CN109449961A - 一种适用于混合储能装置的能量路由控制器及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适用于混合储能装置的能量路由控制器及其控制方法，包括相互可拆卸地连接的上箱组件和下箱组件，上箱组件包括左板、后板和下板；下箱组件，下箱组件包括右板、前板和上板；左板上端设置有延伸板；上板上侧面设有延展槽，卡扣凸起与所述卡扣配合槽配合限位，还包括安装在上箱组件和下箱组件围成的箱体中的控制电路。发明可拆卸的协调控制器箱体结构，在拆卸或者安装时，能够节省了大量的人力，且方便、成本低，且为了拆卸和安装方便。
Description
技术领域
本发明涉及一种适用于混合储能装置的能量路由控制器及其控制方法，属于储能装置能量路由控制设备技术领域。
背景技术
智能配电网技术旨在解决电网兼容及使用大规模间歇式分布式能源，提升可再生能源利用率，优化一次能源结构等问题。储能装置在智能配电网中主要起到在***运行在孤岛下给本地负载提供可靠的电能，同时减小分布式能源输出功率的波动对电网的影响的作用。储能能量路由控制器是智能配电网分层分布协调控制框架下的第一层完成就地控制储能,协调多个同一区域内储能出力功能的装置。
现有技术中，在装配协调控制器箱体时，需要多个板子通过螺丝固定，而这样需要大量的人力，在拧紧或者拧松螺丝的同时，需要有力托着需要连接的板子。如果板子不大或者重量不大时，可以一个人完成装配，如果需要连接的板子较厚、较重时，一个工序将需要较多的人才能完成，这样十分浪费人力，且耗费人工成本较大。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种适用于混合储能装置的能量路由控制器及其控制方法，以解决现有技术中存在的问题。
本发明采取的技术方案为：一种储能能量路由控制器，它包括：
上箱组件，包括左板、后板和下板，所述左板的一条侧边与所述后板相连接，与之垂直的另一条侧边与所述下板相连接，所述后板的一条侧边与所述下板相连接；
下箱组件，包括右板、前板和上板，所述右板的一条侧边与所述前板相连接，与之垂直的另一条侧边与所述上板相连接，所述前板的一条侧边与所述上板相连接；
其中，所述左板上端设置有水平的延伸板，所述延伸板上设有卡扣凸起；所述上板上表面设有延展槽，所述延展槽上设有卡扣配合槽，所述延伸板或动置于所述延展槽内导向，所述卡扣凸起与所述卡扣配合槽配合限位；
其中，上箱组件和所述下箱组件通过连接件固定组装成箱体；
还包括安装在箱体中的控制电路。
作为储能能量路由控制器的一种优选方案，其中：所述后板上端设有第一凸出连接块，所述左板上端和前端分别设有第二凸出连接块和第三凸出连接块，所述第一凸出连接块、所述第二凸出连接块和第三凸出连接块上均设有固定孔；所述上板和前板左端均设有穿透孔，所述连接件穿过固定孔和穿透孔固定所述上箱组件和所述下箱组件。
作为储能能量路由控制器的一种优选方案，其中：所述连接件为螺钉，所述固定孔和穿透孔为螺纹孔。
作为储能能量路由控制器的一种优选方案，其中：所述后板右端后侧设有第一定位件，所述第一定位件截面呈L型，其一面与所述后板相贴合固定，另一面与所述后板相垂直。
作为储能能量路由控制器的一种优选方案，其中：所述前板右端外侧设有第二定位件，所述第二定位件截面呈L型，其一面与所述前板相贴合固定，另一面与所述前板相垂直。
作为储能能量路由控制器的一种优选方案，其中：所述第一定位件和所述第二定位件上均设有定位孔。
作为储能能量路由控制器的一种优选方案，其中：所述定位孔包括嵌入孔和限位孔，所述限位孔的直径小于所述嵌入孔的直径；螺栓自所述嵌入孔***后，沿着定位孔到达所述限位孔固定；所述第一定位件和所述第二定位件不为对称设置。
作为储能能量路由控制器的一种优选方案，其中：所述右板上设置有复位键孔和插接端口。
作为储能能量路由控制器的一种优选方案，其中：储能能量路由控制器还包括控制电路，控制电路置于所述上箱组件和下箱组件围成的箱体内；所述控制电路包括线路板、复位键和串口，所述复位键和串口分别与所述线路板相连接；所述复位键穿过所述复位键孔，所述串口穿过所述插接端口。
一种储能能量路由控制器的控制方法，该方法包括以下步骤：
第一步，分析储能装置的特性：包括储能的容量(SOC值)，储能的最大充放电功率，储能的功率响应速度，混合储能的类型，各混合型储能的充放电阈值；
第二步，根据高通或低通滤波控制，实现混合储能功率分配；
第三步，优化储能协调控制效率，设定为只有在监测到某个储能装置的 SOC值到达设定的阈值时才改变一次优先级，将该储能装置移至优先级序列的末端，并设置为不再继续，只能反方向充放电；
第四步，制定储能能量路由控制器的控制方法：首先接受分层分布控制器的目标控制功率，根据电池种类标号将变化的高频分量需求传给快速充放的储能装置，将缓慢变化的低频分量需求传给储能多的储能装置；其次，对每个设备设置防止过充过放SOC保护阈值。然后根据各储能SOC状态建立储能装置优先充放电优先级顺序表，优先对该优先级顺序表中靠前的储能进行放电，以及优先对优先级低的储能进行充电，按照最大输出输入满发确定每个储能的功率输出，该优先级顺序表只有当有储能装置到达充放电阈值时才变化，将到达过充阈值的储能装置移至优先级顺序表最前，将到达过放阈值的储能装置移至优先级顺序表最后，同时需要将达到阈值的装置设置不可继续充电或不可继续放电标志位，在之后的功率分配过程中不参与继续充电或放电，而只进行反向过程。根据优先级顺序表分别进行高频及平滑功率分配时，如果有多余功率无法消纳时，需要将剩余功率转给另外一种类型的储能放在尾部继续进行分配过程；
完成整个协调分配过程后将更新后的储能装置运行信息上传给分层分布控制器进行下一次局部控制。
步骤二中分配混合储能功率采用高通或低通滤波控制，两者在频域上的功率分配表达式为：
其中，Tf为滤波时间常数，P为功率，PL(s)表示低通滤波有功功率PL的拉氏变换，PH(s)表示高通滤波有功功率PH的拉氏变换。
本发明的有益效果：与现有技术相比，本发明可拆卸的协调控制器箱体结构，在拆卸或者安装时，设置的相互配合的延伸板和延展槽，能够节省了大量的人力，且方便、成本低，且为了拆卸和安装方便，设置卡扣形式，先预定位，便于拧紧或者松开上箱组件和下箱组件之间的连接。
附图说明
图1为储能能量路由控制器的协调控制策略流程图；
图2为储能能量路由控制器的上箱体的整体结构示意图；
图3为储能能量路由控制器的下箱体的整体结构示意图；
图4为储能能量路由控制器的整体结构的示意图；
图5为图4的A部放大示意图；
图6为储能能量路由控制器的第二定位件连接处的局部放大示意图；
图7为储能能量路由控制器的RJ45插头的整体结构示意图；
图8为储能能量路由控制器的串口的整体结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图及具体的实施例对发明进行进一步介绍。
实施例1：如图2-图4所示，一种储能能量路由控制器，控制器包括上箱组件100和下箱组件200，上箱组件100和下箱组件200通过连接件固定，组装成箱体，还包括安装在箱体中的控制电路300。
具体的，上箱组件100包括左板101、后板102和下板103，左板101的一条侧边与后板102相连接，与之垂直的另一条侧边与下板103相连接，后板102的一条侧边与下板103相连接，通过左板101、后板102和下板103组成一个类似于三个面组成的一个顶角的样式；
下箱组件200包括右板201、前板202和上板203，右板201的一条侧边与前板202相连接，与之垂直的另一条侧边与上板203相连接，前板202的一条侧边与上板203相连接，与上箱组件100相对应的，通过右板201、前板 202和上板203组成一个类似于三个面组成的一个顶角的样式。
上箱组件100和下箱组件200之间通过螺栓螺丝的固定配合，形成一个完整的箱体。
其中，需要说明的是，左板101上端设置有水平的延伸板101a，上板203 上表面设有延展槽203a，延伸板101a活动置于延展槽203a内限位，这样设置的意义是：当上箱组件100和下箱组件200之间拆卸或者安装时，不用人为拖着被拆卸或者安装的另一半，通过这种插接装卸省力、省时，起到辅助支撑的作用，其中，延伸板101a上设有卡扣凸起101a-1，延展槽203a上设有卡扣配合槽203a-1，卡扣凸起101a-1与卡扣配合槽203a-1配合限位，这样设计的意义是：可以使得上箱组件100和下箱组件200之间通过螺栓螺丝的固定配合时，可以通过卡扣凸起101a-1与卡扣配合槽203a-1配合先进行预定位，保证上箱组件100和下箱组件200之间的位置关系。
参照图2和图3，后板102上端设有第一凸出连接块102a，左板101上端和前端分别设有第二凸出连接块101b第三凸出连接块101c，第一凸出连接块102a、第二凸出连接块101b第三凸出连接块101c上均设有固定孔b，上板203左端上均设有穿透孔c，连接件穿过固定孔b和穿透孔c固定上箱组件 100和下箱组件200，连接件为螺钉，且固定孔b和穿透孔c为螺纹孔。
参照图1-图3，后板102右端后侧设有第一定位件102b，第一定位件102b 截面呈L型，其一面与后板102相贴合固定，另一面与后板102相垂直。前板202右端外侧设有第二定位件202a，第二定位件202a截面呈L型，其一面与前板202相贴合固定，另一面与前板202相垂直，且第一定位件102b和第二定位件202a上均设有定位孔a。
为了减少螺钉的使用，第一定位件102b与后板102、第二定位件202a与前板202连接时，通过可拆卸式结构代替螺钉。
可拆卸式结构包括限位件202b，限位件202b包括扇形推块202b-1和连接柱202b-2，扇形推块202b-1和连接柱202b-2相铰接，在铰接处设有橡胶垫圈202b-3。
需要说明的是，扇形推块202b-1上设有限位凹槽202b-11和拨动块 202b-12，通过拨动块202b-12可以推动扇形推块202b-1绕着扇形推块202b-1 和连接柱202b-2的铰接处旋转。
与此同时，第二定位件202a上设有“L”型凹槽，前板202上设有凸起柱202c，当凸起柱202c沿着“L”型凹槽的轨道落到“L”型凹槽的最末端，旋转扇形推块202b-1使得扇形推块202b-1与凸起柱202c的外径相切，此时，凸起柱202被完全限位，使得第二定位件202a与前板202固定连接。当需要拆卸时，反向操作即可。
第一定位件102b与后板102相固定的方式相同。
为了使得在拨动扇形推块202b-1拨动后可以限位，在第二定位件202a 上设有小凸起，限位凹槽202b-11和小凸起相配合。
右板201设有复位键孔201a和插接端口201b。
控制电路300置于上箱组件100和下箱组件200围成的箱体内，控制电路300包括线路板301、复位键302和串口303，复位键302和串口303分别与线路板301相连接，复位键302穿过复位键孔201a，串口303穿过插接端口201b。
复位键302能够使协调控制器复位，按下复位键302后，协调控制器将重新启动。
串口303一般采用RS232/RS485串口，根据软件配置自动适应，不需要采用其他设置，串口303管脚定义如下，参照表1和图7-8：
表1
| PIN | RS232 | RS485-2W |
| 1 | --- | --- |
| 2 | RXD | --- |
| 3 | TXD | --- |
| 4 | --- | --- |
| 5 | GND | GND |
| 6 | --- | Data+(B) |
| 7 | --- | Data-(A) |
| 8 | --- | --- |
| 9 | --- | --- |
而插接在RS232/RS485串口中的RJ45插接口303有8个引脚，每个引脚的定义不同，参照表2和图7-8：
表2
在本实施例中的后板102上集成有冗余电源的一个电源输入端子、***复位开关、默认开关、保护接地端子等。
实施例2：一种储能能量路由控制器的控制方法，该方法包括以下步骤：
第一步，分析储能装置的特性：包括储能的容量(SOC值)，储能的最大充放电功率，储能的功率响应速度，混合储能的类型，各混合型储能的充放电阈值；
第二步，根据高通或低通滤波控制，实现混合储能功率分配；
第三步，优化储能协调控制效率，设定为只有在监测到某个储能装置的 SOC值到达设定的阈值时才改变一次优先级，将该储能装置移至优先级序列的末端，并设置为不再继续，只能反方向充放电；
第四步，制定储能能量路由控制器的控制方法：首先接受分层分布控制器的目标控制功率，根据电池种类标号将变化的高频分量需求传给快速充放的储能装置，将缓慢变化的低频分量需求传给储能多的储能装置；其次，对每个设备设置防止过充过放SOC保护阈值。然后根据各储能SOC状态建立储能装置优先充放电优先级顺序表，优先对该优先级顺序表中靠前的储能进行放电，以及优先对优先级低的储能进行充电，按照最大输出输入满发确定每个储能的功率输出，该优先级顺序表只有当有储能装置到达充放电阈值时才变化，将到达过充阈值的储能装置移至优先级顺序表最前，将到达过放阈值的储能装置移至优先级顺序表最后，同时需要将达到阈值的装置设置不可继续充电或不可继续放电标志位，在之后的功率分配过程中不参与继续充电或放电，而只进行反向过程。根据优先级顺序表分别进行高频及平滑功率分配时，如果有多余功率无法消纳时，需要将剩余功率转给另外一种类型的储能放在尾部继续进行分配过程；
完成整个协调分配过程后将更新后的储能装置运行信息上传给分层分布控制器进行下一次局部控制。
第五步，储能能量路由控制器软件的开发；
其中，储能能量路由控制器软件的开发包括算法插件的设计和通信规约插件的设计；算法插件的设计，包括初始化函数、滤波器功能函数、BMS信息获取函数、优先级顺序表调整函数和储能装置功率目标值分配函数；
其中，通信规约插件的设计，包括与BMS通信的ModBus规约插件设计、与PCS以及分层分布控制器通信的IEC 60870-5-104规约插件设计。
分配混合储能功率采用高通滤波控制，频域上的功率分配表达式为：
其中，Tf为滤波时间常数，P为功率，PL(s)表示低通滤波有功功率 PL的拉氏变换，PH(s)表示高通滤波有功功率PH的拉氏变换，决定高低通滤波的截止频率，即确定波动频率的分界线，根据两类储能的充放电频率，常定为秒级到分钟级。
根据这样的分配原则可知，高通滤波PH随着功率P的变化呈高频波动，而低通滤波PL则承担P剩下的缓慢变化的部分，由此实现功率向能量型储能与功率型储能的分配。
所述优化储能协调控制效率，需要解决每次受到分层分布控制器下发的控制目标值时SOC状态的变化仍然会导致一个时间段SOC最低的储能在充电一段时间后变成非最低SOC值从而导致这时如果有放电目标时又开始放电的问题。为了避免这种充放电不完整导致的极大缩减储能的充放电循环寿命的情况，设定为只有在监测到某个储能装置的SOC值到达设定的阈值时才改变一次优先级，将该装置移至优先级序列的末端，并设置为不再继续，只能反方向充放电。按照这样的优先级更改规则可知除了充放电目标值最后消耗的一个储能装置外，其他装置都会经历从极低电量到极高电量的循环。由于充放电目标值的随机性，因此必然会有位于优先序列中间的储能会经历来回的充放电，这是无法通过设定分配策略避免的，但是由于整个序列在储能装置到达阈值时相当于不断在进行循环滑动，因此每个储能装置可能经历的来回小功率充放电的概率也大致相同，因此这种策略能保证使得多个储能装置的整体性能寿命能达到最大，不会像单一优先级确定充放电顺序的控制策略一样必然导致各个储能装置的充放电循环不平均并且可能都处于来回充放的恶劣运行工况中，使得平均寿命大大降低，且更换时间各不相同导致维护工作繁琐。
根据前三步得到制定储能能量路由控制器的控制策略，在本实施例中，该具体控制策略为：
首先接受分层分布控制器的目标控制功率，根据电池种类标号(锂电池，超级电容等)将变化的高频分量需求传给超级电容等可以快速充放，寿命长的储能装置，将缓慢变化的低频分量需求传给锂电池等储能多，但循环寿命短的储能装置；其次需要对储能进行过充过放的保护，由于过充过放会对储能设备造成很大的伤害，因此需要对每个设备设置防止过充过放SOC保护阈值。然后根据各储能SOC状态建立储能装置优先充放电优先级顺序表，优先对该优先级顺序表中靠前的储能进行放电，以及优先对优先级低的储能进行充电，按照最大输出输入满发(优先顺序法)确定每个储能的功率输出，该优先级顺序表只有当有储能装置到达充放电阈值时才变化，将到达过充阈值的储能装置移至优先级顺序表最前，将到达过放阈值的储能装置移至优先级顺序表最后，同时需要将达到阈值的装置设置不可继续充电或不可继续放电标志位，在之后的功率分配过程中不参与继续充电或放电，而只进行反向过程。根据优先级顺序表分别进行高频及平滑功率分配时，如果有多余功率无法消纳时，需要将剩余功率转给另外一种类型的储能放在尾部继续进行分配过程。
完成整个协调分配过程后将更新后的储能装置运行信息，如电压，SOC状态，功率越限等信息上传给分层分布控制器进行下一次局部控制的决策。控制的流程图如图1所示。
在本实施例中，初始化函数采用initplug()函数，主要用到了C2嵌入式平台提供的实时表登陆，操作接口进行读取装置表中装置的配置信息。滤波器功能函数采用filter()函数，主要采用了C2嵌入式平台提供的读取实时库遥测量表读取的相关接口，以获取分层分布控制器下发的控制目标，此后使用封装的滤波器功能模块对该目标进行离散滤波，得到高频与平滑功率部分功率。BMS信息获取函数采用GetCnInfo()函数，该函数主要功能为读取当前储能能量路由控制器下辖的储能当前运行信息的作用，从实时库中读取BMS的遥测值后放入为算法插件操作储能装置准备的数组ChuNengBiao[] 中，使得该数组中每个成员都为储存储能装置运行信息，如SOC值，越限信息，储能装置类别等，为了方便储存储能信息，定义ChuNeng结构体，结构体内含数据成员如表3所示：
表3储能装置结构体ChuNeng
使用了C2嵌入式平台的实时库读取类接口对遥测表中的BMS遥测量进行读取，存储。通过BMS的遥信量实现将退出运行的储能装置从装置表中清除以及将恢复运行的储能装置再次加入运行序列中的功能。
优先级顺序表调整函数采用priority()函数，储能装置功率目标值分配函数采用Hdispatch()函数以及Ldispatch()函数。平滑部分功率分配函数Ldispatch()的设计思路与函数Hdispatch()相同，只有在最后处理其他附加协调措施的具体实现上有所不同。
储能能量路由控制器在智能配电网分层分步控制框架下主要实现区域储能装置目标功率的协调控制，保持***的功率平衡，提高储能装置的利用率与经济效益。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内，因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种储能能量路由控制器，其特征在于：包括：
上箱组件(100)，包括左板(101)、后板(102)和下板(103)，所述左板(101)的一条侧边与所述后板(102)相连接，与之垂直的另一条侧边与所述下板(103)相连接，所述后板(102)的一条侧边与所述下板(103)相连接；
下箱组件(200)，包括右板(201)、前板(202)和上板(203)，所述右板(201)的一条侧边与所述前板(202)相连接，与之垂直的另一条侧边与所述上板(203)相连接，所述前板(202)的一条侧边与所述上板(203)相连接；
其中，所述左板(101)上端设置有水平的延伸板(101a)，所述延伸板(101a)上设有卡扣凸起(101a-1)；
所述上板(203)上表面设有水平的延展槽(203a)，所述延展槽(203a)上设有卡扣配合槽(203a-1)，所述延伸板(101a)活动置于所述延展槽(203a)内，所述卡扣凸起(101a-1)与所述卡扣配合槽(203a-1)配合限位；
其中，上箱组件(100)和所述下箱组件(200)通过连接件固定，组装成箱体；
还包括安装在箱体中的控制电路(300)。
2.根据权利要求1所述的一种储能能量路由控制器，其特征在于：所述后板(102)上端设有第一凸出连接块(102a)，所述左板(101)上端和前端分别设有第二凸出连接块(101b)和第三凸出连接块(101c)，所述第一凸出连接块(102a)、所述第二凸出连接块(101b)和第三凸出连接块(101c)上均设有固定孔(b)；
所述上板(203)和前板(202)左端均设有穿透孔(c)，所述连接件穿过固定孔(102c)和穿透孔(c)固定所述上箱组件(100)和所述下箱组件(200)。
3.根据权利要求2所述的一种储能能量路由控制器，其特征在于：所述连接件为螺钉，所述固定孔(b)和穿透孔(c)为螺纹孔。
4.根据权利要求1-3任一所述的一种储能能量路由控制器，其特征在于：所述后板(102)右端后侧设有第一定位件(102b)，所述第一定位件(102b)截面呈L型，其一面与所述后板(102)相贴合固定，另一面与所述后板(102)相垂直。
5.根据权利要求4所述的一种储能能量路由控制器，其特征在于：所述前板(202)右端外侧设有第二定位件(202a)，所述第二定位件(202a)截面呈L型，其一面与所述前板(202)相贴合固定，另一面与所述前板(202)相垂直。
6.根据权利要求4所述的一种储能能量路由控制器，其特征在于：所述第一定位件(102b)和所述第二定位件(202a)上均设有定位孔(a)。
7.根据权利要求1-3、7或8任一所述的一种储能能量路由控制器，其特征在于：所述右板(201)上设置有复位键孔(201a)和插接端口(201b)。
8.根据权利要求7所述的一种储能能量路由控制器，其特征在于：所述控制电路(300)包括线路板(301)、复位键(302)和串口(303)，所述复位键(302)和串口(303)分别与所述线路板(301)相连接；
所述复位键(302)穿过所述复位键孔(201a)，所述串口(303)穿过所述插接端口(201b)。
9.一种储能能量路由控制器的控制方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
第一步，分析储能装置的特性：包括储能的容量(SOC值)，储能的最大充放电功率，储能的功率响应速度，混合储能的类型，各混合型储能的充放电阈值；
第二步，根据高通或低通滤波控制，实现混合储能功率分配；
第三步，优化储能协调控制效率，设定为只有在监测到某个储能装置的SOC值到达设定的阈值时才改变一次优先级，将该储能装置移至优先级序列的末端，并设置为不再继续，只能反方向充放电；
第四步，制定储能能量路由控制器的控制方法：首先接受分层分布控制器的目标控制功率，根据电池种类标号将变化的高频分量需求传给快速充放的储能装置，将缓慢变化的低频分量需求传给储能多的储能装置；其次，对每个设备设置防止过充过放SOC保护阈值，然后根据各储能SOC状态建立储能装置优先充放电优先级顺序表，优先对该优先级顺序表中靠前的储能进行放电，以及优先对优先级低的储能进行充电，按照最大输出输入满发确定每个储能的功率输出，该优先级顺序表只有当有储能装置到达充放电阈值时才变化，将到达过充阈值的储能装置移至优先级顺序表最前，将到达过放阈值的储能装置移至优先级顺序表最后，同时需要将达到阈值的装置设置不可继续充电或不可继续放电标志位，在之后的功率分配过程中不参与继续充电或放电，而只进行反向过程。根据优先级顺序表分别进行高频及平滑功率分配时，如果有多余功率无法消纳时，需要将剩余功率转给另外一种类型的储能放在尾部继续进行分配过程；
完成整个协调分配过程后将更新后的储能装置运行信息上传给分层分布控制器进行下一次局部控制。
10.根据权利要求9所述的一种储能能量路由控制器的控制方法，其特征在于：步骤二中分配混合储能功率采用高通或低通滤波控制，两者在频域上的功率分配表达式为：
其中，Tf为滤波时间常数，P为功率，PL(s)表示低通滤波有功功率PL的拉氏变换，PH(s)表示高通滤波有功功率PH的拉氏变换。
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