一种电池储能站的监控方法及监控系统的制作方法
【专利摘要】本发明一种电池储能站的监控方法及监控系统涉及电池储能站的监测和控制的方法和系统。其公开的方法是：1)在电池储能站的监控系统中配置专用嵌入式控制主机，通过嵌入式控制主机连接电池储能站的电池管理系统和功率变换系统形成过程层网络，使电池储能站的监控系统网络分成相互独立的控制网和监视网；2)所述的电池储能站的监控中，电池管理系统和功率变换系统的监视信息通过监视网络发送至监控中心；电池管理系统和功率变换系统的控制信息通过控制网接入控制主机，由控制主机发送至监控中心；使电池储能站的状态信息监视和控制分别通过两个独立的网络快速传递到电池管理系统和功率变换系统。本发明还公开其方法的监控系统，应用时大大提高电池储能站监控系统的可靠性及响应速度性能，同时提高电池储能站的运用性能。
【专利说明】一种电池储能站的监控方法及监控系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种电池储能站的监控方法及监控系统。属于电力系统中电池储能站的监测及控制设备【技术领域】。
【背景技术】
[0002]储能技术是指将电能通过某种装置转换成其他便于存储的能量并高效存储起来，在需要时，将所存储能量方便地转换成所需能量的一种技术。电池储能技术作为一种新型的电化学储能技术，由于其环境适应性好、能量密度高、占地少、效率高、工期短等优点越来越受到业界的广泛关注。
[0003]电池储能站监控系统作为电池储能站的中枢神经，是电池储能站的重要组成部分，若干电池单体并联组成一个电池模块，多个电池模块串联组成一个电池簇，而多个电池簇并联组成一个储能分系统，大型电池储能站一个储能分系统一般由几十个电池簇，每簇200-300个电池模块构成，电池管理系统(BMS)分层分级，采集电池电流、电压、SOC等信息，如此大量的信息如何高效、安全、可靠的处理与上送，成为在设计时需要考虑的问题。
[0004]如图1所示，现有技术的一种储能电站监控系统，采用双网冗余配置，大量电池监视信息、功率变换系统少量监视信息及所有控制信息通过站控层网络对储能电站进行就地、控制和维护操作，监控系统主要包括服务器、交换机、工作站、GPS、防火墙、规约转换器等。站内采用双网冗余配置，电池管理系统通过交换机组成间隔层网络一与站控层网络相连，功率变换系统通过交换机组成间隔层网络二与站控层网络相连，两个间隔层网络通过光缆与监控主机相连。该技术方案电池管理系统信息与功率变换系统信息均直接接入站控层网络，通过监控主机实现全站信息接收、显示故障告警等监视功能以及功率变化系统控制指令下发、开关控制等站内储能设备的控制功能。
[0005]对于整个储能系统而言，功率变化系统的监视与控制指令相对电池管理系统信息量较少，主要是电池管理系统数据消耗主机系统资源较多。做一个粗略的计算，以锂电池为例，每个电池管理系统需上送4-5个信息(包括电流、电压、温度、SOC等)，按每个电池簇256个电池模块计，每500kW需接受并处理2万多个信息。对于兆瓦级电池储能站电池组相关监视的信息量是巨大的，系统运行过程中容易造成网络过负荷或运行数据丢失，若所有监视与控制信息(电池管理系统和功率变化系统的监控信息)的接收与处理由监控主机完成，大量电池信息的上送可能影响到功率变换系统控制信息的接收与控制指令的下达，从而影响电池储能站快速控制策略的实施。
[0006]另一方面，现有技术间隔层网络二多采用Modus规约，Modus规约的轮询周期一般设定为100ms，因此电池储能站规模越大，PCS越多，对于整个储能电站而言，储能系统整体响应速度越慢，将无法满足紧急无功支撑、电能质量调节等百毫秒以内的控制策略实施的需求。
[0007]如图2所示，现有技术的另一种储能电站监控系统，其特点是，一方面负责就地电池管理系统大量信息的采集，另一方面执行系统级控制指令，并实现子系统多机协调控制。但存在如下缺点:
[0008]I)虽然间隔层控制指令网络与电池管理系统大量信息分开不同网络，但就地控制主机与监视数据上送主机为同一设备，就地监控主机的数据处理能力高低决定了就地控制系统的稳定性，对主机的要求较高。
[0009]2)采用Modus通信协议处理控制指令，存在与技术方案一相同的问题，即采用轮询机制的Modus规约，储能系统整体响应速度随着电池储能站的增大而降低，将无法满足紧急无功支撑、电能质量调节等百毫秒以内的控制策略实施的需求。
【发明内容】
[0010]本发明的目的之一，是根据容量在500kW及以上的电池储能站监控系统存在信息量大、响应速度要求高的特点，提供一种快速响应的电池储能的监控方法。
[0011]本发明的目的之二，是为了提供一种快速响应的电池储能的监控系统，该监控系统可以有效防止信息拥堵，大大提高了电池储能站响应速度及可靠性。
[0012]本发明目的之一可以通过以下的控制方法达到:
[0013]一种电池储能站的监控方法，其特征在于:
[0014]I)在电池储能站的监控系统中配置专用嵌入式控制主机，通过嵌入式控制主机连接电池储能站的电池管理系统和功率变换系统形成过程层网络，使电池储能站的监控系统网络分成相互独立的控制网和监视网；
[0015]2)所述的电池储能站的监控中，电池管理系统和功率变换系统的监视信息通过监视网络发送至监控中心；电池管理系统和功率变换系统的控制信息通过控制网接入控制主机，由控制主机发送至监控中心；使电池储能站的状态信息监视和控制分别通过两个独立的网络快速传递到电池管理系统和功率变换系统。
[0016]本发明目的之一还可以通过以下的控制方法达到:
[0017]进一步的:电池储能站中，电池管理系统、功率变换系统与嵌入式控制主机之间采用GOOSE网方式进行控制信息交互，提升以响应速度。
[0018]进一步的:全电池储能站采用统一的IEC61850规约模块，以减少中间环节，以提高各系统的可扩展性。
[0019]本发明的目的之二可以通过以下的控制系统达到:
[0020]一种电池储能站的监控系统，包括有电池管理系统、功率变换系统、交换机和监控中心，其结构特点在于:还包括嵌入式控制主机，电池管理系统中的若干个电池管理单元通过IEC61850规约模块连接构成间隔层网络之一，功率变换系统中的若干个功率变换单元通过IEC61850规约模块连接构成间隔层网络之二，所述间隔层网络之一和间隔层网络之二通过交换机与监控中连接构成监视网；功率变换系统中的若干个功率变换单元通过IEC61850规约模块连接构成过程网络，过程网络通过嵌入式控制主机连接监控中形成控制网络。
[0021]本发明的目的之二还可以通过以下的控制系统达到:
[0022]进一步的:所述的监控中心由若干个操作员站构成。
[0023]进一步的:所述的监控系统还包括通过规约转换器接入站控层网络进入监控中心的视频监视及处理单元和火灾报警装置。
[0024]进一步的:所述的监控中心包括有操作员站主机、远动设备和集控站，该集控站通过远动通讯接口与接入站控层网的远动设备网接。
[0025]进一步的:所述的监控系统的站控层网网络线路中还接入有继电保护设备。
[0026]进一步的:所述的监控系统的站控层网网络线路中还接入有网络打印机。
[0027]与现有技术对比，本发明具有以下突出的技术特点:
[0028]1、本发明通过监视网与控制网分开、监视中心与快速控制主机分开接入控制电池管理系统和功率变换系统，并采用快速IEC61850通信规约等方式，提高监控系统控制速率，有效防止大量的监视通信信息和控制信息在网络上拥堵、系统运行过程中容易造成网络过负荷或运行数据丢失、严重影响储能站的控制能力的现象，大大提高电池储能站监控系统的可靠性及响应速度，提高电池储能站的运用性能。
[0029]2、本发明采用通过的IEC61850规约，监控系统具有良好的可扩展性，同时取消间隔层至站控层网关，减少中间环节。
[0030]3、本发明通过过程层网络使含有大量电池管理系统电池信息的监视网与功率变换系统对应的控制网相互独立，从网络构架上根本杜绝了监视信息对控制信息的影响。
[0031]4、本发明采用专用控制主机处理控制信息，过程层网络采用GOOSE通信，多台功率变换系统可同时接受控制主机的控制信息，取代了轮询机制的Modus，一般每5ms能够侦听一次过程层网络上的数据，从网络通信机制上，大大提高了储能系统的响应速度。
[0032]5、本发明与现有技术方案相比，本技术方案实现可操作性强，新增成本较少，尤其适用于相应速度要求高的电池储能站，具有很强的实用价值。
【专利附图】
【附图说明】
[0033]图1为现有技术方案一监控系统网络结构图。
[0034]图2为现有技术方案二监控系统网络结构图。
[0035]图3为本发明的监控系统网络结构图。
【具体实施方式】
[0036]以下结合附图对本发明作进一步的详细说明。
[0037]具体实施例1:
[0038]参照图3，本实施例涉及的一种电池储能站的监控系统，包括有电池管理系统1、功率变换系统2、交换机4和监控中心5,还包括嵌入式控制主机3,电池管理系统I中的若干个电池管理单元通过IEC61850规约模块连接构成间隔层网络之一，功率变换系统2中的若干个功率变换单元通过IEC61850规约模块连接构成间隔层网络之二，所述间隔层网络之一和间隔层网络之二通过交换机4与监控中5连接构成监视网7 ;功率变换系统2中的若干个功率变换单元通过IEC61850规约模块连接构成过程网络6，过程网络6通过嵌入式控制主机3连接监控中心5形成控制网络8。
[0039]本实施例中:
[0040]I)电池管理系统1、功率变换系统2至站控层监控系统统一采用IEC61850规约，减少中间环节，间隔层网络一及间隔层网络二均采用IEC61850-MMS相关规约，
[0041]2)增加专用过程网络，电池管理系统I和功率变换系统2的控制信息均通过过程层IEC61850-G00SE网与控制主机3交换相关控制信息。
[0042]3)增加控制主机3，专门负责快速控制指令的下发，并能接收操作员站/主机9的控制指令。两个操作员站/主机9分工合作。操作员站/主机9负责全站监视数据的处理与显示以及全站总控(主要包括全站充/放电总功率，全站的投退，运行模式的切换等)，控制主机3采用嵌入式装置，能够接收另一操作员站/主机9的总控指令，负责具体控制策略的实施、多台功率变换系统2之间的协调控制等。控制主机3通过过程网络的信息交互进行快速对多个电池管理系统I和多个功率变换系统2的控制，能够有效提高站内控制的响应速度。
[0043]本实施例涉及的电池储能站的监控方法，其特征在于:
[0044]I)在电池储能站的监控系统中配置专用嵌入式控制主机，通过嵌入式控制主机连接电池储能站的电池管理系统I和功率变换系统2形成过程层网络，使电池储能站的监控系统网络分成相互独立的控制网和监视网；
[0045]2)所述的电池储能站的监控中，电池管理系统I和功率变换系统2的监视信息通过监视网络发送至监控中心；电池管理系统I和功率变换系统2的控制信息通过控制网接入控制主机3，由控制主机3发送至监控中心；使电池储能站的状态信息监视和控制分别通过两个独立的网络快速传递到电池管理系统I和功率变换系统2。
[0046]在实施例中:
[0047]为了减少通信网络的中间环节，提高监控系统的可扩展性，电池储能站中，电池管理系统、功率变换系统与嵌入式控制主机之间采用GOOSE网方式进行控制信息交互，提升以响应速度。全电池储能站采用统一的IEC61850规约模块。实施时，所述的电池管理系统I的监视信息通过间隔层网络一发送至监控中心5，功率变换系统2的监视信息通过间隔层网络二发送至监控中心5，由此，所述的监视信息通过电池管理系统I和功率变换系统2由间隔层网络上传至监控中心5形成上述的监视网7 ;所述的电池管理系统I和功率变换系统2的控制信息通过独立专用的控制主机3以IEC61850规约结合GOOSE的通信方式形成的过程层6网络接入监控系统监控中心5，由此形成上述的控制网8。
[0048]在具体实施过程中，所述的监控系统还包括通过规约转换器13接入站控层网络进入监控中心5的视频监视及处理单元14和火灾报警装置15。所述的监控中心5包括有操作员站主机9、远动设备10和集控站12，该集控站12通过远动通讯接口 11与接入站控层网的远动设备10网接。所述的监控系统的站控层网网络线路中还接入有继电保护设备16和网络打印机7。通过监控系统4的各种设备，有效的提高和运用本电池储能站的监控系统的使用性能。
【权利要求】
1.一种电池储能站的监控方法，其特征在于: 1)在电池储能站的监控系统中配置专用嵌入式控制主机，通过嵌入式控制主机连接电池储能站的电池管理系统(I)和功率变换系统(2)形成过程层网络，使电池储能站的监控系统网络分成相互独立的控制网和监视网； 2)所述的电池储能站的监控中，电池管理系统(I)和功率变换系统(2)的监视信息通过监视网络发送至监控中心；电池管理系统(I)和功率变换系统(2)的控制信息通过控制网接入控制主机(3)，由控制主机(3)发送至监控中心；使电池储能站的状态信息监视和控制分别通过两个独立的网络快速传递到电池管理系统(I)和功率变换系统(2)。
2.如权利要求1所述的一种电池储能站的监控方法，其特征在于:电池储能站中，电池管理系统、功率变换系统与嵌入式控制主机之间采用GOOSE网方式进行控制信息交互，提升以响应速度。
3.如权利要求1所述的一种电池储能站的监控方法，其特征在于:全电池储能站采用统一的IEC61850规约模块，以减少中间环节，以提高各系统的可扩展性。
4.如权利要求1所述的一种电池储能站的监控方法的监控系统，包括有电池管理系统(I)、功率变换系统(2)、交换机(4)和监控中心(5)，其特征在于:还包括嵌入式控制主机(3)，电池管理系统(I)中的若干个电池管理单元通过IEC61850规约模块连接构成间隔层网络之一，功率变换系统(2)中的若干个功率变换单元通过IEC61850规约模块连接构成间隔层网络之二，所述间隔层网络之一和间隔层网络之二通过交换机(4)与监控中(5)连接构成监视网(7);功率变换系统(2)中的若干个功率变换单元通过IEC61850规约模块连接构成过程网络￠)，过程网络(6)通过嵌入式控制主机(3)连接监控中(5)形成控制网络⑶。
5.如权利要求4所述的一种电池储能站的监控系统，其特征在于:监控中心(5)由若干个操作员站构成。
6.如权利要求4所述的一种电池储能站的监控系统，其特征在于:所述的监控系统还包括通过规约转换器(13)接入站控层网络进入监控中心(5)的视频监视及处理单元(14)和火灾报警装置(15)。
7.如权利要求5所述的一种电池储能站的监控系统，其特征在于:所述的监控中心(5)包括有操作员站主机(9)、远动设备(10)和集控站(12)，该集控站(12)通过远动通讯接口(II)与接入站控层网的远动设备(10)网接。
8.如权利要求4所述的一种电池储能站的监控系统，其特征是:所述的监控系统的站控层网网络线路中还接入有继电保护设备(16)。
9.如权利要求4所述的一种电池储能站的监控系统，其特征是:所述的监控系统的站控层网网络线路中还接入有网络打印机(17)。
【文档编号】H02J13/00GK104377786SQ201410724747
【公开日】2015年2月25日 申请日期:2014年12月2日 优先权日:2014年3月24日
【发明者】周钰, 鲁丽娟, 谷新梅 申请人:中国能源建设集团广东省电力设计研究院