高可靠性的储能电站通信架构及其方法与流程

本发明属于电力电子技术领域，具体涉及一种高可靠性的储能电站通信架构和一种高可靠性的储能电站通信方法。

背景技术：

公开号为cn110165689a，主题名称为一种用于储能系统的控制系统以及相应储能系统的发明专利申请，其技术方案公开了“一种储能系统，包括：电能管理系统ems，其被配置为执行电能管理；电能变换系统pcs，其被配置为执行电能变换；电池管理系统bms，其用于监视储能器的状态；以及控制系统，其包括：第一总线，其中在第一总线上连接有作为主机的ems和作为从机的pcs和bms，并且其中第一总线被配置为传输从ems向pcs和bms发送的控制指令；以及第二总线，其中在第二总线上连接有ems、pcs和bms，并且其中第二总线被配置为传输从pcs和bms向ems发送的状态数据”。

随着分布式能源和电动汽车的飞速发展，电网的稳定和安全运行受到影响。储能系统能够根据需要储存和释放能量，削峰填谷，有效缓解新能源发电和电动汽车充电的随机性与波动性问题。因此，储能系统已经成为现代电力系统中不可缺少的重要组成部分。由于电池储能在能量密度方面具有很大的优势，而且技术比较成熟，目前应用非常广泛。

以上述发明专利申请为例，储能电站通常由电池系统、功率转换系统(powerconversionsystem,pcs)以及能量管理系统(energymanagementsystem,ems)构成。其中，电池系统由储能电池及配套的电池管理系统(batterymanagementsystem,bms)组成。bms、pcs以及ems之间的可靠通信对于储能系统的安全稳定运行具有至关重要的作用。目前，大部分储能电站通信系统的可靠性和冗余性较低，大量储能系统运行故障是由其内部通信故障引起的。

技术实现要素：

本发明针对现有技术的状况，克服以上缺陷，提供一种高可靠性的储能电站通信架构和一种高可靠性的储能电站通信方法。

本发明专利申请公开的高可靠性的储能电站通信架构及其方法，其主要目的在于，提高储能电站通信系统的可靠性和冗余性，确保储能系统的安全稳定运行。

本发明专利申请公开的高可靠性的储能电站通信架构及其方法，其另一目的在于，储能电站在发生部分通信故障时仍然能够保证信息和报警信号的正常传输，避免系统停止甚至发生安全事故。

本发明采用以下技术方案，所述高可靠性的储能电站通信架构，适配一储能电站，上述储能电站包括一bms系统、一pcs系统和一ems系统，其中，上述bms系统用于监测电池状态和保护电池运行，保证电池安全、可靠运行；上述pcs系统用于控制功率变换；上述ems系统用于全站状态监测及功率控制，其特征在于，所述高可靠性的储能电站通信架构包括：

上述pcs系统和上述bms系统之间同时通过互为冗余的硬接线和以太网两条路径分别建立通讯连接；

上述pcs系统和上述ems系统之间通过以太网建立通讯连接；

上述bms系统和上述ems系统之间通过以太网建立通讯连接；

根据预置的通讯机制对于所需上送的上送信息或者所需下达的控制信号基于优先级进行直接传输或者旁路传输，或者直接通过硬接线传输停机和跳闸信号。

根据上述技术方案，作为上述技术方案的优选技术方案，所述预置的通讯机制具体实施为以下步骤：

上述pcs系统、上述bms系统和上述ems系统均相互独立地具备检测通讯中断的能力；

当上述bms系统检测到与上述ems系统和上述pcs系统之间的以太网通讯连接同时中断时，通过硬接线向上述pcs系统传输停机和跳闸信号；

当上述pcs系统检测到与上述ems系统和上述bms系统之间的以太网通讯连接同时中断时，通过硬接线向上述bms系统传输停机和跳闸信号。

根据上述技术方案，作为上述技术方案的优选技术方案，所述预置的通讯机制具体实施为以下步骤：

上述pcs系统、上述bms系统和上述ems系统均相互独立地具备检测通讯中断的能力；

当上述pcs系统、上述bms系统和上述ems系统中的任意两个系统之间的以太网通讯连接出现中断时，则将原由该两个系统之间的路径传输的上送信息或者控制信号改为经由另一系统代为转发传输。

根据上述技术方案，作为上述技术方案的优选技术方案，所述预置的通讯机制具体实施为以下步骤：

上述pcs系统、上述bms系统和上述ems系统均相互独立地具备检测通讯中断的能力；

当上述pcs系统、上述bms系统和上述ems系统中的任意两个系统之间的以太网通讯连接未出现中断时，则由该两个系统之间的路径传输上送信息或者控制信号。

本发明专利申请还公开了一种高可靠性的储能电站通信方法，用于适配一储能电站，上述储能电站包括一bms系统、一pcs系统和一ems系统，上述bms系统用于监测电池状态和保护电池运行，保证电池安全、可靠运行；上述pcs系统用于控制功率变换；上述ems系统用于全站状态监测及功率控制，其特征在于，所述高可靠性的储能电站通信方法包括以下步骤：

步骤s1：将上述pcs系统和上述bms系统之间同时接入互为冗余的硬接线和以太网两条路径，以分别建立通讯连接；

步骤s2：将上述pcs系统和上述ems系统之间接入以太网，以建立以太网通讯连接；

步骤s3：将上述bms系统和上述ems系统之间接入以太网，以建立以太网通讯连接；

步骤s4：根据预置的通讯机制对于所需上送的上送信息或者所需下达的控制信号基于优先级进行直接传输或者旁路传输，或者直接通过硬接线传输停机和跳闸信号。

根据上述技术方案，作为上述技术方案的优选技术方案，上述上送信息包括开关量信息、模拟量信息、非电量信息以及运行信号和报警信号。

根据上述技术方案，作为上述技术方案的优选技术方案，上述控制信号包括运行参数以及运行模式。

根据上述技术方案，作为上述技术方案的优选技术方案，各类信号按照预先设定的优先级进行传输，其中报警信号的优先级最高，控制信号的优先级高于其他非控制信号。

根据上述技术方案，作为上述技术方案的优选技术方案，以太网通讯连接采用iec61850通讯协议。

根据上述技术方案，作为上述技术方案的优选技术方案，上述pcs系统包括多个pcs模组，任一个pcs模组与上述ems系统之间分别设有以太网通讯连接的传输路径，上述bms系统包括多个bms模组，任一个bms模组与上述ems系统之间分别设有以太网通讯连接的传输路径。

本发明公开的高可靠性的储能电站通信架构及其方法，其有益效果在于，提高储能电站通信系统的可靠性和冗余性，确保储能系统的安全稳定运行。

附图说明

图1是本发明的储能电站通信系统的拓扑结构示意图。

具体实施方式

本发明公开了一种高可靠性的储能电站通信架构和一种高可靠性的储能电站通信方法，下面结合优选实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。

参见附图的图1，图1示出了高可靠性的储能电站通信架构及其方法的拓扑结构。

值得一提的是，本发明专利申请的各个实施例以及背景技术等其他部分可能涉及的“通信”、“通讯”，均为同一概念，不再区分。

优选实施例(高可靠性的储能电站通信架构)。

优选地，参见附图的图1，虚线代表通过以太网连接，实线表示硬接线，所述高可靠性的储能电站通信架构适配一储能电站，上述储能电站包括一bms系统、一pcs系统和一ems系统，其中：

上述bms系统用于监测电池状态和保护电池运行，保证电池安全、可靠运行；

上述pcs系统用于控制功率变换；

上述ems系统用于全站状态监测及功率控制；其中，所述高可靠性的储能电站通信架构包括：

上述pcs系统和上述bms系统之间同时通过互为冗余的硬接线和以太网两条路径分别建立通讯连接；

上述pcs系统和上述ems系统之间通过以太网建立通讯连接；

上述bms系统和上述ems系统之间通过以太网建立通讯连接；

根据预置的通讯机制对于所需上送的上送信息或者所需下达的控制信号基于优先级进行直接传输(通信机制处于通信正常工况)、旁路传输(通信机制处于轻微故障工况)或者直接通过硬接线传输停机和跳闸信号(通信机制处于严重故障工况)。

进一步地，所述预置的通讯机制(根据预置的通讯机制直接通过硬接线传输停机和跳闸信号)具体实施为以下步骤：

上述pcs系统、上述bms系统和上述ems系统均相互独立地具备检测通讯中断的能力；

当上述bms系统检测到(上述bms系统)与上述ems系统(之间的以太网通信连接)和(上述bms系统检测到与)上述pcs系统之间的以太网通讯连接同时中断时(此处定义为通讯机制处于严重故障工况)，(上述bms系统)通过硬接线向上述pcs系统传输停机和跳闸信号；

当上述pcs系统检测到(上述pcs系统)与上述ems系统(之间的以太网通信连接)和(上述pcs系统检测到与)上述bms系统之间的以太网通讯连接同时中断时(此处定义为通讯机制处于严重故障工况)，(上述pcs系统)通过硬接线向上述bms系统传输停机和跳闸信号。

进一步地，所述预置的通讯机制(根据预置的通讯机制对于所需上送的上送信息或者所需下达的控制信号进行旁路传输)具体实施为以下步骤：

上述pcs系统、上述bms系统和上述ems系统均相互独立地具备检测通讯中断的能力；

当上述pcs系统、上述bms系统和上述ems系统中的任意两个系统之间的以太网通讯连接出现中断时，则将原由该两个系统之间的路径传输的(所需上送的)上送信息或者(所需下达的)控制信号改为经由另一系统代为转发传输。

作为举例，例如，当上述pcs系统检测到与上述ems系统的通信中断时，则将上送给上述ems系统的信息传输至上述bms系统，由上述bms系统转发给上述ems系统；当上述ems系统检测到通信中断时，需要下达给上述pcs系统的信息也由上述bms系统进行转发。类似地，当上述bms系统与上述ems系统的通信中断时，由上述pcs系统进行信息转发。

进一步地，所述预置的通讯机制(根据预置的通讯机制对于所需上送的上送信息或者所需下达的控制信号进行直接传输)具体实施为以下步骤：

上述pcs系统、上述bms系统和上述ems系统均相互独立地具备检测通讯中断的能力；

当上述pcs系统、上述bms系统和上述ems系统中的任意两个系统之间的以太网通讯连接未出现中断时，则由该两个系统之间的路径传输(所需上送的)上送信息或者(所需下达的)控制信号。

进一步地，上述上送信息包括但不限于开关量信息、模拟量信息、非电量信息以及运行信号和报警信号。

进一步地，上述控制信号包括但不限于运行参数以及运行模式。

进一步地，各类信号按照预先设定的优先级进行传输，其中报警信号的优先级最高，控制信号的优先级高于其他非控制信号。

进一步地，以太网通讯连接优选采用iec61850通讯协议。

值得一提的是，参见附图的图1，上述pcs系统包括多个pcs模组，任一个pcs模组与上述ems系统之间分别设有传输路径(以太网通讯连接)，上述bms系统包括多个bms模组，任一个bms模组与上述ems系统之间分别设有传输路径(以太网通讯连接)。

其中，所述pcs模组的数量和所述bms模组的数量优选保持一致，每个pcs模组唯一对应一个bms模组。任一个pcs模组与该对应的bms模组之间同时通过互为冗余的硬接线和以太网两条路径分别建立通讯连接。

第一实施例(高可靠性的储能电站通信方法)。

优选地，参见附图的图1，虚线代表通过以太网连接，实线表示硬接线，所述高可靠性的储能电站通信方法用于适配一储能电站，上述储能电站包括一bms系统、一pcs系统和一ems系统，其中：

上述bms系统用于监测电池状态和保护电池运行，保证电池安全、可靠运行；

上述pcs系统用于控制功率变换；

上述ems系统用于全站状态监测及功率控制；其中，所述高可靠性的储能电站通信方法包括以下步骤：

步骤s1：将上述pcs系统和上述bms系统之间同时接入互为冗余的硬接线和以太网两条路径，以分别建立通讯连接；

步骤s2：将上述pcs系统和上述ems系统之间接入以太网，以建立以太网通讯连接；

步骤s3：将上述bms系统和上述ems系统之间接入以太网，以建立以太网通讯连接；

步骤s4：根据预置的通讯机制对于所需上送的上送信息或者所需下达的控制信号基于优先级进行直接传输(通信机制处于通信正常工况)、旁路传输(通信机制处于轻微故障工况)或者直接通过硬接线传输停机和跳闸信号(通信机制处于严重故障工况)。

进一步地，步骤s4具体实施为以下步骤：

上述pcs系统、上述bms系统和上述ems系统均相互独立地具备检测通讯中断的能力；

当上述bms系统检测到(上述bms系统)与上述ems系统(之间的以太网通信连接)和(上述bms系统检测到与)上述pcs系统之间的以太网通讯连接同时中断时(此处定义为通讯机制处于严重故障工况)，(上述bms系统)通过硬接线向上述pcs系统传输停机和跳闸信号；

当上述pcs系统检测到(上述pcs系统)与上述ems系统(之间的以太网通信连接)和(上述pcs系统检测到与)上述bms系统之间的以太网通讯连接同时中断时(此处定义为通讯机制处于严重故障工况)，(上述pcs系统)通过硬接线向上述bms系统传输停机和跳闸信号。

进一步地，步骤s4具体实施为以下步骤：

上述pcs系统、上述bms系统和上述ems系统均相互独立地具备检测通讯中断的能力；

当上述pcs系统、上述bms系统和上述ems系统中的任意两个系统之间的以太网通讯连接出现中断时，则将原由该两个系统之间的路径传输的(所需上送的)上送信息或者(所需下达的)控制信号改为经由另一系统代为转发传输。

作为举例，例如，当上述pcs系统检测到与上述ems系统的通信中断时，则将上送给上述ems系统的信息传输至上述bms系统，由上述bms系统转发给上述ems系统；当上述ems系统检测到通信中断时，需要下达给上述pcs系统的信息也由上述bms系统进行转发。类似地，当上述bms系统与上述ems系统的通信中断时，由上述pcs系统进行信息转发。

进一步地，步骤s4具体实施为以下步骤：

上述pcs系统、上述bms系统和上述ems系统均相互独立地具备检测通讯中断的能力；

当上述pcs系统、上述bms系统和上述ems系统中的任意两个系统之间的以太网通讯连接未出现中断时，则由该两个系统之间的路径传输(所需上送的)上送信息或者(所需下达的)控制信号。

进一步地，上述上送信息包括但不限于开关量信息、模拟量信息、非电量信息以及运行信号和报警信号。

进一步地，上述控制信号包括但不限于运行参数以及运行模式。

进一步地，各类信号按照预先设定的优先级进行传输，其中报警信号的优先级最高，控制信号的优先级高于其他非控制信号。

进一步地，以太网通讯连接优选采用iec61850通讯协议。

值得一提的是，参见附图的图1，上述pcs系统包括多个pcs模组，任一个pcs模组与上述ems系统之间分别设有传输路径(以太网通讯连接)，上述bms系统包括多个bms模组，任一个bms模组与上述ems系统之间分别设有传输路径(以太网通讯连接)。

其中，所述pcs模组的数量和所述bms模组的数量优选保持一致，每个pcs模组唯一对应一个bms模组。任一个pcs模组与该对应的bms模组之间同时通过互为冗余的硬接线和以太网两条路径分别建立通讯连接。

根据上述各个实施例，本发明专利申请公开的高可靠性的储能电站通信架构及其方法，其工作原理阐述如下。

具体地，本发明首先要构建上述ems系统、上述pcs系统及上述bms系统之间的完善的通信架构。上述pcs系统和上述bms系统均与上述ems系统通过以太网连接，采用iec61850通讯协议；上述pcs系统与上述bms系统之间并行冗余的以太网和硬接线连接。

特别地，建立上述ems系统、上述pcs系统及上述bms系统之间的通信机制。我们定义，以上通信机制包括三种工况，具体分为通信正常、轻微故障和严重故障三种工况。同时，要预先设定好各类信号的优先级。当以上通信机制处于正常工况时，上述pcs系统和上述bms系统分别向上述ems系统上报信息，上述ems系统向上述pcs系统和上述bms系统下达指令，上述pcs系统与上述bms系统之间仅传输报警信号。当以上通信机制处于轻微故障工况时，检测出故障线路后建立转发机制。当以上通信机制处于严重故障工况时，直接通过硬接线传输停机和跳闸信号。

在正常工况下，上述bms系统和上述pcs系统对上述ems系统上送上送信息，上述上送信息包括但不限于开关量信息、模拟量信息、非电量信息以及运行信号和报警信号。上述ems系统向上述pcs系统和上述bms系统下达控制信号，上述控制信号包括但不限于运行参数以及运行模式。其中，报警信号可同时通过多条路径进行传输。其中，上述pcs系统与上述bms系统之间同时通过硬接线和以太网两条路径传输，以可靠保证对报警信号能够做出快速响应。而且，各类信号按照预先设定的优先级进行传输，其中报警信号的优先级最高，控制信号的优先级高于其他非控制信号。

进一步地，上述bms系统、上述pcs系统和上述ems系统均相互独立地具备检测通信中断的能力，当以太网通讯因为各种原因出现故障，某路通信中断时，则改变信息传输路径。例如，当上述pcs系统检测到与上述ems系统的通信中断时，则将上送给上述ems系统的信息传输至上述bms系统，由上述bms系统转发给上述ems系统；当上述ems系统检测到通信中断时，需要下达给上述pcs系统的信息也由上述bms系统进行转发。类似地，当上述bms系统与上述ems系统的通信中断时，由上述pcs系统进行信息转发。若上述bms系统(pcs系统)检测到与上述ems系统和上述pcs系统(bms系统)的通信同时中断，则为严重故障工况，通过硬接线向上述pcs系统(上述bms系统)传输停机和跳闸信号。

值得一提的是，本发明专利申请涉及的iec61850通讯协议等技术特征应被视为现有技术，这些技术特征的具体结构、工作原理以及可能涉及到的控制方式、空间布置方式采用本领域的常规选择即可，不应被视为本发明专利的发明点所在，本发明专利不做进一步具体展开详述。

对于本领域的技术人员而言，依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围。