光伏发电储能电站三层电池监测系统及监测方法
【专利摘要】光伏发电储能电站三层电池监测系统及监测方法，属于光伏发电【技术领域】。本发明是为了解决光伏发电受天气因素影响的问题。装置包括储能电池包、单体电压测量单元、模块电压测量单元、模块温度测量单元、电池总电流测量单元、电池总电压测量单元、电池模块监测单元和电池监测系统模块；方法为将储能电池包的电能及相关信息进行实时监控并处理，监控的过程中，不仅考虑了整个储能电站电池包总体的安全，也考虑了电池模块和单体的安全。能够为光伏发电储能电站提供重要的储能电池信息。本发明用于储能电站中光伏电池的监测。
【专利说明】光伏发电储能电站三层电池监测系统及监测方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及光伏发电储能电站三层电池监测系统及监测方法，属于光伏发电【技术领域】。
【背景技术】
[0002]光伏发电产生的电能量受天气因素的影响，比如当光照和日照强度发生变化时，其发电能力会随之发生变化。这种受天气影响的因素造成在需要光伏系统提供电力的时候，电力不足的情况。
【发明内容】
[0003]本发明目的是为了解决光伏发电受天气因素影响的问题，提供了一种光伏发电储能电站三层电池监测系统及监测方法。
[0004]本发明所述光伏发电储能电站三层电池监测系统，它包括:
[0005]用于提供电能的储能电池包；储能电池包包括m个电池模块，每个电池模块包括k个电池单体；m和k均为正整数；
[0006]用于对每个电池模块中k个电池单体的电压进行测量的单体电压测量单元；电压测量单元为m个；
[0007]用于接收单体电压测量单元测量获得的电压值并对其进行处理获得电池模块电压值的模块电压测量单元；模块电压测量单元为m个；
[0008]用于测量电池模块的温度的模块温度测量单元；模块温度测量单元为m个；
[0009]用于测量储能电池包的总电流的电池总电流测量单元；
[0010]用于测量储能电池包的总电压的电池总电压测量单元；
[0011]用于接收模块电压测量单元输出的电压值及模块温度测量单元输出的温度值的电池模块监测单元；电池模块监测单元为m个；
[0012]用于接收电池模块监测单元传送的电压值、温度值、储能电池包的总电流和储能电池包的总电压信号并对接收信号进行处理的电池监测系统模块。
[0013]电池监测系统模块包括:
[0014]用于根据储能电池包的总电流、储能电池包的总电压、电池模块温度值、电池模块的充放电状态和充放电时间，进行储能电池包电池剩余电量SOC估计的电池SOC估计单元;
[0015]用于根据接收的电压、温度及电流信号计算获得储能电池包最大输入功率能力的功率计算单元；
[0016]用于根据接收的电压、温度及电流信号计算获得储能电池包最大光伏消纳能力的光伏消纳计算单元；
[0017]用于根据储能电池包的总电流、储能电池包的总电压和电池模块的充放电时间计算获得储能电池包当前储存能量及最大输出功率的当前能量计算单元；[0018]用于根据储能电池包的总电压判断储能电池包的电压安全状态的总电压安全判断单元；
[0019]用于根据储能电池包的总电流判断储能电池包的充放电倍率安全状态的电流安全判断单元；
[0020]用于根据电池模块电压值及电池单体电压值判断电池模块与电池单体安全状态的模块及单体电压安全判断单元；
[0021 ] 用于根据电池模块的温度判断电池模块安全状态的电池温度安全判断单元。
[0022]模块电压测量单元由基于放大器的电路组成。
[0023]模块温度测量单元包括热电偶。
[0024]一种光伏发电储能电站三层电池监测方法，它基于储能电池包提供的电能实现，储能电池包包括m个电池模块，每个电池模块包括k个电池单体；m和k均为正整数；它包括:
[0025]用于对每个电池模块中k个电池单体的电压通过单体电压测量单元进行测量的步骤；电压测量单元为m个；
[0026]用于通过模块电压测量单元接收单体电压测量单元测量获得的电压值并对其进行处理获得电池模块电压值的步骤；模块电压测量单元为m个；
[0027]用于通过模块温度测量单元测量电池模块的温度的步骤；模块温度测量单元为m个；
[0028]用于通过电池总电流测量单元测量储能电池包的总电流的步骤；
[0029]用于通过电池总电压测量单元测量储能电池包的总电压的步骤；
[0030]用于通过电池模块监测单元接收模块电压测量单元输出的电压值及模块温度测量单元输出的温度值的步骤；电池模块监测单元为m个；
[0031]用于通过电池监测系统模块接收电池模块监测单元传送的电压值、温度值、储能电池包的总电流和储能电池包的总电压信号并对接收信号进行处理的步骤。
[0032]用于通过电池监测系统模块接收电池模块监测单元传送的电压值、温度值、储能电池包的总电流和储能电池包的总电压信号并对接收信号进行处理的步骤包括:
[0033]用于通过电池SOC估计单元，根据储能电池包的总电流、储能电池包的总电压、电池模块温度值、电池模块的充放电状态和充放电时间，进行储能电池包电池剩余电量SOC估计的步骤；
[0034]用于通过功率计算单元，根据接收的电压、温度及电流信号计算获得储能电池包最大输入功率能力的步骤；
[0035]用于通过光伏消纳计算单元，根据接收的电压、温度及电流信号计算获得储能电池包最大光伏消纳能力的步骤；
[0036]用于通过当前能量计算单元，根据储能电池包的总电流、储能电池包的总电压和电池模块的充放电时间计算获得储能电池包当前储存能量及最大输出功率的步骤；
[0037]用于通过总电压安全判断单元，根据储能电池包的总电压判断储能电池包的电压安全状态的步骤；
[0038]用于通过电流安全判断单元，根据储能电池包的总电流判断储能电池包的充放电倍率安全状态的步骤；[0039]用于通过模块及单体电压安全判断单元，根据电池模块电压值及电池单体电压值判断电池模块与电池单体安全状态的步骤；
[0040]用于通过电池温度安全判断单元，根据电池模块的温度判断电池模块安全状态的步骤。
[0041]本发明的优点:本发明为了保证光伏发电储能电站的正常、安全工作，将储能电池包的电能及相关信息进行实时监控并处理，监控的过程中，不仅考虑了整个储能电站电池包总体的安全，也考虑了电池模块和单体的安全。能够为光伏发电储能电站提供重要的储能电池信息。
[0042]本发明通过储能电池包预先将多余的光伏能量进行储存，能够在恶劣天气情况下，正常为负载提供电力，改善了光伏发电能力。
【专利附图】
【附图说明】
[0043]图1是本发明所述光伏发电储能电站三层电池监测系统的原理框图。
【具体实施方式】
[0044]【具体实施方式】一:下面结合图1说明本实施方式，本实施方式所述光伏发电储能电站三层电池监测系统，它包括:
[0045]用于提供电能的储能电池包I ;储能电池包I包括m个电池模块，每个电池模块包括k个电池单体；m和k均为正整数；
[0046]用于对每个电池模块中k个电池单体的电压进行测量的单体电压测量单元2 ;电压测量单元2为m个；
[0047]用于接收单体电压测量单元2测量获得的电压值并对其进行处理获得电池模块电压值的模块电压测量单元3 ;模块电压测量单元3为m个；
[0048]用于测量电池模块的温度的模块温度测量单元4 ;模块温度测量单元4为m个；
[0049]用于测量储能电池包I的总电流的电池总电流测量单元5 ；
[0050]用于测量储能电池包I的总电压的电池总电压测量单元6 ；
[0051 ] 用于接收模块电压测量单元3输出的电压值及模块温度测量单元4输出的温度值的电池模块监测单元7 ；电池模块监测单元7为m个；
[0052]用于接收电池模块监测单元7传送的电压值、温度值、储能电池包的总电流和储能电池包的总电压信号并对接收信号进行处理的电池监测系统模块8。
[0053]本实施方式所述光伏发电储能电站三层电池监测系统采用分级监控模式，电池监测系统模块8作为最高层，基于DSP芯片开发；电池模块监测单元7作为中间层，基于单片机开发；模块电压测量单元3和模块温度测量单元4作为基层采集储能电池包I的电压和温度数据。
[0054]【具体实施方式】二:下面结合图1说明本实施方式，本实施方式对实施方式一作进一步说明，本实施方式所述电池监测系统模块8包括:
[0055]用于根据储能电池包的总电流、储能电池包的总电压、电池模块温度值、电池模块的充放电状态和充放电时间，进行储能电池包I电池剩余电量SOC估计的电池SOC估计单元 8-1 ；[0056]用于根据接收的电压、温度及电流信号计算获得储能电池包I最大输入功率能力的功率计算单元8-2 ；
[0057]用于根据接收的电压、温度及电流信号计算获得储能电池包I最大光伏消纳能力的光伏消纳计算单元8-3 ；
[0058]用于根据储能电池包的总电流、储能电池包的总电压和电池模块的充放电时间计算获得储能电池包I当前储存能量及最大输出功率的当前能量计算单元8-4 ；
[0059]用于根据储能电池包的总电压判断储能电池包的电压安全状态的总电压安全判断单元8-5 ；
[0060]用于根据储能电池包的总电流判断储能电池包的充放电倍率安全状态的电流安全判断单元8-6 ；
[0061 ] 用于根据电池模块电压值及电池单体电压值判断电池模块与电池单体安全状态的模块及单体电压安全判断单元8-7 ；
[0062]用于根据电池模块的温度判断电池模块安全状态的电池温度安全判断单元8-8。
[0063]本实施方式中计算获得的储能电池包I电池剩余电量SOC估计值、最大输入功率能力、最大光伏消纳能力、当前储存能量及最大输出功率、电压安全状态、充放电倍率安全状态、电池模块与电池单体安全状态及电池模块安全状态均传送给光伏发电储能电站控制器，用于后序的控制。
[0064]总电压安全判断单元8-5的判定原则为:如果达到电压下限，则传送停止放电警示信号给光伏发电储能电站控制器，从而执行停止放电；如果达到电压上限，则传送停止充电警示信号给光伏发电储能电站控制器，从而执行停止充电。
[0065]【具体实施方式】三:本实施方式对实施方式一或二作进一步说明，本实施方式所述模块电压测量单元3由基于放大器的电路组成。
[0066]【具体实施方式】四:本实施方式对实施方式一、二或三作进一步说明，本实施方式所述模块温度测量单元4包括热电偶。
[0067]【具体实施方式】五:下面结合图1说明本实施方式，本实施方式所述一种光伏发电储能电站三层电池监测方法，它基于储能电池包I提供的电能实现，储能电池包I包括m个电池模块，每个电池模块包括k个电池单体;m和k均为正整数；它包括:
[0068]用于对每个电池模块中k个电池单体的电压通过单体电压测量单元2进行测量的步骤；电压测量单元2为m个；
[0069]用于通过模块电压测量单元3接收单体电压测量单元2测量获得的电压值并对其进行处理获得电池模块电压值的步骤；模块电压测量单元3为m个；
[0070]用于通过模块温度测量单元4测量电池模块的温度的步骤；模块温度测量单元4为m个；
[0071]用于通过电池总电流测量单元5测量储能电池包I的总电流的步骤；
[0072]用于通过电池总电压测量单元6测量储能电池包I的总电压的步骤；
[0073]用于通过电池模块监测单元7接收模块电压测量单元3输出的电压值及模块温度测量单元4输出的温度值的步骤；电池模块监测单元7为m个；
[0074]用于通过电池监测系统模块8接收电池模块监测单元7传送的电压值、温度值、储能电池包的总电流和储能电池包的总电压信号并对接收信号进行处理的步骤。[0075]本实施方式所述光伏发电储能电站三层电池监测方法采用分级监控模式，电池监测系统模块8作为最高层，基于DSP芯片开发；电池模块监测单元7作为中间层，基于单片机开发；模块电压测量单元3和模块温度测量单元4作为基层采集储能电池包I的电压和温度数据。
[0076]【具体实施方式】六:下面结合图1说明本实施方式，本实施方式对实施方式五作进一步说明，本实施方式所述用于通过电池监测系统模块8接收电池模块监测单元7传送的电压值、温度值、储能电池包的总电流和储能电池包的总电压信号并对接收信号进行处理的步骤包括:
[0077]用于通过电池SOC估计单元8-1，根据储能电池包的总电流、储能电池包的总电压、电池模块温度值、电池模块的充放电状态和充放电时间，进行储能电池包I电池剩余电量SOC估计的步骤；
[0078]用于通过功率计算单元8-2，根据接收的电压、温度及电流信号计算获得储能电池包I最大输入功率能力的步骤；
[0079]用于通过光伏消纳计算单元8-3，根据接收的电压、温度及电流信号计算获得储能电池包I最大光伏消纳能力的步骤；
[0080]用于通过当前能量计算单元8-4，根据储能电池包的总电流、储能电池包的总电压和电池模块的充放电时间计算获得储能电池包I当前储存能量及最大输出功率的步骤；
[0081]用于通过总电压安全判断单元8-5，根据储能电池包的总电压判断储能电池包的电压安全状态的步骤；
[0082]用于通过电流安全判断单元8-6，根据储能电池包的总电流判断储能电池包的充放电倍率安全状态的步骤；
[0083]用于通过模块及单体电压安全判断单元8-7，根据电池模块电压值及电池单体电压值判断电池模块与电池单体安全状态的步骤；
[0084]用于通过电池温度安全判断单元8-8，根据电池模块的温度判断电池模块安全状态的步骤。
[0085]本实施方式中计算获得的储能电池包I电池剩余电量SOC估计值、最大输入功率能力、最大光伏消纳能力、当前储存能量及最大输出功率、电压安全状态、充放电倍率安全状态、电池模块与电池单体安全状态及电池模块安全状态均传送给光伏发电储能电站控制器，用于后序的控制。
[0086]总电压安全判断单元8-5的判定原则为:如果达到电压下限，则传送停止放电警示信号给光伏发电储能电站控制器，从而执行停止放电；如果达到电压上限，则传送停止充电警示信号给光伏发电储能电站控制器，从而执行停止充电。
[0087]【具体实施方式】七:本实施方式对实施方式五或六作进一步说明，本实施方式所述模块电压测量单元3由基于放大器的电路组成。
[0088]【具体实施方式】八:本实施方式对实施方式五、六或七作进一步说明，本实施方式所述模块温度测量单元4包括热电偶。
【权利要求】
1.一种光伏发电储能电站三层电池监测系统，其特征在于，它包括: 用于提供电能的储能电池包(I);储能电池包(I)包括m个电池模块，每个电池模块包括k个电池单体；m和k均为正整数； 用于对每个电池模块中k个电池单体的电压进行测量的单体电压测量单元(2);电压测量单元⑵为m个； 用于接收单体电压测量单元(2)测量获得的电压值并对其进行处理获得电池模块电压值的模块电压测量单元(3);模块电压测量单元(3)为m个； 用于测量电池模块的温度的模块温度测量单元(4);模块温度测量单元(4)为m个； 用于测量储能电池包⑴的总电流的电池总电流测量单元(5)； 用于测量储能电池包⑴的总电压的电池总电压测量单元(6)； 用于接收模块电压测量单元(3)输出的电压值及模块温度测量单元(4)输出的温度值的电池模块监测单元(7);电池模块监测单元(7)为m个； 用于接收电池模块监测单元(7)传送的电压值、温度值、储能电池包的总电流和储能电池包的总电压信号并对接收信号进行处理的电池监测系统模块(8)。
2.根据权利要求1所述的光伏发电储能电站三层电池监测系统，其特征在于，电池监测系统模块(8)包括: 用于根据储能电池包的总电流、储能电池包的总电压、电池模块温度值、电池模块的充放电状态和充放电时间，进行储能电池包(I)电池剩余电量SOC估计的电池SOC估计单元(8-1)； 用于根据接收的电压、温度及电流信号计算获得储能电池包(I)最大输入功率能力的功率计算单兀(8-2)； 用于根据接收的电压、温度及电流信号计算获得储能电池包(I)最大光伏消纳能力的光伏消纳计算单元(8-3)； 用于根据储能电池包的总电流、储能电池包的总电压和电池模块的充放电时间计算获得储能电池包(I)当前储存能量及最大输出功率的当前能量计算单元(8-4)； 用于根据储能电池包的总电压判断储能电池包的电压安全状态的总电压安全判断单元(8-5)； 用于根据储能电池包的总电流判断储能电池包的充放电倍率安全状态的电流安全判断单元(8-6)； 用于根据电池模块电压值及电池单体电压值判断电池模块与电池单体安全状态的模块及单体电压安全判断单元(8-7)； 用于根据电池模块的温度判断电池模块安全状态的电池温度安全判断单元(8-8)。
3.根据权利要求1或2所述的光伏发电储能电站三层电池监测系统，其特征在于，模块电压测量单元(3)由基于放大器的电路组成。
4.根据权利要求3所述的光伏发电储能电站三层电池监测系统，其特征在于，模块温度测量单元(4)包括热电偶。
5.一种光伏发电储能电站三层电池监测方法，它基于储能电池包(I)提供的电能实现，储能电池包(I)包括m个电池模块，每个电池模块包括k个电池单体；m和k均为正整数；其特征在于，它包括:用于对每个电池模块中k个电池单体的电压通过单体电压测量单元(2)进行测量的步骤；电压测量单元⑵为m个； 用于通过模块电压测量单元(3)接收单体电压测量单元(2)测量获得的电压值并对其进行处理获得电池模块电压值的步骤；模块电压测量单元(3)为m个； 用于通过模块温度测量单元(4) 测量电池模块的温度的步骤；模块温度测量单元(4)为m个； 用于通过电池总电流测量单元(5)测量储能电池包(I)的总电流的步骤； 用于通过电池总电压测量单元(6)测量储能电池包(I)的总电压的步骤； 用于通过电池模块监测单元(7)接收模块电压测量单元(3)输出的电压值及模块温度测量单元(4)输出的温度值的步骤；电池模块监测单元(7)为m个； 用于通过电池监测系统模块(8)接收电池模块监测单元(7)传送的电压值、温度值、储能电池包的总电流和储能电池包的总电压信号并对接收信号进行处理的步骤。
6.根据权利要求5所述的光伏发电储能电站三层电池监测方法，其特征在于，用于通过电池监测系统模块(8)接收电池模块监测单元(7)传送的电压值、温度值、储能电池包的总电流和储能电池包的总电压信号并对接收信号进行处理的步骤包括: 用于通过电池SOC估计单元(8-1)，根据储能电池包的总电流、储能电池包的总电压、电池模块温度值、电池模块的充放电状态和充放电时间，进行储能电池包(I)电池剩余电量SOC估计的步骤； 用于通过功率计算单元(8-2)，根据接收的电压、温度及电流信号计算获得储能电池包(I)最大输入功率能力的步骤； 用于通过光伏消纳计算单元(8-3)，根据接收的电压、温度及电流信号计算获得储能电池包(I)最大光伏消纳能力的步骤； 用于通过当前能量计算单元(8-4)，根据储能电池包的总电流、储能电池包的总电压和电池模块的充放电时间计算获得储能电池包(I)当前储存能量及最大输出功率的步骤； 用于通过总电压安全判断单元(8-5)，根据储能电池包的总电压判断储能电池包的电压安全状态的步骤； 用于通过电流安全判断单元(8-6)，根据储能电池包的总电流判断储能电池包的充放电倍率安全状态的步骤； 用于通过模块及单体电压安全判断单元(8-7)，根据电池模块电压值及电池单体电压值判断电池模块与电池单体安全状态的步骤； 用于通过电池温度安全判断单元(8-8)，根据电池模块的温度判断电池模块安全状态的步骤。
7.根据权利要求5或6所述的光伏发电储能电站三层电池监测方法，其特征在于，模块电压测量单元(3)由基于放大器的电路组成。
8.根据权利要求7所述的光伏发电储能电站三层电池监测方法，其特征在于，模块温度测量单元(4)包括热电偶。
【文档编号】H02S50/10GK103956972SQ201410213842
【公开日】2014年7月30日 申请日期:2014年5月20日 优先权日:2014年5月20日
【发明者】武国良, 徐冰亮, 董尔佳 申请人:国家电网公司, 黑龙江省电力科学研究院