CN110488199B - 一种大容量电池储能电站电池***告警响应方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种大容量电池储能电站电池***告警响应方法，在优化EMS、PCS和BMS通讯机制的基础上，有机的通过双路甚至三路冗余告警响应通道，实现EMS和PCS对告警信号的分级快速处理，通过多样化的通讯路径，使得储能电站能量管理***和储能变流***同步做出相应的动作效果，在促使告警信号得到可靠响应的基础上，确保储能电站能量管理***、储能变流***和电池管理***的状态同步及安全稳定运行。
Description
技术领域
本发明涉及大容量电池储能电站技术领域，具体涉及一种高可靠性的大容量电池储能电站电池***告警响应方法。
背景技术
储能***对功率及能量的时空迁移能力是解决间歇性新能源功率输出波动性、间歇性等固有问题的有效措施，并随着风力发电、光伏发电等新能源技术的广泛普及应用而获得快速发展。相对于飞轮、抽水蓄能、压缩空气、超级电容等储能方式，电池储能电站具有储能密度大、选址灵活、安装便捷、可四象限平滑稳定运行等优点，在国内已进入广泛建设阶段，电源侧、负荷侧电池储能电站均有不小的建设规模。电网侧电池储能电站具有参与电网削峰填谷、频率调节、无功支撑和紧急控制等功能，大规模建设后可有效提升***运行的灵活性、稳定性、经济性和清洁度。
目前电网侧电池储能电站的储能载体主要为磷酸铁锂电池，电池单体容量和电压均较小。电网侧电池储能电站往往容量较大，在兆瓦级以上，构成上包含了数量众多的电池单体。这些电池单体通过串并联的形式，依次经过电池组、电池包、电池簇和电池堆的逐级集成方式形成储能***。近年来电池储能电站发展态势较好，但同时也面临着严峻的安全形势，锂离子电池在原理上存在固有的起火问题，中国、美国、韩国等国家均出现过储能电站起火、影响电网运行的恶劣事件。为提高储能电站电池***及储能站的安全稳定运行水平，亟需构建完善、可靠、有效的电池***告警响应机制。
电池储能电站采用PWM整流技术，具有较高的响应速度。在优化EMS、PCS和BMS通讯机制的基础上，通过双路甚至三路冗余告警响应通道，实现EMS和PCS对告警信号的快速处理，可实现电池***故障的实时在线可靠监测与隔离，提高电池***及储能电站的运行安全性。
发明内容
基于上述问题，本发明公开了一种大容量电池储能电站电池***告警响应方法，电池储能电站采用PWM整流技术，具有较高的响应速度。在优化EMS、PCS和BMS通讯机制的基础上，有机的通过双路甚至三路冗余告警响应通道，实现EMS和PCS对告警信号的分级快速处理，通过多样化的通讯路径，使得储能电站能量管理***和储能变流***同步做出相应的动作效果，在促使告警信号得到可靠响应的基础上，确保储能电站能量管理***、储能变流***和电池管理***的状态同步及安全稳定运行。
根据本发明的一个方面，提供一种大容量电池储能电站电池***告警响应方法，包括如下步骤：
步骤1：构建EMS、PCS及BMS之间的完善的通讯联系，EMS、与PCS和BMS之间都进行IEC61850通讯，PCS与BMS之间并行冗余的进行Modbus和硬接线通讯，以确保BMS告警信息可靠上传；
步骤2：建立BMS三级告警及响应机制，并实时监测电池***的运行状态，出现告警时BMS立即向EMS和PCS发送信号；
所述步骤2中具体包括：
步骤2-1：将电池舱内电池电池***状态信号按严重程度分为三个层级，明确各电池***状态三个层级告警动作值，确保各层级告警信号可靠动作和返回；
步骤2-2：在EMS***建立BMS告警信号响应机制：仅收到任一电池***状态一级告警信号时降低对应储能变流器运行功率；同时收到某电池***状态一级和二级告警信号时下指令使对应储能变流器停机；同时收到某电池***状态一级、二级和三级告警信号时发指令使对应储能变流器跳闸，跳闸指PCS停机、同时跳开PCS交直流侧断路器；
步骤2-3：在PCS***建立BMS告警信号响应机制，仅收到任一电池***状态一级告警信号时降低对应储能变流器运行功率，同时收到某电池***状态一级和二级告警信号时下指令使对应储能变流器停机，同时收到某电池***状态一级、二级和三级告警信号时发指令使对应储能变流器跳闸；
步骤2-4：各电池舱BMS***实时监测舱内电池***状态，监测到告警信号时，同时通过IEC61850和Modbus规约上报EMS和PCS***，若监测到三级告警信号另通过硬接点上送给PCS；
步骤3：EMS和PCS收到BMS上送的告警信号后按既定策略同步动作，确保任一通讯回路故障后BMS告警信号仍然能够可靠执行。
进一步的，步骤2-1的电池***状态信号包括电压、电流、温度和/或绝缘信号。
进一步的，所述步骤1包括：
步骤1-1：建立EMS与BMS之间的以太网连接，实现BMS状态及各级告警信号向EMS***上传；对于不具备IEC61850规约通讯功能的BMS厂家，在BMS***侧增加通讯规约转换装置；
步骤1-2：建立EMS与PCS之间的以太网连接，实现EMS控制指令向PCS下达；对于不具备IEC61850规约通讯功能的PCS厂家，在PCS***侧增加通讯规约转换装置。
步骤1-3：建立PCS与BMS之间的Modbus通讯连接，实现BMS状态及各级告警信号向PCS***上传；
步骤1-4：建立PCS与BMS之间的硬接点连接，实现BMS三级告警信号向PCS的冗余上传。
进一步的，所述步骤3包括：
步骤3-1：EMS收到BMS上送的一级告警信号后，立即向对应PCS发降功率指令，PCS收到EMS下发的降功率指令或BMS上送的一级告警信号后立即降功率运行，PCS与EMS或BMS的通讯只需其中之一完好即可确保降功率指令可靠执行；
步骤3-2：EMS收到BMS上送的二级告警信号后，立即向对应PCS发停机指令，PCS收到EMS下发的停机指令或BMS上送的二级告警信号后立即停机；
步骤3-3：EMS收到BMS上送的三级告警信号后，立即向对应PCS发跳闸指令，PCS收到EMS下发的跳闸指令或BMS经过Modbus或硬接线上送的三级告警信号后立即跳闸；
步骤3-4：极端情况下，当一级告警信号未能可靠执行时，故障继续发展后由二级告警响应机制动作；如果二级告警信号未能可靠执行时，故障继续发展由三级告警响应机制动作；如果IEC61850和Modbus通讯均故障时，由BMS与PCS之间的硬接线实现跳闸，确保***安全。
在另外一个方面，本发明还公开了一种大容量电池储能电站电池***告警响应***，其特征在于，包括：
至少一个处理器；以及
与所述处理器通信连接的至少一个存储器，其中：
所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序指令，所述处理器调用所述程序指令能够执行如上述任一项所述的告警响应方法。
在另外一个方面，本发明还公开了一种非暂态计算机可读存储介质，其特征在于，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令使所述计算机执行如上述任一项所述的告警响应方法。
本发明的优点在于，提出了一种大容量电池储能电站电池***告警响应方法，电池储能电站采用PWM整流技术，具有较高的响应速度。在优化EMS、PCS和BMS通讯机制的基础上，有机的通过双路甚至三路冗余告警响应通道，实现EMS和PCS对告警信号的分级快速处理，可实现电池***故障的实时在线可靠监测与隔离，提高大容量电池***及储能电站的运行安全性。
附图说明
图1为本发明中电池储能电站三大***通讯架构示意图；
图2为本发明中大容量电池储能电站电池***告警响应方法的电池***三级告警响应机制流程图。
具体实施方式
下面将结合附图和实施例对本发明进行清楚、完整地描述，同时也叙述了本发明技术方案解决的技术问题及有益效果，需要指出的是，所描述的实施例仅旨在便于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用。
如图1-2所示，本发明中大容量电池储能电站监控***主要由BMS(EnergyManagement System，能量管理***)、PCS(Power Conversion System，储能变流***)和EMS(Battery Management System，电池管理***)三大***构成。
其中，BMS负责电池舱内状态监测及电池***严重故障的紧急隔离；PCS负责储能变流器的功率变换；EMS负责全站状态监测及功率控制。EMS位于总舱，PCS和BMS分别位于就地PCS舱和电池舱，即整个储能站包含一套EMS及多套PCS和BMS。
当电池舱电池***出现异常或故障时，会通过电池电压、电池组压差、电流、温度、绝缘等状态表征出来，通过合理的定值设定，可将电池***异常状态按严重程度进行分级处理。目前大部分厂家电池***均采用三级告警机制，部分厂家在第一级告警上进一步细分实现多级限流，因此可基于储能电站三级告警机制，分别在EMS和PCS***建立响应策略，然后基于EMS、PCS和BMS三者之间的通讯联系，构建冗余可靠的电池***告警响应机制。对于第一级和第二级告警，通过BMS->EMS->PCS的IEC61850规约通信和BMS->PCS的Modbus规约通信两条冗余通道实现告警机制可靠响应；对应第三级告警，由于故障严重，除BMS自身会及时动作跳开电池堆直流出线断路器外，另增加BMS->PCS的硬接点通信通道，在通讯通道故障时使PCS可靠停机。电池***故障存在累积效应，一级故障会向二级故障发展，二级故障会向三级故障发展，处理好三级故障是整个***最后的安全防线。
建立了冗余性的告警响应机制后，PCS将同时收到两至三路反应同一事件的告警信号，从提高全站运行稳定性的角度出发，当PCS收到BMS上送的一级告警信号后延时1s执行降功率，收到EMS下达的降功率信号及时执行，确保EMS有足够的时间对全站功率进行重新分配。
如图2所示，本发明针对融合了IEC61850、Modbus、硬接线三种通信方式的大容量电池储能电站监控***提出了基于三级告警响应机制的响应方法，从而实现电池***故障的实时在线可靠监测与隔离，提高大容量电池***及储能电站的运行安全性。
其中，本发明的一种大容量电池储能电站电池***告警响应方法的具体步骤包括：
步骤1：构建EMS、PCS及BMS之间的完善的通讯联系，EMS、与PCS和BMS之间都进行IEC61850通讯，PCS与BMS之间并行冗余的进行Modbus和硬接线通讯，从而确保BMS告警信息可靠上传；
步骤2：建立BMS三级告警及响应机制，并实时监测电池***的运行状态，出现告警时BMS立即向EMS和PCS发送信号；
步骤3：EMS和PCS收到BMS上送的告警信号后按既定策略同步动作，确保任一通讯回路故障后BMS告警信号仍然能够可靠执行。
在其中一个实施例中，所述步骤1包括：
步骤1-1：建立EMS与BMS之间的以太网连接，实现BMS状态及各级告警信号向EMS***上传。对于不具备IEC61850规约通讯功能的BMS厂家，在BMS***侧增加通讯规约转换装置；
步骤1-2：建立EMS与PCS之间的以太网连接，实现EMS控制指令向PCS下达。对于不具备IEC61850规约通讯功能的PCS厂家，在PCS***侧增加通讯规约转换装置；
步骤1-3：建立PCS与BMS之间的Modbus通讯连接，实现BMS状态及各级告警信号向PCS***上传；
步骤1-4：建立PCS与BMS之间的硬接点连接，实现BMS三级告警信号向PCS的冗余上传。
在其中一个实施例中，所述步骤2包括：
步骤2-1：将电池舱内电池电压、电流、温度、绝缘等电池***状态信号按严重程度分为三个层级，明确各电池***状态三个层级告警动作值，确保各层级告警信号可靠动作和返回；
步骤2-2：在EMS***建立BMS告警信号响应机制：仅收到任一电池***状态一级告警信号时降低对应储能变流器运行功率；同时收到某电池***状态一级和二级告警信号时下指令使对应储能变流器停机；同时收到某电池***状态一级、二级和三级告警信号时发指令使对应储能变流器跳闸(跳闸指PCS停机、同时跳开PCS交直流侧断路器)；
步骤2-3：在PCS***建立BMS告警信号响应机制，仅收到任一电池***状态一级告警信号时降低对应储能变流器运行功率，同时收到某电池***状态一级和二级告警信号时下指令使对应储能变流器停机，同时收到某电池***状态一级、二级和三级告警信号时发指令使对应储能变流器跳闸；
步骤2-4：各电池舱BMS***实时监测舱内电池***状态，监测到告警信号时，同时通过IEC61850和Modbus规约上报EMS和PCS***，若监测到三级告警信号另通过硬接点上送给PCS。
在其中一个实施例中，所述步骤3包括：
步骤3-1：EMS收到BMS上送的一级告警信号后，立即向对应PCS发降功率指令，PCS收到EMS下发的降功率指令或BMS上送的一级告警信号后立即降功率运行，PCS与EMS或BMS的通讯只需其中之一完好即可确保降功率指令可靠执行；
步骤3-2：EMS收到BMS上送的二级告警信号后，立即向对应PCS发停机指令，PCS收到EMS下发的停机指令或BMS上送的二级告警信号后立即停机；
步骤3-3：EMS收到BMS上送的三级告警信号后，立即向对应PCS发跳闸指令，PCS收到EMS下发的跳闸指令或BMS经过Modbus或硬接线上送的三级告警信号后立即跳闸；
步骤3-4：极端情况下，当一级告警信号未能可靠执行时，故障继续发展后由二级告警响应机制动作；如果二级告警信号未能可靠执行时，故障继续发展由三级告警响应机制动作；如果IEC61850和Modbus通讯均故障时，由BMS与PCS之间的硬接线实现跳闸，确保***安全。BMS与PCS之间的硬接线是确保电池***安全的最后一道防线，现场调试及运维时须重点验证、检查该信号的有效性和可靠性。
值得一提的是，本发明的告警响应方法特别适合于图1中的大容量电池储能电站电池的冗余***，其对硬件要求低，且软件方面的改进度也很小，通过在有机融合了IEC61850、Modbus、硬接线三种通信方式的大容量电池储能电站监控***上建立三级告警机制，从而从多角度确保电池***故障的实时在线可靠监测与隔离，提高大容量电池***及储能电站的运行安全性。
最后说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (6)
1.一种大容量电池储能电站电池***告警响应方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：构建EMS、PCS及BMS之间的完善的通讯联系，EMS与PCS和BMS分别进行IEC61850通讯，PCS与BMS之间并行冗余的进行Modbus和硬接线通讯，以确保BMS告警信息可靠上传；
步骤2：建立BMS三级告警及响应机制，并实时监测电池***的运行状态，出现告警时BMS立即向EMS和PCS发送信号；
所述步骤2中具体包括：
步骤2-1：将电池舱内电池电池***状态信号按严重程度分为三个层级，明确各电池***状态三个层级告警动作值，确保各层级告警信号可靠动作和返回；
步骤2-2：在EMS***建立BMS告警信号响应机制：仅收到任一电池***状态一级告警信号时降低对应储能变流器运行功率；同时收到某电池***状态一级和二级告警信号时下指令使对应储能变流器停机；同时收到某电池***状态一级、二级和三级告警信号时发指令使对应储能变流器跳闸，跳闸指PCS停机、同时跳开PCS交直流侧断路器；
步骤2-3：在PCS***建立BMS告警信号响应机制，仅收到任一电池***状态一级告警信号时降低对应储能变流器运行功率，同时收到某电池***状态一级和二级告警信号时下指令使对应储能变流器停机，同时收到某电池***状态一级、二级和三级告警信号时发指令使对应储能变流器跳闸；
步骤2-4：各电池舱BMS***实时监测舱内电池***状态，监测到告警信号时，同时通过IEC61850和Modbus规约上报EMS和PCS***，若监测到三级告警信号另通过硬接点上送给PCS；
步骤3：EMS和PCS收到BMS上送的告警信号后按既定策略同步动作，确保任一通讯回路故障后BMS告警信号仍然能够可靠执行。
2.根据权利要求1所述的告警响应方法，其特征在于，步骤2-1的电池***状态信号包括电压、电流、温度和/或绝缘信号。
3.根据权利要求1所述的告警响应方法，其特征在于，所述步骤1包括：
步骤1-1：建立EMS与BMS之间的以太网连接，实现BMS状态及各级告警信号向EMS***上传；对于不具备IEC61850规约通讯功能的BMS厂家，在BMS***侧增加通讯规约转换装置；
步骤1-2：建立EMS与PCS之间的以太网连接，实现EMS控制指令向PCS下达；对于不具备IEC61850规约通讯功能的PCS厂家，在PCS***侧增加通讯规约转换装置；
步骤1-3：建立PCS与BMS之间的Modbus通讯连接，实现BMS状态及各级告警信号向PCS***上传；
步骤1-4：建立PCS与BMS之间的硬接点连接，实现BMS三级告警信号向PCS的冗余上传。
4.根据权利要求1所述的告警响应方法，其特征在于，所述步骤3包括：
步骤3-1：EMS收到BMS上送的一级告警信号后，立即向对应PCS发降功率指令，PCS收到EMS下发的降功率指令或BMS上送的一级告警信号后立即降功率运行，PCS与EMS或BMS的通讯只需其中之一完好即可确保降功率指令可靠执行；
步骤3-2：EMS收到BMS上送的二级告警信号后，立即向对应PCS发停机指令，PCS收到EMS下发的停机指令或BMS上送的二级告警信号后立即停机；
步骤3-3：EMS收到BMS上送的三级告警信号后，立即向对应PCS发跳闸指令，PCS收到EMS下发的跳闸指令或BMS经过Modbus或硬接线上送的三级告警信号后立即跳闸；
步骤3-4：极端情况下，当一级告警信号未能可靠执行时，故障继续发展后由二级告警响应机制动作；如果二级告警信号未能可靠执行时，故障继续发展由三级告警响应机制动作；如果IEC61850和Modbus通讯均故障时，由BMS与PCS之间的硬接线实现跳闸，确保***安全。
5.一种大容量电池储能电站电池***告警响应***，其特征在于，包括：
至少一个处理器；以及
与所述处理器通信连接的至少一个存储器，其中：
所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序指令，所述处理器调用所述程序指令能够执行如权利要求1至4任一项所述的告警响应方法。
6.一种非暂态计算机可读存储介质，其特征在于，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令使所述计算机执行如权利要求1至4任一项所述的告警响应方法。
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