CN114640184A - 一种主从自适应储能装置和控制方法 - Google Patents

一种主从自适应储能装置和控制方法 Download PDF

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黄耀
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卢宇
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王景霄
张兴
华新强
段梦珂
刘东奇
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Abstract

本申请公开了一种主从自适应储能装置和控制方法，属于储能变流控制技术领域。本申请的装置包括模块化储能变流器和电池管理***，模块化储能变流器包括子模块，子模块包括表征为主机的子模块和表征为从机的子模块，电池管理***与表征为主机的子模块通讯连接；表征为主机的子模块根据通讯链路状态置位第一状态标志位；表征为从机的子模块置位第二状态标志位。本申请的方法从模块化储能变流器实际应用角度出发，结合通讯组网特性，提供根据通讯链路状态自适应判断主从的方法，极大的减少现场工作量，实现模块化储能变流器各子模块主从自适应配置，无需人工干涉，大大提高现场调试、运维效率，便于工程化应用。

Description

一种主从自适应储能装置和控制方法
技术领域
本申请属于储能变流控制技术领域，具体涉及一种主从自适应储能装置和控制方法。
背景技术
大规模储能***功率等级可以达到百兆瓦级及以上，受限于储能变流器功率器件等因素影响，目前一般单机容量最多只能达到几兆瓦。模块化储能变流器一般由多个变流子模块并联实现，可以实现单簇管理，提高电池簇级均衡性；通过增加并联变流子模块的个数可以提高单台模块化储能变流器的单机容量，进而减少规模化储能***中并联模块化储能变流器台数，降低控制***复杂性。
模块化储能变流器各子模块可以通过主从控制来实现各子模块之间的协调控制，目前存在一些主从控制相关的技术研究，如专利CN203398797U和专利CN205104918U，均公开了一种储能变流器主从控制***，但是现有研究均需要人工设定或者选定一台为主机，其它作为从机，因此主从机设定需要人工参与。对于大规模储能***，不仅存在数百上千台储能变流器，每台储能变流器也可能存在多个变流子模块，如果通过人工设定主从，现场调试工作量大大增加，极大降低运维效率。
发明内容
发明目的：本申请的目的在于提供一种主从自适应储能装置，用于模块化储能变流器各子模块的协调控制，实现模块化储能变流器各子模块主从自适应配置；本申请的另一目的在于提供一种主从自适应储能装置的控制方法。
本申请实施例提供一种主从自适应储能装置，包括：
模块化储能变流器，所述模块化储能变流器包括子模块，所述子模块包括表征为主机的子模块和表征为从机的子模块，所述表征为主机的子模块和所述表征为从机的子模块之间通讯连接；
电池管理***，与所述表征为主机的子模块通讯连接；
所述表征为主机的子模块根据通讯链路状态，置位第一状态标志位；
所述表征为从机的子模块置位第二状态标志位。
在一些实施例中，所述的电池管理***可以与模块化储能变流器中任一个子模块通讯连接，与电池管理***连接的子模块用于作为表征主机的子模块，其他子模块作为用于表征从机的子模块。
在一些实施例中，还包括：
上层控制单元，与所述表征为主机的子模块相连，用于向所述模块化储能变流器传递控制指令。
在一些实施例中，所述上层控制单元包括协调控制***或能量管理***。
在一些实施例中，所述控制指令包括功率指令或启停命令。
在一些实施例中，所述子模块上配置有至少三组用于通讯连接的通讯接口。
在一些实施例中，所述通讯接口为物理接口或功能模块接口。
在一些实施例中，所述通讯接口包括第一通讯接口、第二通讯接口和第三通讯接口；所述第一通讯接口、第二通讯接口和第三通讯接口的通讯方式选自Modbus TCP、ModbusRTU、GOOSE或CAN中的任一种。
在一些实施例中，所述子模块之间通过所述第一通讯接口经互联网络相连；所述电池管理***通过所述第二通讯接口经第一通讯网络与所述子模块相连；所述上层控制单元通过所述第三通讯接口经第二通讯网络与所述子模块相连。
在一些实施例中，所述互联网络和所述第二通讯网络互为独立通讯网络或共用统一网络。
在一些实施例中，所述模块化储能变流器包括N个子模块，其中N为所述子模块的个数，N≥2，N为整数；所述电池管理***与所述模块化储能变流器中的第K个子模块通讯连接，其中1≤K≤N，K为整数。
在一些实施例中，所述通讯链路状态包括：所述模块化储能变流器内的第一通讯链路状态和所述表征为主机的子模块与所述电池管理***之间的第二通讯链路状态。
在一些实施例中，一种主从自适应储能装置的控制方法，包括以下步骤：
提供模块化储能变流器，所述模块化储能变流器包括子模块，所述子模块包括表征为主机的子模块和表征为从机的子模块，所述表征为主机的子模块和所述表征为从机的子模块之间通讯连接；
所述子模块接收来自所述模块化储能变流器的第一信号，判断所述模块化储能变流器内的第一通讯链路状态；
所述表征为主机的子模块接收来自电池管理***的第二信号，判断与所述电池管理***之间的第二通讯链路状态；
所述表征为主机的子模块分别根据所述第一通讯链路状态和所述第二通讯链路状态置位第一状态标志位；
当所述表征为主机的子模块置位第一状态标志位时，所述表征为从机的子模块置位第二状态标志位。
在一些实施例中，在所述表征为从机的子模块置位第二状态标志位后，还包括：
所述表征为主机的子模块接收来自上层控制单元的第三信号，判断与所述上层控制单元之间的第三通讯链路状态，根据所述第三通讯链路状态，接收所述上层控制单元的控制指令。
在一些实施例中，所述第一通讯链路状态的判断包括：
当所述第一通讯链路状态正常，则所述表征为主机的子模块置位第一通讯标志位。
在一些实施例中，所述第二通讯链路状态的判断包括：
当所述第二通讯链路状态正常，则所述表征为主机的子模块置位第二通讯标志位。
在一些实施例中，所述第一通讯链路状态和所述第二通讯链路状态具体是指：所述表征为主机的子模块中的第一通讯标志位和第二通讯标志位均置位。
在一些实施例中，所述第一状态标志位为主机标志，所述第二状态标志位为从机标志。
在一些实施例中，所述第三通讯链路状态的判断包括：
当所述第三通讯链路状态正常时，所述表征为主机的子模块置位第三通讯标志位。
在一些实施例中，所述第三通讯标志位为所述表征为主机的子模块与所述上层控制单元的通讯链接状态。
在一些实施例中，所述第一通讯接口链路状态、第二通讯链路状态和第三通讯链路状态具体是指所述子模块上配置的通讯接口的链路状态。
在一些实施例中，所述第一通讯标志位置位表明模块化储能变流器内的子模块之间通讯正常，所述第二通讯标志位置位表明子模块与电池管理***BMS通讯正常
在一些实施例中，所述第三通讯标志位置位表明该子模块与协调控制***PMS或与能量管理***EMS通讯正常。
有益效果：与现有技术相比，本申请的一种主从自适应储能装置，包括：模块化储能变流器，模块化储能变流器包括子模块，子模块包括表征为主机的子模块和表征为从机的子模块，表征为主机的子模块和表征为从机的子模块之间通讯连接；电池管理***，与表征为主机的子模块通讯连接；表征为主机的子模块根据通讯链路状态，置位第一状态标志位；在表征为主机的子模块置位第一状态标志位后，表征为从机的子模块置位第二状态标志位。本申请通过判断变流子模块不同通接口的通讯链路状态，自适应的判定主机和从机，进而实现各子模块之间的主从自适应配置。
本申请的一种主从自适应储能装置的控制方法，包括以下步骤：提供模块化储能变流器，模块化储能变流器包括子模块，子模块包括表征为主机的子模块和表征为从机的子模块，表征为主机的子模块和表征为从机的子模块之间通讯连接；子模块接收来自模块化储能变流器的第一信号，判断模块化储能变流器内的第一通讯链路状态；表征为主机的子模块接收来自电池管理***的第二信号，判断与电池管理***之间的第二通讯链路状态；表征为主机的子模块分别根据第一通讯链路状态和第二通讯链路状态置位第一状态标志位；当表征为主机的子模块置位第一状态标志位时，表征为从机的子模块置位第二状态标志位。本申请从模块化储能变流器实际应用角度出发，结合通讯组网特性，提供一种根据通讯链路状态自适应判断主从的方法，极大的减少现场工作量，无需人工干涉，大大提高现场调试、运维效率，便于工程化应用。
附图说明
下面结合附图，通过对本申请的具体实施方式详细描述，将使本申请的技术方案及其它有益效果显而易见。
图1为本申请实施例公开的主从自适应储能装置的控制方法流程图；
图2为本申请实施例公开的一种模块化储能变流器通讯结构图；
图3为本申请实施例公开的又一种模块化储能变流器通讯结构图；
图4为本申请实施例所示模块化储能变流器通讯接口配置图；
附图标记：100-模块化储能变流器，101-电池管理***，102-上层控制单元，104-第一通讯网络，105-互联网络，106-第二通讯网络，1001-第一子模块，100K-第K子模块，100N-第N子模块，107-第一通讯接口，108-第二通讯接口，109-第三通讯接口。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本申请的不同结构。为了简化本申请的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本申请。此外，本申请可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。
一种主从自适应储能装置，包括：模块化储能变流器100、电池管理***101、上层控制单元102；其中，模块化储能变流器100包含N个子模块，具体为第一子模块1001、第K子模块100K、第N子模块100N等，N≥2，N为整数。
在一些实施例中，参见图4，每个子模块配置三个通讯接口，包括第一通讯接口107、第二通讯接口108、第三通讯接口109。
在一些实施例中，模块化储能变流器100具体是指储能变流器PCS，电池管理***101具体是指电池管理***BMS，上层控制单元102具体是指协调控制***PMS或能量管理***EMS。
如图2所示，为主从自适应装置公开的一种模块化储能变流器通讯结构，互联网络105和第二通讯网络106互为独立通讯网络。
在一些实施例中，第一子模块1001到第N子模块100N之间通过通讯介质：包括但不限于网线、光纤等，分别接入到各自的第一通讯接口107，构成互联网络105，通讯协议包括但不限于Modbus TCP、Modbus RTU、GOOSE或CAN。
在一些实施例中，电池管理***101通过通讯介质：包括但不限于网线、光纤等，接入到第K子模块100K的第二通讯接口108，构成第一通讯网络104，通讯协议包括但不限于Modbus TCP、Modbus RTU、GOOSE或CAN；
在一些实施例中，上层控制单元102通过通讯介质：包括但不限于网线、光纤等，接入到第K子模块100K的第三通讯接口109，构成第二通讯网络106，通讯协议包括但不限于Modbus TCP、Modbus RTU、GOOSE或CAN，上述1≤K≤N，K为整数。
在一些实施例中，在上述通讯配置下，子模块接收来自模块化储能变流器100的第一信号，判断其第一通讯接口107的通讯链路状态，如果通讯链路正常，则子模块判定第一通讯标志位置位，其中第一通讯标志位用来表征子模块之间通讯是否正常；对于模块化储能变流器100，运行之前需要保证子模块之间通讯正常。
在一些实施例中，所描述的“置位”代表有效态。
在一些实施例中，第K子模块100K接收来自电池管理***101的第二信号，判断其第二通讯接口108的通讯链路状态，如果通讯链路正常，则第K子模块100K判定第二通讯标志位置位，第二通讯标志位用来表征第K子模块100K与电池管理***101之间通讯是否正常，模块化储能变流器100运行的前提是确保和电池管理***101通讯正常，因此模块化储能变流器100运行之前，第K子模块100K与电池管理***101之间需要通讯正常。
在一些实施例中，通过上述子模块通讯状态自判断，第K子模块100K的第一通讯标志位和第二通讯标志位均置位，第K子模块100K随即置位第一状态标志位，第一状态标志位表征子第K子模块100K为主机；其它第一通讯标志位置位的子模块置位第二状态标志位，第二状态标志位表征其它子模块为从机。
在一些实施例中，第K子模块100K作为表征主机的子模块，其他的子模块作为表征从机的子模块。
在一些实施例中，第K子模块100K接收来自上层控制单元102的第三信号，同时判断第三通讯接口109的通讯链路状态，如果通讯链路正常，则第K子模块100K置位第三通讯标志位，第三通讯标志位用来表征第K子模块100K与上层控制单元102之间通讯是否正常，模块化储能变流器100运行时一般需要接受上层控制单元控制指令，因此模块化储能变流器100运行之前，第K子模块100K与上层控制单元102之间通讯正常。在此基础上，主机标志位的第K子模块100K接受上层控制指令，进行拆解和分配，通过互联网络105发送给其它子模块，其它子模块同时通过互联网络105发送自身状态信息至第K子模块100K，从而实现一主多从的有序控制，控制指令包括功率指令控制和启停模块控制。
在一些实施例中，模块化储能变流器100的子模块通过第一通讯接口107经互联网络相连，子模块同时配置第二通讯接口108和第三通讯接口109；参见图1，为主从自适应储能装置的控制方法流程图，具体包括：
步骤201：子模块实时判断第一通讯接口107链路状态，如果第一通讯接口107链路正常，则置位子模块第一通讯标志位；
步骤202：子模块实时判断第二通讯接口108链路状态，如果第二通讯接口108链路正常，则置位子模块第二通讯标志位；
步骤203：子模块中如果第一通讯标志位和第二通讯标志位均置位，则子模块置位第一状态标志位；
步骤204：当存在第一状态标志位置位的子模块时，其它的第一通讯标志位置位的子模块置位第二状态标志位；
步骤205：处于第一状态标志位的子模块实时判断第三通讯接口109链路状态，当其第三通讯接口109链路状态正常时，子模块置位第三通讯标志位，进而接收上层控制指令。
在一些实施例中，结合附图2和3，步骤202至步骤205中的子模块具体为第K子模块100K。
在一些实施例中，子模块通过第一通讯接口107互联并进行控制指令和子模块状态的信息交互。
在一些实施例中，第二通讯接口108为第K子模块100K与电池管理***101的通讯接口。
在一些实施例中，第三通讯接口109为第K子模块100K与协调控制***PMS或与能量管理***EMS的通讯接口。
在一些实施例中，第一状态标志位为主机标志，第二状态标志位为从机标志。
在一些实施例中，第三通讯标志位为第K子模块100K与协调控制***PMS或与能量管理***EMS的通讯链接状态。第三通讯标志位置位表明第K子模块100K与PMS或EMS通讯正常。
在一些实施例中，控制指令包括功率指令和启停命令。
如图3所示，为主从自适应装置公开的另一种模块化储能变流器通讯结构，通讯网络106和互联网络105共用统一网络。
在一些实施例中，第K子模块100K只需要一个物理接口接入通讯网络106和互联网络105，通过第K子模块100K内部的软件功能模块接口区分通讯网络106和互联网络105的通讯信息。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
以上对本申请实施例所提供的一种主从自适应储能装置和控制方法进行了详细介绍，本申请中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的技术方案及其核心思想；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申请各实施例的技术方案的范围。

Claims (20)

1.一种主从自适应储能装置，其特征在于，包括：
模块化储能变流器(100)，所述模块化储能变流器(100)包括子模块，所述子模块包括表征为主机的子模块和表征为从机的子模块，所述表征为主机的子模块和所述表征为从机的子模块之间通讯连接；
电池管理***(101)，与所述表征为主机的子模块通讯连接；
所述表征为主机的子模块根据通讯链路状态，置位第一状态标志位；
所述表征为从机的子模块置位第二状态标志位。
2.根据权利要求1所述的一种主从自适应储能装置，其特征在于，还包括：
上层控制单元(102)，与所述表征为主机的子模块相连，用于向所述模块化储能变流器(100)传递控制指令。
3.根据权利要求2所述一种主从自适应储能装置，其特征在于，所述上层控制单元(102)包括协调控制***或能量管理***。
4.根据权利要求2所述的一种主从自适应储能装置，其特征在于，所述控制指令包括功率指令或启停命令。
5.根据权利要求2所述的一种主从自适应储能装置，其特征在于，所述子模块上配置有至少三组用于通讯连接的通讯接口。
6.根据权利要求5所述的一种主从自适应储能装置，其特征在于，所述通讯接口为物理接口或功能模块接口。
7.根据权利要求5所述的一种主从自适应储能装置，其特征在于，所述通讯接口包括第一通讯接口(107)、第二通讯接口(108)和第三通讯接口(109)；所述第一通讯接口(107)、第二通讯接口(108)和第三通讯接口(109)的通讯方式选自Modbus TCP、Modbus RTU、GOOSE或CAN中的任一种。
8.根据权利要求7所述的一种主从自适应储能装置，其特征在于，所述子模块之间通过所述第一通讯接口(107)经互联网络(105)相连；所述电池管理***(101)通过所述第二通讯接口(108)经第一通讯网络(104)与所述子模块相连；所述上层控制单元(102)通过所述第三通讯接口(109)经第二通讯网络(106)与所述子模块相连。
9.根据权利要求8所述的一种主从自适应储能装置，其特征在于，所述互联网络(105)和所述第二通讯网络(106)互为独立通讯网络或共用统一网络。
10.根据权利要求1所述的一种主从自适应储能装置，其特征在于，所述模块化储能变流器(100)包括N个子模块，其中N为所述子模块的个数，N≥2，N为整数；所述电池管理***(101)与所述模块化储能变流器(100)中的第K个子模块通讯连接，其中1≤K≤N，K为整数。
11.根据权利要求1所述的一种主从自适应储能装置，其特征在于，所述通讯链路状态包括：所述模块化储能变流器(100)内的第一通讯链路状态和所述表征为主机的子模块与所述电池管理***(101)之间的第二通讯链路状态。
12.权利要求1-11任一项所述的一种主从自适应储能装置的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
提供模块化储能变流器(100)，所述模块化储能变流器(100)包括子模块，所述子模块包括表征为主机的子模块和表征为从机的子模块，所述表征为主机的子模块和所述表征为从机的子模块之间通讯连接；
所述子模块接收来自所述模块化储能变流器(100)的第一信号，判断所述模块化储能变流器(100)内的第一通讯链路状态；
所述表征为主机的子模块接收来自电池管理***(101)的第二信号，判断与所述电池管理***(101)之间的第二通讯链路状态；
所述表征为主机的子模块分别根据所述第一通讯链路状态和所述第二通讯链路状态置位第一状态标志位；
当所述表征为主机的子模块置位第一状态标志位时，所述表征为从机的子模块置位第二状态标志位。
13.根据权利要求12所述的一种主从自适应储能装置的控制方法，其特征在于，在所述表征为从机的子模块置位第二状态标志位后，还包括：
所述表征为主机的子模块接收来自上层控制单元(102)的第三信号，判断与所述上层控制单元(102)之间的第三通讯链路状态，根据所述第三通讯链路状态，接收所述上层控制单元(102)的控制指令。
14.根据权利要求12所述的一种主从自适应储能装置的控制方法，其特征在于，所述第一通讯链路状态的判断包括：
当所述第一通讯链路状态正常，则所述表征为主机的子模块置位第一通讯标志位。
15.根据权利要求12所述的一种主从自适应储能装置的控制方法，其特征在于，所述第二通讯链路状态的判断包括：
当所述第二通讯链路状态正常，则所述表征为主机的子模块置位第二通讯标志位。
16.根据权利要求12所述的一种主从自适应储能装置的控制方法，其特征在于，所述第一通讯链路状态和所述第二通讯链路状态具体是指：所述表征为主机的子模块中的第一通讯标志位和第二通讯标志位均置位。
17.根据权利要求12所述的一种主从自适应储能装置的控制方法，其特征在于，所述第一状态标志位为主机标志，所述第二状态标志位为从机标志。
18.根据权利要求13所述的一种主从自适应储能装置的控制方法，其特征在于，所述第三通讯链路状态的判断包括：
当所述第三通讯链路状态正常时，所述表征为主机的子模块置位第三通讯标志位。
19.根据权利要求18所述的一种主从自适应储能装置的控制方法，其特征在于：所述第三通讯标志位为所述表征为主机的子模块与所述上层控制单元(102)的通讯链接状态。
20.根据权利要求13所述的一种主从自适应储能装置的控制方法，其特征在于：所述第一通讯接口链路状态、第二通讯链路状态和第三通讯链路状态具体是指所述子模块上配置的通讯接口的链路状态。
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