一种共直流母线储能系统运行保护的方法与存储介质与流程

1.本发明涉及电力控制技术领域，特别涉及一种共直流母线储能系统运行保护的方法与存储介质。


背景技术：

2.直流母线共享式储能系统是一种新型的储能架构。此架构由两个及以上的储能子系统的直流母线并联再一起，再对负载放电或从电网取电。直流母线共享式储能系统可有两个或多个子系统组成，是由多个子系统直流母线并联在一块组成一个直流母线共享式储能系统。而单个子系统的配置为1个电柜、1台dcdc、1台pcs和ems系统。
3.子系统的工作原理如下：
4.电柜上了高压，dcdc启动，将电柜电压升到750v后，直流母线电压建立。pcs启动，对外放电一定的功率，如50kw，pcs便会从直流母线拉取50kw的功率。此时，直流母线的电压会被拉低，dcdc为了维持直流母线的电压保持在750v，便会让电柜放电50kw到直流母线上。同样的，pcs从电网拉取一定的功率，如-50kw，(负功率为电柜充电，正功率为电柜放电)，此时，直流母线涌入50kw的功率，直流母线电压会抬升，dcdc为了维持直流母线的电压保持在750v，会将直流母线上的50kw功率输入到电柜，对电柜充电。
5.在直流母线共享式储能系统中，直流母线电压是由dcdc建立并维持的。由于dcdc自供电的损耗，以及直流母线的线损，直流母线电压会低于750v。为了维持直流母线电压，即便是系统待机的时候，dcdc仍会让电柜放电，放电电流大概在5a左右，让直流母线电流保持在750v。
6.通过图1的直流母线共享式储能系统的架构图中可以发现，由于dcdc与pcs是不带隔离的，系统待机的时候，直流母线会有能量流动，能量的来源为pcs的小电流，小电流可能是充电电流，也可能是放电电流。
7.通过以上两点可以发现，直流母线共享式储能系统在待机的时候，直流母线也会存在能量流动，小电流会对电柜充电或放电。长此以往，电柜会出现被小电流充爆(过充，单体电芯电压≥3.7v，小电流，bms无法检测到，无法保护)或放空(过放，单体电芯电压≤2.6v)的情况。


技术实现要素：

8.本发明所要解决的技术问题是：提供一种共直流母线储能系统运行保护的方法与存储介质，能够有效实现直流母线共享式储能系统的运行保护，防止电芯过充放导致电芯报废。
9.为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
10.一种共直流母线储能系统运行保护的方法，包括ems保护策略，所述ems保护策略包括步骤：
11.ems检测到soc达到第一电量阈值或单体电芯电压大于或等于第一电压阈值时，向
pcs发送停止充电的指令；
12.ems检测到soc低至第二电量阈值或单体电芯电压小于或等于第二电压阈值时，向pcs发送停止放电的指令。
13.为了解决上述技术问题，本发明采用的另一种技术方案为：
14.一种共直流母线储能系统运行保护的存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被执行时实现以上一种共直流母线储能系统运行保护的方法中的步骤。
15.本发明的有益效果在于：本发明的一种共直流母线储能系统运行保护的方法与存储介质，通过ems设置了soc的使用上限和使用下限，避免soc满充或满放，使储能系统进入待机的时候，仍有余量去吸纳直流母线的能量或向直流母线释放能量，防止电芯出现过充或过放。
附图说明
16.图1为本发明实施例的一种共直流母线储能系统运行保护的方法的流程图；
17.图2为本发明背景技术的一种直流母线共享式储能系统的结构示意图；
18.图3为本发明实施例的一种共直流母线储能系统运行保护的方法的部分设备通讯连接示意图。
具体实施方式
19.为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。
20.ems：energy management system，能量管理系统。
21.bms：battrry management system，电池管理系统。
22.dcdc：dc/dc，将某一电压等级的直流电源变换其他电压等级直流电源的装置。
23.pcs：power conversion system，储能变流器，由dc/ac双向变流器、控制单元等构成。
24.soc：state of charge，荷电状态，反映电池的剩余容量。
25.请参照图1以及图2，一种共直流母线储能系统运行保护的方法，包括ems保护策略，所述ems保护策略包括步骤：
26.ems检测到soc达到第一电量阈值或单体电芯电压大于或等于第一电压阈值时，向pcs发送停止充电的指令；
27.ems检测到soc低至第二电量阈值或单体电芯电压小于或等于第二电压阈值时，向pcs发送停止放电的指令。
28.从上述描述可知，本发明的有益效果在于：本发明通过ems设置了soc的使用上限和使用下限，避免soc满充或满放，使储能系统进入待机的时候，仍有余量去吸纳直流母线的能量或向直流母线释放能量，防止电芯出现过充或过放。
29.进一步地，所述第一电量阈值为95％，所述第一电压阈值为3.5v，所述第二电量阈值为20％，所述第二电压阈值为3.0v。
30.由上述描述可知，设置了soc的使用上限和使用下限为20％-95％。目的是为了储能系统待机的时候，能够留有余量去吸纳直流母线上的能量，防止电芯过充或过放。根据电
芯使用的上下限来设置第一电压阈值和第二电压阈值，就可以做到提前保护。
31.进一步地，所述ems保护策略还包括步骤：
32.根据预设周期，ems令单体电芯电压低于第三电压阈值且bms电流低于第一电流阈值，并静置预设时间后进行soc低端校准。
33.由上述描述可知，由于现在soc的计算策略都是由按时积分计算得到的，电池长期没法满充或满放以进行soc校准的话，soc的偏差会越来越大。因此，ems需要增加soc低端校准的策略。由ems设置一个时间，制造soc低端校准的条件，并静止一端足够长的时间，以定期进行soc低端校准。
34.进一步地，所述第三电压阈值为3.2v，所述第一电流阈值为5a。
35.由上述描述可知，单体电芯电压低于3.2v，bms电流低于5a作为soc低端校准的条件。
36.进一步地，在所述ems保护策略失效后，执行dcdc保护策略，所述dcdc保护策略包括步骤：
37.dcdc向bms获取单体电芯电压，若所述单体电芯电压小于第四电压阈值，则将dcdc的放电限制值设为0，若所述单体电芯电压大于第第五电压阈值，则将dcdc的充电限制值设为0；
38.dcdc向所述bms获取故障信息，若所述bms出现三级故障，则dcdc将充电限制值和放电限制值设置为0，直到故障恢复，dcdc根据bms当前最大允许放电电流重新设置充电限制值和放电限制值；
39.所述第四电压阈值根据电芯使用下限设置，所述第五电压阈值根据电芯使用上限设置。
40.由上述描述可知，在ems保护策略失效后，则进入dcdc保护策略，在单体电芯电压小于第四电压阈值时，dcdc将放电限制值设置为0，电柜就停止放电，避免了电芯过放的风险，在单体电芯电压高于第五电压阈值时，dcdc将充电限制设为0，电柜停止充电，避免了电芯过充的风险。同时，dcdc会读取bms的故障信息，在bms出现三级故障时，将充放电限制值设置为0，电柜停止输出，既不充电，也不放电，直到故障恢复后，dcdc根据bms当前最大允许充放电电流值重新设置充放电限制值。通常的储能系统是由pcs响应保护策略的，而本发明由dcdc进行响应。
41.进一步地，所述第四电压阈值为2.8v，所述第五电压阈值为3.6v。
42.由上述描述可知，第四电压阈值为2.8v，第五电压阈值为3.6v，根据电芯的使用上下限定。
43.进一步地，所述dcdc保护策略还包括步骤：
44.在对电芯进行充放电过程中，dcdc实时获取bms当前的最大充电电流或最大放电电流，并根据所述最大充电电流设置dcdc的充电限制值，根据所述最大放电电流设置dcdc的放电限制值；
45.所述放电限制值小于或等于所述最大放电电流，所述充电限制值小于或等于所述最大充电电流。
46.由上述描述可知，在整个充电过程/放电过程中，dcdc会根据bms当前的最大充电电流或最大放电电流，对应进行充电限制值或放电限制值的设置，称之为电流跟随策略，可
以有效避免dcdc充电限制值》bms当前最大充电电流，或dcdc放电限制值大于bms当前最大放电电流，而造成系统过载，停机保护的情况。
47.进一步地，所述dcdc保护策略还包括步骤：
48.ems识别到dcdc的放电限制值设为0后，向dcdc下发将放电限制值设置为第二电流阈值；
49.在dcdc建立直流母线电压后，ems在预设时间内尝试启动pcs向电柜充电，若在预设时间内启动失败，则发起人工介入请求。
50.由上述描述可知，在dcdc的放电限制值设为0后，此时dcdc无法维持直流母线电压，储能系统关机。由于电流跟随策略的存在，导致储能系统关机之后想重新启动，由于dcdc的放电限制值还是为0，没有能量来源建立母线电压，所以储能系统无法重新启动，没有机会进行充电动作。为了解决这个问题，由ems在识别到系统因dcdc的放电限制值设为0而关机的状态后，会强制下发dcdc放电限制值为第二电流阈值，使dcdc建立直流母线电压。由于当前的bms允许放电电流为0，如果放电时间过长，会导致单体电芯电压降低到2.5v以下，永久损坏电芯，ems需要在预设时间内启动pcs给电柜充电，如果ems在预设时间内启动pcs充电失败，则ems不再第二次尝试启动储能系统充电，直接通知由人工介入处理。
51.进一步地，所述第二电流阈值为5a，所述预设时间为30s。
52.由上述描述可知，第二电流阈值为5a，这个电流值足够dcdc建立直流母线电压。
53.一种共直流母线储能系统运行保护的存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被执行时实现以上一种共直流母线储能系统运行保护的方法中的步骤。
54.从上述描述可知，本发明的有益效果在于：本发明通过ems设置了soc的使用上限和使用下限，避免soc满充或满放，使储能系统进入待机的时候，仍有余量去吸纳直流母线的能量或向直流母线释放能量，防止电芯出现过充或过放。
55.本发明的一种共直流母线储能系统运行保护的方法与存储介质，适用于直流母线共享式储能系统的运行保护。
56.请参照图1，本发明的实施例一为：
57.一种共直流母线储能系统运行保护的方法，包括ems保护策略，所述ems保护策略包括步骤：
58.ems检测到soc达到第一电量阈值或单体电芯电压大于或等于第一电压阈值时，向pcs发送停止充电的指令；
59.ems检测到soc低至第二电量阈值或单体电芯电压小于或等于第二电压阈值时，向pcs发送停止放电的指令。
60.本实施例中，当直流母线共享式储能系统充电时，当ems检测到soc达到95％或单体电压电芯电压≥3.5v的时候，便会通过lan通讯给pcs下发指令，停止充电，但电柜不下高压，dcdc不关机。当直流母线共享式储能系统放电时，当ems检测到soc达到20％或单体电压电芯电压≤3.0v的时候，便会通过lan通讯给pcs下发指令，停止放电，但电柜不下高压，dcdc不关机。
61.本实施例中，第一电量阈值为95％，第一电压阈值为3.5v，第二电量阈值为20％，第二电压阈值为3.0v，在其他等同实施例中，也可以根据实际需求调整。
62.本实施例中，若采用这个策略，则会引发出另外一个问题。由于现在soc的计算策
略都是由安按时积分计算得到的，而电池长期没法满充或着满放进行soc校准的话，soc的偏差会越来越大。这个策略为了维持母线的电压以及吸纳直流母线上的能量，soc需要留有余量，没法满充满放。所以，ems需要增加soc低端校准的策略。
63.所述ems保护策略还包括步骤：
64.根据预设周期，ems令单体电芯电压低于第三电压阈值且bms电流低于第一电流阈值，并静置预设时间后进行soc低端校准。
65.本实施例中，soc低端校准的条件为单体电芯电压低于3.2v，bms电流低于5a，静置一个小时。ems设置一个时间，制造soc低端校准的条件，定期进行soc低端校准，保证soc计算的准确。
66.本发明实施例二为：
67.一种共直流母线储能系统运行保护的方法，与实施例一的区别在于，还包括dcdc保护策略，在所述ems保护策略失效后，包括检测到ems与储能系统的通讯中断或检测到ems指令发送失败(ems策略失效指的是ems无法按照预定的参数对储能系统进行保护，造成这种现象的原因可能是ems与储能系统的通讯断开，无法发送指令；或者由于存在电磁干扰、通讯线虚接，造成ems指令发送失败等)，执行dcdc保护策略，所述dcdc保护策略包括步骤：
68.dcdc向bms获取单体电芯电压，若所述单体电芯电压小于第四电压阈值，则将dcdc的放电限制值设为0，若所述单体电芯电压大于第五电压阈值，则将dcdc的充电限制值设为0；
69.dcdc向所述bms获取故障信息，若所述bms出现三级故障，则dcdc将充电限制值和放电限制值设置为0，直到故障恢复，dcdc根据bms当前最大允许放电电流重新设置充电限制值和放电限制值；
70.所述第四电压阈值根据电芯使用下限设置，所述第五电压阈值根据电芯使用上限设置。
71.电柜上了高压，dcdc启动，将电柜电压升到750v后，直流母线电压建立。pcs启动，对外放电一定的功率，如50kw，pcs便会从直流母线拉取50kw的功率。此时，直流母线的电压会被拉低，dcdc为了维持直流母线的电压保持在750v，便会让电柜放电50kw到直流母线上。同样的，pcs从电网拉取一定的功率，如-50kw，(负功率为电柜充电，正功率为电柜放电)，此时，直流母线涌入50kw的功率，直流母线电压会抬升，dcdc为了维持直流母线的电压保持在750v，会将直流母线上的50kw功率输入到电柜，对电柜充电。所以，储能子系统的充放电是通过dcdc实现的，直流母线电压也是dcdc维持的，可以说，dcdc是整个直流母线共享式储能系统能否正常运行的关键所在。
72.dcdc有两个重要的参数，一个是充电限制值，一个是放电限制值。这两个参数可以控制dcdc到电柜之间的充放电电流大小。如设置dcdc充电限制值为0，放电限制值不为0，则整个储能子系统处于只放电，不充电的状态。设置dcdc充电限制值不为0，放电限制值为0，则整个储能子系统处于只充电，不放电的状态。设置dcdc充电限制值为0，放电限制值为0，则整个储能子系统处于不充电，也不放电的状态。因此，ems可以通过设置dcdc的充电限制值与放电限制值来控制电柜的充放电功率以及禁充或禁放的状态。
73.如图3所示，dcdc具备两个通讯接口，一个lan通讯，一个can通讯。ems通过lan口与dcdc进行通讯；bms通过can口与dcdc进行通讯。pcs通过lan口与ems通讯。dcdc具备can通讯
功能。基于这个特性，采用dcdc与bms的acan直接进行通讯。
74.本实施例中当dcdc从acan读取到单体电芯电压≤2.8v时，dcdc将放电限制值设置为0，电柜就停止放电，避免了电芯过放的风险。
75.当dcdc从acan读取到单体电芯电压≥3.6v时，dcdc将充电电限制值设置为0，电柜就停止充电，避免了电芯过充的风险。
76.本实施例中，第四电压阈值为2.8v，第五电压阈值为3.6v。
77.本实施例中，当dcdc从acan读取到bms出现三级故障(bms拥有三级故障机制，三级故障处理方式为断开电池主继电器并上报；而一、二级故障处理方式为上报警告(上报后相关负载或者充电机可以进行一定的功率控制))时，dcdc将充放电限制值设置为0，电柜停止输出，既不充电，也不放电，直到故障恢复后，dcdc根据bms当前最大允许充放电电流值重新设置充放电限制值。
78.所述dcdc保护策略还包括步骤：
79.在对电芯进行充放电过程中，dcdc实时获取bms当前的最大充电电流或最大放电电流，并根据所述最大充电电流设置dcdc的充电限制值，根据所述最大放电电流设置dcdc的放电限制值；
80.所述放电限制值小于或等于所述最大放电电流，所述充电限制值小于或等于所述最大充电电流。
81.本实施例中，在整个充电过程/放电过程中，dcdc可以根据从acan上读取到bms当前最大充电电流/bms当前最大放电电流设置dcdc充放电限制值，称之为电流跟随策略。这样就可以避免dcdc充放电限制值》bms当前最大充电电流/bms当前最大放电电流而造成系统过载，停机保护的情况。
82.dcdc为了维持直流母线电压，是需要让电柜放电的。一旦dcdc放电限制值因单体电芯电压≤2.8v，被设置为0的话，电柜就停止放电了。dcdc失去了维持直流母线电压的能量来源，直流母线电压便会持续的降低。直到直流母线电压降低到与电柜电压相同，dcdc停机，pcs也会因直流端口电压过低故障停机，整个直流母线共享式储能系统便停止运行。
83.如果储能子系统的单体电芯电压≤2.8v，此时，bms允许放电电流变为0，bms允许放电电流变为0，由于电流跟随策略的存在，dcdc的放电限制值设为0。此时dcdc无法维持直流母线电压，储能系统关机。此时则会出现一个问题，那就是这个状态下的储能系统其实是允许充电的，也就是说是有机会解除dcdc放电限制值为0这个状态的，但是，因为电流跟随策略的存在，导致储能系统关机之后想重新启动，由于dcdc的放电限制值还是为0，没有能量来源建立母线电压，所以，储能系统无法重新启动，没有机会进行充电动作。
84.为了解决这个问题，ems在识别到系统因单体电芯电压≤2.8v而关机的状态后，会强制下发dcdc放电限制值为5a(这个电流值足够dcdc建立直流母线电压)，直流母线电压建立后，ems需要在30s(由于当前的bms允许放电电流为0，如果放电时间过长，会导致单体电芯电压降低到2.5v意外，永久损坏电芯)内启动pcs给电柜充电。如果ems在30s内启动pcs充电失败，则ems不在第二次尝试启动储能系统充电，由人工介入处理。
85.本实施例中，第二电流阈值为5a，预设时间为30s，在其他等同实施例中，第二电流阈值和预设时间可以根据实际需求调整，其中第二电流值需足够dcdc建立直流母线电压。
86.本发明的实施例三为：
87.一种共直流母线储能系统运行保护的存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被执行时实现以上实施例一或二中的步骤。
88.综上所述，本发明提供的一种共直流母线储能系统运行保护的方法与存储介质，通过ems设置了soc的使用上限和使用下限，避免soc满充或满放，使储能系统进入待机的时候，仍有余量去吸纳直流母线的能量或向直流母线释放能量，防止电芯出现过充或过放。定了直流母线共享式储能系统运行过程的保护策略，使得储能系统可以更安全的工作。解决了直流母线共享式储能系统运行过程中遇到的直流母线小电流流动、单体电芯电压过低保护无法重新启动的问题。
89.以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。