一种变电站用可重构电池网络能量管控系统技术方案

本发明专利技术提供一种一种变电站用可重构电池网络能量管控系统，采用可重构电池网络，可以在线对故障电池进行隔离切除的同时，不影响整个电池网络工作，不必停机，方便工作人员检修；利用可重构电池网络，便于及时对过充过放单体电池进行处理，有利于延长变电站电池系统的使用寿命和维护成本；所述的变电站直流电源云平台，可以对电池网络中各单体电池状态进行实时监控，便于工作人员进行运维检修，可以调配变电站电池组协助电网进行削峰填谷。

【技术实现步骤摘要】
一种变电站用可重构电池网络能量管控系统
本专利技术属于电池网络
，涉及一种变电站用可重构电池网络能量管控系统。
技术介绍
随着能源结构不断调整，我国的电力系统得到了快速的发展，作为电力系统中重要的组成部分，变电站中二次系统的稳定性与可靠性直接关系到电力系统的稳定运行。为确保继电保护、通信设备等正常运行，在变电站均设有独立的直流供电电源为二次系统负载提供电力保障。直流供电电源的作用是：正常时为变电站内的断路器提供合闸直流电源；故障时，当变电站内电中断的情况下，为继电保护及自动装置、断路器合闸和跳闸、载波通信。因此变电站的直流供电电源是变电站设备网络提供电源保障的最后一道防线，其稳定运行对防止系统破坏、事故扩大和设备严重损坏至为重要，它的正常与否直接关系到电力系统的安全运行。现有变电站直流供电电源，多由固定串并联连接的电池组构成，但自从安装投入使用后，就缺乏进行相关运行维护和有效地管控，经常由于在使用过程中未及时进行修复，从而导致了电池组中单体电池往往充电不及时，容量下降，从而影响整个直流供电电源的容量及使用寿命，更为严重的是导致了整个后备电源系统无法发挥作用以及整个供电系统的崩溃，因此对电池组形成的直流供电电源进行有效管控、在线监测并保证其稳定运行显得特别重要。目前，变电站现有的电池直流供电电源运行中存在的隐患主要有：（1）由于使用原因造成的电池寿命大幅缩减现有固定串并联连接的电池组自从安装投入使用后，就缺乏进行相关运行维护和有效地管控，经常由于在使用过程中未及时进行修复，造成某些单体电池过早出现劣化，并且没有及时对出现问题的单体电池进行维护，从而导致整个电池组出现相同的问题，随着时间的增加和问题的日益恶化，就会导致整个直流供电电源过早报废，更严重影响后背电源系统的作用以及整个供电系统的稳定性。（2）变电站电池系统运维问题现有的单体电池固定采用串并联连接方式，当某一块单体电池出现故障时，必须要隔离整个电池支路才能进行单体电池的维修和更换，大大降低了变电站直流电源系统的工作效率和可靠性，如何形成一套不影响直流电源系统正常工作的运维管控策略尤为重要。（3）变电站直流电源缺乏有效利用变电站直流电源绝大多数时间处于“待命”状态，从某种程度上来讲浪费了电池资源，如果进行有效地调控，变电站内直流供电电源可以参与到电网的削峰填谷，增加整个电网的稳定性与可靠性，盘活大量变电站中的直流供电电源存量，同时也可以增加变电站直流电源的存量，提高变电站直流电源的冗余性和稳定性。除此之外，变电站直流供电电源的运维和管控一直面临运维负担重、效率低、成本高和随机突发故障等突出问题，现有传统的电池拓扑结构以及电池管控技术已不能满足变电站安全稳定运行的需要，因此，高效的智能化的电池能量管控系统，对于变电站运行维护乃至于电力系统的稳定性来说都尤为重要。
技术实现思路
为克服上述现有技术中的不足，本专利技术目的在于提供一种变电站用可重构电池网络能量管控系统。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种变电站用可重构电池网络能量管控系统，所述能量管控系统包括：电池柜控制终端、电池网络、开关阵列模块、电池能量适配器、数据总线、变电站内直流母线、变电站直流电源云平台、能量流动控制模块、变电站直流负载及交流配电单元；所述电池网络包括多块配备电池能量网卡的单体电池；并采用以下步骤：⑴、电池能量信息采集与传输：采用电池能量网卡对单体电池的电压、电流、温度进行实时监测，电池能量集线器对各电池组支路的电压和电流进行实时监测，并将实时监测的数据通过总线传输至电池柜控制终端；⑵、电池能量信息处理：电池柜控制终端对电池网络的能量信息进行实时处理和分析，计算出各单体电池的SOC和SOH，判断各单体电池的健康状态，并对各单体电池的使用寿命进行估计；⑶、电池网络的执行控制：电池柜控制终端根据电池网络的能量信息，对各单体电池容量、电池组容量进行排序，当系统执行充电指令时，电池电量不足的单体电池、电池组优先进行充电；当系统执行放电指令时，电池电量不足的单体电池、电池组优先不参与充电；⑷、故障电池、过充和过放电池隔离：电池柜控制终端通过电池网络能量信息的分析结果，当单体电池电压低于阈值2.8V时，判断为电池过放，当单体电池电压高于阈值3.6V时，判断为电池过充，当电池温度高于阈值55℃时，发出高温报警指令，对过充和过放电池、高温报警电池进行隔离处理；程序运行中，先选中要隔离的电池编号，并在电池网络总输出电压、电流变化最小的基础上，重构各单体电池的连接方式，优化电池网络拓扑，并将新的开关阵列拓扑信息传输至开关阵列模块，进行电池网络重构；⑸、变电站直流电源云平台的数据整合：电池柜控制终端将电池网络中的单体电池的能量信息以及健康状态、故障电池隔离信息、电池网络实时拓扑信息发送至变电站直流电源云平台进行统一的数据存储和处理，便于工作人员进行运维。上述方案中，有关内容解释如下：1、上述方案中，所述电池能量集线器包括电池组支路集线器、电压传感器和电流传感器。2、上述方案中，所述电池网络由多块配备电池能量网卡的单体电池组成，这多块所述单体电池经过开关阵列的组合，形成多条并联的电池支路组，每条所述电池支路组由若干单体电池串联形成，每条所述电池支路组分别与一个电池能量集线器相连。3、上述方案中，所述开关阵列模块，包括与嵌入到电池网络中的开关阵列和嵌入式控制器。4、上述方案中，所述电池能量网卡包括：电压传感器、电流传感器、温度传感器、嵌入式控制器、以及数据收发模块，所述电池能量网卡实时采集单体电池的电压、电流、温度信息。5、上述方案中，所述电池能量适配器包括嵌入式控制器模块、双向DC/DC模块、多个电池能量集线器，多个所述电池能量集线器与所述双向DC/DC模块相连。6、上述方案中，所述电池柜控制终端包括处理器、数据交互模块、存储单元及通信模块；所述通信模块将所述处理器发出的电池网络能量信息、故障电池、过充和过放电池隔离信息上传到变电站直流电源云平台，所述电池能量信息集线器将所述电池能量网卡的总线数据进行编辑传输至所述处理器进行数据分析和处理，所述存储单元对所述电池网络能量信息和处理器分析后的结果进行存储，所述数据交互模块将所述处理器对外的执行指令传输到开关阵列、电池能量适配器、能量流动控制模块。7、上述方案中，所述能量流动控制模块包括双向AC/DC模块和变压模块。8、上述方案中，所述变电站直流电源云平台，同时与多个所述电池柜控制终端进行通信，存储所述电池柜控制终端上传的电池网络状态信息和故障信息，便于工作人员进行单体电池的换修和巡检，工作人员可以通过所述变电站直流电源云平台进行统一调度，控制各电池柜控制终端协助电网实现的削峰填谷。9、上述方案中，所述变电站内直流母线与所述能量流动控制模块、变电站直流负载、电池能量适配器相连，所述能量流动控制模块与交流配电单元相连；所述交流配电单元与外部电网进行连接，由所述变电站直流电源云平台辅助控制进行电网的削峰填谷。10、上述方案中，SOC全称是StateofCharge,荷电状态,也叫剩余电量,代表的是电池使用一段时间或长期搁置不用后的剩余容量与其完全充电状态的容量的比值,常用百分数表示。其取值范围为0~1，当SOC=0时表示电池放电完全，当SOC=本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种变电站用可重构电池网络能量管控系统，其特征在于：所述能量管控系统包括：电池柜控制终端、电池网络、开关阵列模块、电池能量适配器、数据总线、变电站内直流母线、变电站直流电源云平台、能量流动控制模块、变电站直流负载及交流配电单元；所述电池网络包括多块配备电池能量网卡的单体电池；并采用以下步骤：⑴、电池能量信息采集与传输：采用电池能量网卡对单体电池的电压、电流、温度进行实时监测，电池能量集线器对各电池组支路的电压和电流进行实时监测，并将实时监测的数据通过总线传输至电池柜控制终端；⑵、电池能量信息处理：电池柜控制终端对电池网络的能量信息进行实时处理和分析，计算出各单体电池的SOC和SOH，判断各单体电池的健康状态，并对各单体电池的使用寿命进行估计；⑶、电池网络的执行控制：电池柜控制终端根据电池网络的能量信息，对各单体电池容量、电池组容量进行排序，当系统执行充电指令时，电池电量不足的单体电池、电池组优先进行充电；当系统执行放电指令时，电池电量不足的单体电池、电池组优先不参与充电；⑷、故障电池、过充和过放电池隔离：电池柜控制终端通过电池网络能量信息的分析结果，当单体电池电压低于阈值2.8V时，判断为电池过放，当单体电池电压高于阈值3.6V时，判断为电池过充，当电池温度高于阈值55℃时，发出高温报警指令，对过充和过放电池、高温报警电池进行隔离处理；程序运行中，先选中要隔离的电池编号，并在电池网络总输出电压、电流变化最小的基础上，重构各单体电池的连接方式，优化电池网络拓扑，并将新的开关阵列拓扑信息传输至开关阵列模块，进行电池网络重构；⑸、变电站直流电源云平台的数据整合：电池柜控制终端将电池网络中的单体电池的能量信息以及健康状态、故障电池隔离信息、电池网络实时拓扑信息发送至变电站直流电源云平台进行统一的数据存储和处理，便于工作人员进行运维。...

【技术特征摘要】
1.一种变电站用可重构电池网络能量管控系统，其特征在于：所述能量管控系统包括：电池柜控制终端、电池网络、开关阵列模块、电池能量适配器、数据总线、变电站内直流母线、变电站直流电源云平台、能量流动控制模块、变电站直流负载及交流配电单元；所述电池网络包括多块配备电池能量网卡的单体电池；并采用以下步骤：⑴、电池能量信息采集与传输：采用电池能量网卡对单体电池的电压、电流、温度进行实时监测，电池能量集线器对各电池组支路的电压和电流进行实时监测，并将实时监测的数据通过总线传输至电池柜控制终端；⑵、电池能量信息处理：电池柜控制终端对电池网络的能量信息进行实时处理和分析，计算出各单体电池的SOC和SOH，判断各单体电池的健康状态，并对各单体电池的使用寿命进行估计；⑶、电池网络的执行控制：电池柜控制终端根据电池网络的能量信息，对各单体电池容量、电池组容量进行排序，当系统执行充电指令时，电池电量不足的单体电池、电池组优先进行充电；当系统执行放电指令时，电池电量不足的单体电池、电池组优先不参与充电；⑷、故障电池、过充和过放电池隔离：电池柜控制终端通过电池网络能量信息的分析结果，当单体电池电压低于阈值2.8V时，判断为电池过放，当单体电池电压高于阈值3.6V时，判断为电池过充，当电池温度高于阈值55℃时，发出高温报警指令，对过充和过放电池、高温报警电池进行隔离处理；程序运行中，先选中要隔离的电池编号，并在电池网络总输出电压、电流变化最小的基础上，重构各单体电池的连接方式，优化电池网络拓扑，并将新的开关阵列拓扑信息传输至开关阵列模块，进行电池网络重构；⑸、变电站直流电源云平台的数据整合：电池柜控制终端将电池网络中的单体电池的能量信息以及健康状态、故障电池隔离信息、电池网络实时拓扑信息发送至变电站直流电源云平台进行统一的数据存储和处理，便于工作人员进行运维。2.根据权利要求1所述的变电站用可重构电池网络能量管控系统，其特征在于：所述电池能量集线器包括电池组支路集线器、电压传感器和电流传感器。3.根据权利要求1所述的变电站用可重构电池网络能量管控系统，其特征在于：所述电池网络由多块配备电池能量网卡的单体电池组成，这多块所述单体电池经过开关阵列的组合，形成多条并联的电池支路组，每...

【专利技术属性】
技术研发人员：李正佳，孙大军，
申请(专利权)人：苏州华天国科电力科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32