整体健康运行要求；优化的系统架构解决了快速检测海量电池单体的每一颗电芯的健康程度，做到实时检测、快速响应，使电池运行安全首先得到保证；同时在设置的时间段完成海量电池单体实时数据的采集与数据挖掘，并综合分析合理调控运行状态和健康高效的充放电功率以及满足实时响应的功率与电量调控要求，依据功能响应时间需求的不同，采用响应时间差异化设置的方法，从根本上解决对电池实时监测和运行控制的及时性和有效性的统一，简化系统架构节省系统投资，实现大规模电池储能电站系统追求的安全和高效的目标。
19.上述给出了一种基于功能控制响应的大规模电池储能电站系统的系统构成和系统架构与组织关系以及控制方法，但是，大规模电池储能电站系统与电池储能单元系统的配置及其内部构成不限于说明的相应部件，如配置电池组串监控装置、就地控制器、ess系统等构成同等功能的储能单元系统，基本构思在于本实用新型的技术方案以功率及电量作为控制与被控制执行主体为控制对象，按其功能控制响应特性设置控制响应时间，并设计给出电池储能电站系统的功能部件与连接及控制关系及其实现的系统架构和系统整体效果。
20.以上给出了具体的实施方式，但本实用新型不局限于所描述的实施方式。对本领域普通技术人员而言，根据本实用新型的技术方案，设计出各种变形的组配、公式、参数并不需要花费创造性劳动，在不脱离本实用新型的原理和构思架构的情况下对实施方式进行的变化、修改、替换和变型仍落入本实用新型的保护范围内。