储能集群控制系统及储能系统的制作方法

本发明涉及电力系统调频技术领域，尤其是涉及一种储能集群控制系统及储能系统。

背景技术：

目前，基于电网快速发展，对电力系统调频机组的要求逐渐提高，电池储能系统具备快速双向功率调节能力，能满足高频短时快速双向功率调节需求，故采用储能系统协助发电机组调频成为一种新的技术发展与应用趋势。

基于电池储能系统的技术特点及安全性考虑，不宜采用单机大规模电池并联成组，构成大容量储能系统方案；而发电机组对于储能系统的功率需求较大，故需要采用多个中等容量储能单元并联，以满足系统总功率调节需求。另考虑到电网调频的快速响应需求，储能系统整体必须满足机组调频的快速响应速度。如何设计基于多个储能单元并联的储能集群控制系统，并满足发电机组调频需求的快速实时性及同步性，成为应用于发电机组调频的储能技术发展过程中所迫切需要解决的关键问题。

有鉴于此，特提出本发明。

技术实现要素：

为了解决现有技术中的上述问题，即为了解决如何满足多个储能单元并联的平台架构以及发电机组调频控制需求的快速实时性及同步性的技术问题而提供一种用于电网发电机组调频的储能集群控制系统。此外，还提供一种储能系统。

为了实现上述目的，一方面，提供以下技术方案：

一种储能集群控制系统，用于电网发电机组调频，其特征在于，所述系统包括：储能集群控制器、储能单元控制器以及储能变流器和电池管理系统；其中：

所述储能集群控制器，用于接收调节功率值和调频控制指令以及储能单元实时的当前容量和状态，以及实时接收所述储能变流器和所述电池管理系统的信息，并向所述储能单元控制器发送第一指令；

所述储能单元控制器，用于接收所述储能集群控制器发送来的所述第一指令以及所述储能变流器和所述电池管理系统发送来的信息，进行判断，生成第一控制信号，并将所述第一控制信号发送至所述储能变流器，进行充放电控制；

所述储能变流器，用于接收所述第一控制信号，并根据内外部设备的信息进行控制保护，并及时将所述内外部设备的信息发送至所述储能单元控制器。

进一步地，电网包括自动发电控制调度装置，其特征在于，所述储能集群控制器通过光纤实时以太网与所述自动发电控制调度装置进行点对点通信。

进一步地，所述调节功率值和所述调频控制指令由所述自动发电控制调度装置发送至所述储能集群控制器。

进一步地，所述储能集群控制器设置N路光纤实时以太网接口，用于以点对点通信方式与所述储能单元控制器通信连接；其中，所述N取正整数。

进一步地，所述储能单元控制器设置在所述储能集群控制器的就近侧，且所述储能单元控制器和所述储能集群控制器之间通过工业现场总线进行连接。

进一步地，所述的工业现场总线为CAN总线。

进一步地，所述储能集群控制系统分为三层架构，其中，顶层包括储能集群控制器，中层包括储能单元控制器，底层包括储能变流器和电池管理系统。

进一步地，在所述三层架构中，下一层受控于上一层，且在所述上一层出现故障时，下一层可保持故障前所接收的指令独立正常运行。

为了实现上述目的，另一方面，还提供一种储能系统。该储能系统包括上述任一储能集群控制系统。

进一步地，上述储能系统还包括两个或两个以上并联设置的储能单元，每一储能单元包括多条支路，每一支路包括储能变流器、储能电池和电池管理系统。

本发明实施例提供一种储能集群控制系统及储能系统。其中，储能集群控制系统用于电网发电机组调频，并且包括：储能集群控制器、储能单元控制器以及储能变流器和电池管理系统；其中，储能集群控制器用于接收调节功率值和调频控制指令以及储能单元实时的当前容量和状态，以及实时接收储能变流器和电池管理系统的信息，并向储能单元控制器发送第一指令。储能单元控制器用于接收储能集群控制器发送来的第一指令以及储能变流器和电池管理系统发送来的信息，进行判断，生成第一控制信号，并将第一控制信号发送至储能变流器，进行充放电控制。储能变流器用于接收第一控制信号，并根据内外部设备的信息进行控制保护，并及时将内外部设备的信息发送至储能单元控制器。通过该技术方案，将系统进行分布式设计以及合理的功能划分为储能集群控制器、储能单元控制器以及储能变流器和电池管理系统，解决了如何满足多个储能单元并联的平台架构以及发电机组调频控制需求的快速实时性及同步性的技术问题，具备较高的可靠性。

附图说明

图1是储能系统的结构示意图；

图2是根据本发明实施例的储能集群控制系统的结构示意图；

图3是根据本发明另一实施例的储能集群控制系统的结构示意图。

具体实施方式

下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。

本发明实施例的基本思想是采用分层分布式设计思路，基于光纤以太网技术及工业现场总线技术，进行控制系统通信网络设计及合理功能划分。

本发明实施例的储能集群控制系统可以应用于电网调频的采用两个或两个以上储能单元并联的储能系统。其中，每个储能单元可相互独立运行但受控于上一层控制系统。每个储能单元中包含多个支路，每个支路由储能变流器(PCS)和储能电池及电池管理系统(BMS)组成；储能变流器(PCS)实现对电池的充放电管理，电池管理系统(BMS)实现对储能电池的监控；每个支路可相互独立运行但受控于上一层控制系统。

图1示例性地示出了储能系统的结构示意图。其中，储能系统包括发电机、高厂变、励磁变、主变压器以及1号储能单元、2号储能单元……N号储能单元。

现有储能集群控制系统方案由一般为多个设备成套设计，控制系统采用多个传统控制设备连接，中间存在多种数据转换设备，网络的实时性和同步性较差，不能满足机组调频的快速实时性和同步性要求。

为此，本发明实施例提供一种用于电网发电机组调频的储能集群控制系统。如图2所示，该储能集群控制系统20包括：储能集群控制器(ECS)21、储能单元控制器(EMU)22以及储能变流器(PCS)23和电池管理系统(BMS)24。其中：

储能集群控制器21用于接收调节功率值和调频控制指令以及储能单元实时的当前容量和状态，实时接收储能变流器23和电池管理系统24的信息，并向储能单元控制器发送第一指令。

本实施例中，调节功率值和调频控制指令可以通过电网自动发电控制调度装置发送至储能集群控制器。

储能单元控制器22用于接收储能集群控制器21发送来的第一指令以及储能变流器23和电池管理系统24发送来的信息，进行判断，生成第一控制信号，并将该第一控制信号发送至储能变流器，进行充放电控制。

储能变流器23与电池管理系统24相连，并用于接收第一控制信号，并根据内外部设备的信息进行控制保护，及时将内外部设备的信息发送至储能单元控制器22。

通过本发明实施例，将系统进行分布式设计以及合理的功能划分为储能集群控制器、储能单元控制器以及储能变流器和电池管理系统，解决了如何满足多个储能单元并联的平台架构以及发电机组调频控制需求的快速实时性及同步性的技术问题，具备较高的可靠性。

在一些实施例中，储能集群控制器通过光纤实时以太网与自动发电控制调度装置进行点对点通信。

通过采用光纤实时以太网，本发明实施例可以确保在电站现场强电磁干扰环境下数据传输的可靠性及强抗干扰性。

在一些实施例中，储能集群控制器设置N路光纤实时以太网接口，用于以点对点通信方式与储能单元控制器通信连接。其中，N取正整数。

本实施例通过将N路光纤实时以太网接口(即LAN-1至LAN-N)分别连接至每个储能单元的储能单元控制器，则多路光纤实时以太网可确保输出传输的可靠性、实时性及同步性，由此，使得N个通道之间数据传输的时间同步误差控制在微秒级，而且数据延时时间同样为微秒级。

在一些实施例中，储能单元控制器设置在储能集群控制器的就近侧，且储能单元控制器和储能集群控制器之间通过工业现场总线CAN总线进行连接。

本实施例中，通过采用工业现场总线CAN总线方式，降低了网络的复杂程度，实现了实时快速控制，储能单元控制器与各储能集群控制器构成的各支路连接至一条总线，可将各支路之间数据传输的时间同步误差控制在毫秒级，而且数据延时时间同样为毫秒级。

在一些实施例中，可以将储能集群控制系统分为三层架构，其中，顶层包括储能集群控制器，中层包括储能单元控制器，底层包括储能变流器和电池管理系统。

通过上述划分，储能集群控制系统的结构更加清晰。

进一步地，在上述三层架构中，下一层受控于上一层，且在所述上一层出现故障时，下一层可保持故障前所接收的指令独立正常运行。

通过上述层与层之间的控制，可以使得储能集群控制系统具备较高的可靠性。

下面以一优选实施例来详细说明本发明。

如图3所示，本优选实施例采用三层架构，其分为：顶层-集中控制层、中层-单元控制层、底层-设备控制层。其中，顶层设备为储能集群控制器(ECS)，中层设备为每个储能单元的储能单元控制器(EMU)，底层设备为所有储能单元的储能变流器(PCS)和电池管理系统(BMS)设备。

其中，ECS与AGC调度装置(即电网自动发电控制调度装置)通过光纤实时以太网LAN-0进行点对点通信。ECS根据AGC调度装置下发的调节功率值和调频控制指令，以及各储能单元实时上传的当前容量和状态，将指令近分解，并将分解后的指令下发至中层各储能单元控制器(EMU)。ECS具备N路光纤实时以太网接口用于连接中层EMU，以点对点通信方式，通过LAN-1至LAN-N分别连接至每个储能单元的(EMU)。每个储能单元的储能单元控制器(EMU)布置在储能单元内储能集群控制器(PCS)设备就近侧，储能单元控制器(EMU)和储能单元内各储能集群控制器(PCS)之间通过工业现场总线CAN总线进行连接，各支路连接于一条总线。各储能单元储能集群控制器(EMU)接收储能集群控制器(ECS)的指令后，根据本储能单元底层储能变流器(PCS)及与之相连的BMS上送的信息综合判断后，下发指令至底层储能变流器(PCS)设备进行充放电控制，储能集群控制器(EMU)实时接收并监测本储能单元底层PCS和BMS的信息。底层PCS设备接收中层EMU的指令并根据内外部设备的信息进行控制保护，且及时将信息上送至中层。

在控制过程中，各层之间自上而下进行控制且下层具备一定的独立性，即下一层受控于上一层控制，但在上一层出现故障后，下层可保持故障前所接收的指令独立正常运行。

本发明实施例通过采用上述技术方案采用了分层分布式的控制系统通信网络结构设计及合理功能划分，实现了多个储能单元并联的储能集群控制系统平台架构；在数据传输距离较远、易受电磁干扰的电站现场利用点对点通信方式，并采用光纤实时以太网，确保了数据传输可靠性、快速实时性和同步性；在储能单元设备侧采用工业现场总线CAN总线方式，降低了网络的复杂程度，实现了实时快速控制；另外，通信延迟和同步误差均控制在毫秒级，远高于机组调频响应时间及同步性为秒级的控制需求，可以满足机组一次调频及二次调频需求。

需要说明的是，本发明实施例不对储能集群控制器、储能单元控制器以及储能变流器和电池管理系统的数量进行限定，图2-3中可以有任意数量的储能集群控制器、储能单元控制器以及储能变流器和电池管理系统。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。