CN116054312A - 一种对电池储能***安全分级的权限控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供的一种对电池储能***安全分级的权限控制方法，通过将安全等级分为三个级别，分别为第一等级电池安全级别、第二等级防护安全级别、第三等级功能级别，并针对以上三个安全等级提出三个相对应的操作权限，分别为厂家供应商权限、专业技术人员权限和用户权限；厂家供应商权限用于多电池安全级别进行监测和调控、专业技术人员权限对防护安全级别进行维护、用户权限可以对功能级别进行设置；通过针对不同的群体开放不同的权限有效规避非厂商、非技术人员因权限设置问题而对储能***带来安全误操作的风险，从机理上去除了不同类型的群体进行误操作的可能性。

Description

一种对电池储能***安全分级的权限控制方法
技术领域
本发明涉及一种***的控制方法，更具体的是涉及一种对电池储能***安全分级的权限控制方法。
背景技术
全球能源的零碳化转型大大推动了可再生能源的规模应用加速。由于可再生能源普遍具有波动性、间歇性等问题，因此需要储能技术进行平衡和消纳。锂离子储能***以其灵活、快速、长寿命的优点，在新型储能领域装机容量增长最快，逐渐成为现代化低惯量电力***的关键组成部分。
但是锂离子储能***由于其发热特性和有机电解液的使用，存在一定的安全隐患。特别是在滥用条件下，电池本体极易发生热失控引发着火和***事故。近年来全球已经出现了32起锂离子储能电站的火灾***事故，给储能行业敲响了警钟，将锂离子电池的安全性提升到了首要位置。然而，由于锂离子电池运行和使用工况复杂，安全事故诱因难以完全避免，一旦发生火灾扑灭难度极大。目前较为可行的方案是利用能量管理***(EMS)，从***角度对锂电池安全状态进行实时监控，一旦出现滥用或在故障早期就及时发现预警信号并切断反应进程。
然而，锂离子电池储能***是一套复杂***，具备独特的危害体系，这给储能控制***的设计和权限管理带来巨大困难，尤其是承担决策、控制任务的权限，对其进行风险控制尤为重要。由于控制***主要为软件或云端平台，因此当软件研发人员具备的储能和消防知识不足时，一方面可能按照传统软件的管理权限来进行设置，仅考虑信息安全方面的限制，进而导致当特定用户权限的安全等级定义超过该用户对于安全保护应具备的知识时，可能导致故障不能及时有效得到管控或误操作，进一步演化为事故；另一方面没有专门的针对包含消防人员在内的技术人员形成特定的可视化显示，导致技术人员对电站***的状态存在疑虑，不利于安全防护工作的快速有序开展。
因此有必要针对储能***开发一种安全分级的权限控制方法。
发明内容
为解决现有技术中非专业人员因权限问题对储能***带来安全误操作的风险，提高电池储能***的安全性，本发明提供了一种对电池储能***安全分级的权限控制方法，具体方案如下：
一种对电池储能***安全分级的权限控制方法，包括以下步骤：
S1、设置安全等级：设置安全等级为三个级别，第一等级为电池安全级别；第二等级为防护安全级别；第三等级为功能级别；
S2、设置操作权限：依据安全等级的三个级别设置对应的操作权限，第一操作权限等级为厂家供应商权限；第二操作权限等级为专业技术人员权限；第三操作权限等级为用户权限；
S3、判断是否满足电池安全级别，若满足则进入S4，若不满足则进入BMS电池管理***；
S4、满足电池安全级别后，判断是否满足防护安全级别，若满足则进入S5，若不满足则进入EMS能量管理***；
S5、满足防护安全级别后，判断是否满足功能级别，若满足则判定储能参与工作，若不满足则进入EMS能量管理***。
优选的，S1中电池的参数包括电池SOC、电池温度、和电池电压。
优选的，厂家供应商权限用于对电池安全级别的监测和调控；专业技术人员权限用于对防护安全级别进行维护；用户权限对功能级别进行设置。
优选的，BMS电池管理***参与电池安全级别的管理，厂家供应商通过EMS能量管理***同时对多个BMS电池管理***进行底层数据更新，完成涉及电池安全级别的操作，具体步骤如下：
S1：由厂家供应商在BMS电池管理***中构建电池安全级别的控制结构；
S2：通过传感子***对电池参数进行采集，并通过通讯将参数信息上传至控制子***；
S3：控制子***基于控制结构对参数信息进行判断，若所采集的电池参数范围处于预设的阈值范围之外，则对执行子***作出指令输出，包括单体电池SOC充放电、调控环境温度、调节单体电池电压,BMS设置基于优先级别控制执行子***，单体电池SOC充放电指令优先于环境温度调控指令，环境温度调控指令优先于电压调控指令。
优选的，电池安全级别中控制子***控制的原理步骤如下：
S1：设置单体电池SOC上下阈值、电池充放电时的环境温度值范围、单体电池的电压及其他参数范围；
S2：若判断单体电池SOC处于正常荷电量范围内，若环境温度处于预设的温度值范围之外，控制子***控制加热器或空调完成温度校正；
S3：若判断单体电池SOC低于电池最低荷电量、且环境温度处于充电环境温度的阈值范围之内，控制子***控制变流器对单体电池充电；
S4：判断单体电池SOC低于电池最低荷电量、若环境温度处于预设的温度值范围之外，控制子***控制加热器或空调完成温度校正，调节到满足S2所述条件后，控制子***变流器对单体电池充电；
S5：执行S3的充电指令，当判断电压值对应的电池SOC满电量时，停止充电或进行放电，防止出现电池的过充或过放。
优选的，专业技术人员通过人机交互界面对防护安全级别的功能进行调控，具体步骤为：
S1：通过EMS能量管理***构建电网防逆流、电池防逆流和变压器防过载的安全控制结构；
S2：采用功率追踪，对负载和光伏逆变器做功率追踪，功率参数通过通讯反馈至EMS能量管理***，EMS能量管理***基于安全控制结构作出决策和功率响应；
S3：若出现配电网向电网馈电，根据光伏发电功率减去负载功率的正负，采取提高电池充电功率或减小电池放电功率的措施；若出现变压器过载，启动储能补偿；若光伏发电功率与负载功率接近，或光伏发电功率波动较大，根据设定的充放电时段，设定单体电池SOC只进行充电或只进行放电。
优选的，安全结构中实现电网防逆流、电池防逆流以及变压器防过载的条件为：
当光伏发电功率充足，整个配电***不向电网发电的电网防逆流的条件为电池充电功率PBat_in≥光伏输出功率Ppv-负载功率Pload时，光伏不向电网输出；
当光伏发电功率不足，整个配电***不向电网发电的电池防逆流的条件为满足电池放电功率PBat_out≤负载功率Pload-光伏输出功率Ppv时，电池不向电网输出；
当光伏***未安装或通信未接入EMS能量管理***，储能***不向电网发电的电池防逆流的条件为满足电池放电功率PBat_out≤负载功率Pload，电池不向电网输出；
变压器防过载的条件为电池充电功率PBat_in≤变压器保护上限Ptf_limit-负载功率Pload。
优选的，EMS能量管理***提供用户端功能级别的控制权限和安全控制结构，用户根据实际需求选择功能级别的控制，具体步骤为：
S1：EMS能量管理***在适用于用户端的安全控制结构中，设置需量控制、分时控制、状态查看、电能质量控制及辅助功能的控制场景；
S2：EMS能量管理***在提供符合用户功能级别的安全控制结构中，基于各采集单元反馈的数据和控制场景进行判断；
S3：EMS能量管理***向用户提供人机界面，用户在人机界面输入场景的控制指令、查询状态，同时结合人机界面和电池控制柜面板，选择指令的输入；
S4：EMS能量管理***提供用户功能级别的安全控制结构，用户在人机界面或电池控制柜面板输入指令后，EMS能量管理***中的单台电池柜基于安全控制结构作出响应。
优选的，用户输入指令，EMS能量管理***作出响应的具体参数为：用户输入需量值，EMS能量管理***基于充放电功率、负荷和需量值之间的关系，提供需量值的阈值范围，满足电池的放电功率PBat_out≥Pload-P需；电池的充电功率PBat_in≤PPV-Pload+P需；
当用户输入分时控制指令，实现高峰时放电、低峰时充电；
当用户输入电能质量控制，在并网状态下控制微网或电池有功或无功；
当用户设置允许接收辅助功能指令，完成需求响应、虚拟电厂、计划性充电或放电的选择。
有益效果：
(1)本发明提供的一种对电池储能***安全分级的权限控制方法，通过将安全等级分为三个级别，分别为第一等级电池安全级别、第二等级防护安全级别、第三等级功能级别，并针对以上三个安全等级提出三个相对应的操作权限，分别为厂家供应商权限、专业技术人员权限和用户权限；厂家供应商权限用于多电池安全级别进行监测和调控、专业技术人员权限对防护安全级别进行维护、用户权限可以对功能级别进行设置；通过针对不同的群体开放不同的权限有效规避非厂商、非技术人员因权限设置问题而对储能***带来安全误操作的风险，从机理上去除了不同类型的群体进行误操作的可能性。
(2)本发明提供的一种对电池储能***安全分级的权限控制方法，厂家供应商通过BMS电池管理***构建关于电池安全级别的控制结构，专业技术人员通过EMS能量管理***构建关于防电网逆流、变压器过载的安全控制结构，通过EMS能量管理***提供用户端功能级别的控制权限和安全控制结构，在每一等级的安全控制结构的场景中，基于软硬件的结合，完成信息的跟踪采集、信息的判断和指令的输出控制，操作者对操作权限所匹配的场景具有调控的能力。
附图说明
图1是实施例采用等级控制的流程图。
图2是实施例中电池安全级别关于储能***的安全控制架构。
图3是实施例中电池安全级别的控制原理图。
具体实施方式
为了加深对本发明的理解，下面将结合实施例和附图对本发明作进一步详述，该实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。
实施例：
一种对电池储能***安全分级的权限控制方法，图1是采用等级控制的流程图，具体包括以下步骤：
S1、设置安全等级：设置安全等级为三个级别，第一等级为电池安全级别；第二等级为防护安全级别；第三等级为功能级别,防护安全级别能够实现安全控制的必要条件为电池安全级别处于安全的状态，功能级别能够实现安全控制的必要条件为防护安全级别处于安全的状态，电池安全级别中的电池参数主要包括电池SOC、电池温度以及电池电压；
S2、设置操作权限：依据安全等级的三个级别设置对应的操作权限，第一操作权限等级为厂家供应商权限；第二操作权限等级为专业技术人员权限；第三操作权限等级为用户权限，厂家供应商权限用于对电池安全级别进行监测和调控，专业技术人员权限用于对防护安全级别进行维护，用户权限用于对功能级别进行设置；
S3、判断是否满足电池安全级别，若满足则进入S4，若不满足则进入BMS电池管理***；
S4、满足电池安全级别后，判断是否满足防护安全级别，若满足则进入S5，若不满足则进入EMS能量管理***；
S5、满足防护安全级别后，判断是否满足功能级别，若满足则判定储能参与工作，若不满足则进入EMS能量管理***。
其中，BMS电池管理***参与电池安全级别的管理，厂家供应商通过EMS能量管理***同时对多个BMS电池管理***进行底层数据更新，完成涉及电池安全级别的操作，具体步骤如下：
S1：由厂家供应商在BMS电池管理***中构建电池安全级别的控制结构，如图2所示；
S2：通过传感子***对电池参数进行采集，并通过通讯将参数信息上传至控制子***；
S3：控制子***基于控制结构对参数信息进行判断，若所采集的电池参数范围处于预设的阈值范围之外，则对执行子***作出指令输出，包括单体电池SOC充放电、调控环境温度、调节单体电池电压,BMS设置基于优先级别控制执行子***，单体电池SOC充放电指令优先于环境温度调控指令，环境温度调控指令优先于电压调控指令。
图3是电池安全级别的控制原理图，具体步骤为：
S1：设置单体电池SOC上下阈值、电池充放电时的环境温度值范围、单体电池的电压及其他参数范围；
S2：若判断单体电池SOC处于正常荷电量范围内，若环境温度处于预设的温度值范围之外，控制子***控制加热器或空调完成温度校正；
S3：若判断单体电池SOC低于电池最低荷电量、且环境温度处于充电环境温度的阈值范围之内，控制子***控制变流器对单体电池充电；
S4：判断单体电池SOC低于电池最低荷电量、若环境温度处于预设的温度值范围之外，控制子***控制加热器或空调完成温度校正，调节到满足S2所述条件后，控制子***变流器对单体电池充电；
S5：执行S3的充电指令，当判断电压值对应的电池SOC满电量时，停止充电或进行放电，防止出现电池的过充或过放。
专业技术人员通过人机交互界面对防护安全级别的功能进行调控，具体步骤为：
S1：通过EMS能量管理***构建电网防逆流、电池防逆流和变压器防过载的安全控制结构；
S2：采用功率追踪，对负载和光伏逆变器做功率追踪，功率参数通过通讯反馈至EMS能量管理***，EMS能量管理***基于安全控制结构作出决策和功率响应；
S3：若出现配电网向电网馈电，根据光伏发电功率减去负载功率的正负，采取提高电池充电功率或减小电池放电功率的措施；若出现变压器过载，启动储能补偿；若光伏发电功率与负载功率接近，或光伏发电功率波动较大，根据设定的充放电时段，设定单体电池SOC只进行充电或只进行放电。
安全结构中实现电网防逆流、电池防逆流以及变压器防过载的条件为：
当光伏发电功率充足，整个配电***不向电网发电的电网防逆流的条件为电池充电功率PBat_in≥光伏输出功率Ppv-负载功率Pload时，光伏不向电网输出；
当光伏发电功率不足，整个配电***不向电网发电的电池防逆流的条件为满足电池放电功率PBat_out≤负载功率Pload-光伏输出功率Ppv时，电池不向电网输出；
当光伏***未安装或通信未接入EMS能量管理***，储能***不向电网发电的电池防逆流的条件为满足电池放电功率PBat_out≤负载功率Pload，电池不向电网输出；
变压器防过载的条件为电池充电功率PBat_in≤变压器保护上限Ptf_limit-负载功率Pload。
EMS能量管理***提供用户端功能级别的控制权限和安全控制结构，用户根据实际需求选择功能级别的控制，具体步骤为：
S1：EMS能量管理***在适用于用户端的安全控制结构中，设置需量控制、分时控制、状态查看、电能质量控制及辅助功能的控制场景；
S2：EMS能量管理***在提供符合用户功能级别的安全控制结构中，基于各采集单元反馈的数据和控制场景进行判断；
S3：EMS能量管理***向用户提供人机界面，用户在人机界面输入场景的控制指令、查询状态，同时结合人机界面和电池控制柜面板，选择指令的输入；
S4：EMS能量管理***提供用户功能级别的安全控制结构，用户在人机界面或电池控制柜面板输入指令后，EMS能量管理***中的单台电池柜基于安全控制结构作出响应。
用户输入指令，EMS能量管理***作出响应的具体参数为：用户输入需量值，EMS能量管理***基于充放电功率、负荷和需量值之间的关系，提供需量值的阈值范围，满足电池的放电功率PBat_out≥Pload-P需；电池的充电功率P Bat_in≤PPV-Pload+P需；
当用户输入分时控制指令，实现高峰时放电、低峰时充电；
当用户输入电能质量控制，在并网状态下控制微网或电池有功或无功；
当用户设置允许接收辅助功能指令，完成需求响应、虚拟电厂、计划性充电或放电的选择。
作为进一步改进，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种对电池储能***安全分级的权限控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、设置安全等级：设置安全等级为三个级别，第一等级为电池安全级别；第二等级为防护安全级别；第三等级为功能级别；
S2、设置操作权限：依据安全等级的三个级别设置对应的操作权限，第一操作权限等级为厂家供应商权限；第二操作权限等级为专业技术人员权限；第三操作权限等级为用户权限；
S3、判断是否满足电池安全级别，若满足则进入S4，若不满足则进入BMS电池管理***；
S4、满足电池安全级别后，判断是否满足防护安全级别，若满足则进入S5，若不满足则进入EMS能量管理***；
S5、满足防护安全级别后，判断是否满足功能级别，若满足则判定储能参与工作，若不满足则进入EMS能量管理***。
2.根据权利要求1所述的一种对电池储能***安全分级的权限控制方法，其特征在于，S1中电池的参数包括电池SOC、电池温度、和电池电压。
3.根据权利要求1所述的一种对电池储能***安全分级的权限控制方法，其特征在于，厂家供应商权限用于对电池安全级别的监测和调控；专业技术人员权限用于对防护安全级别进行维护；用户权限对功能级别进行设置。
4.根据权利要求1所述的一种对电池储能***安全分级的权限控制方法，其特征在于，BMS电池管理***参与电池安全级别的管理，厂家供应商通过EMS能量管理***同时对多个BMS电池管理***进行底层数据更新，完成涉及电池安全级别的操作，具体步骤如下：
S1：由厂家供应商在BMS电池管理***中构建电池安全级别的控制结构；
S2：通过传感子***对电池参数进行采集，并通过通讯将参数信息上传至控制子***；
S3：控制子***基于控制结构对参数信息进行判断，若所采集的电池参数范围处于预设的阈值范围之外，则对执行子***作出指令输出，包括单体电池SOC充放电、调控环境温度、调节单体电池电压,BMS设置基于优先级别控制执行子***，单体电池SOC充放电指令优先于环境温度调控指令，环境温度调控指令优先于电压调控指令。
5.根据权利要求4所述的一种对电池储能***安全分级的权限控制方法，其特征在于，电池安全级别中控制子***控制的原理步骤如下：
S1：设置单体电池SOC上下阈值、电池充放电时的环境温度值范围、单体电池的电压及其他参数范围；
S2：若判断单体电池SOC处于正常荷电量范围内，若环境温度处于预设的温度值范围之外，控制子***控制加热器或空调完成温度校正；
S3：若判断单体电池SOC低于电池最低荷电量、且环境温度处于充电环境温度的阈值范围之内，控制子***控制变流器对单体电池充电；
S4：判断单体电池SOC低于电池最低荷电量、若环境温度处于预设的温度值范围之外，控制子***控制加热器或空调完成温度校正，调节到满足S2所述条件后，控制子***变流器对单体电池充电；
S5：执行S3的充电指令，当判断电压值对应的电池SOC满电量时，停止充电或进行放电，防止出现电池的过充或过放。
6.根据权利要求1所述的一种对电池储能***安全分级的权限控制方法，其特征在于，专业技术人员通过人机交互界面对防护安全级别的功能进行调控，具体步骤为：
S1：通过EMS能量管理***构建电网防逆流、电池防逆流和变压器防过载的安全控制结构；
S2：采用功率追踪，对负载和光伏逆变器做功率追踪，功率参数通过通讯反馈至EMS能量管理***，EMS能量管理***基于安全控制结构作出决策和功率响应；
S3：若出现配电网向电网馈电，根据光伏发电功率减去负载功率的正负，采取提高电池充电功率或减小电池放电功率的措施；若出现变压器过载，启动储能补偿；若光伏发电功率与负载功率接近，或光伏发电功率波动较大，根据设定的充放电时段，设定单体电池SOC只进行充电或只进行放电。
7.根据权利要求1所述的一种对电池储能***安全分级的权限控制方法，其特征在于，安全结构中实现电网防逆流、电池防逆流以及变压器防过载的条件为：
当光伏发电功率充足，整个配电***不向电网发电的电网防逆流的条件为电池充电功率PBat_in≥光伏输出功率Ppv-负载功率Pload时，光伏不向电网输出；
当光伏发电功率不足，整个配电***不向电网发电的电池防逆流的条件为满足电池放电功率PBat_out≤负载功率Pload-光伏输出功率Ppv时，电池不向电网输出；
当光伏***未安装或通信未接入EMS能量管理***，储能***不向电网发电的电池防逆流的条件为满足电池放电功率PBat_out≤负载功率Pload，电池不向电网输出；
变压器防过载的条件为电池充电功率PBat_in≤变压器保护上限Ptf_limit-负载功率Pload。
8.根据权利要求1所述的一种对电池储能***安全分级的权限控制方法，其特征在于，EMS能量管理***提供用户端功能级别的控制权限和安全控制结构，用户根据实际需求选择功能级别的控制，具体步骤为：
S1：EMS能量管理***在适用于用户端的安全控制结构中，设置需量控制、分时控制、状态查看、电能质量控制及辅助功能的控制场景；
S2：EMS能量管理***在提供符合用户功能级别的安全控制结构中，基于各采集单元反馈的数据和控制场景进行判断；
S3：EMS能量管理***向用户提供人机界面，用户在人机界面输入场景的控制指令、查询状态，同时结合人机界面和电池控制柜面板，选择指令的输入；
S4：EMS能量管理***提供用户功能级别的安全控制结构，用户在人机界面或电池控制柜面板输入指令后，EMS能量管理***中的单台电池柜基于安全控制结构作出响应。
9.根据权利要求8所述的一种对电池储能***安全分级的权限控制方法，其特征在于，用户输入指令，EMS能量管理***作出响应的具体参数为：用户输入需量值，EMS能量管理***基于充放电功率、负荷和需量值之间的关系，提供需量值的阈值范围，满足电池的放电功率PBat_out≥Pload-P需；电池的充电功率PBat_in≤PPV-Pload+P需；
当用户输入分时控制指令，实现高峰时放电、低峰时充电；
当用户输入电能质量控制，在并网状态下控制微网或电池有功或无功；
当用户设置允许接收辅助功能指令，完成需求响应、虚拟电厂、计划性充电或放电的选择。
10.根据权利要求1所述的一种对电池储能***安全分级的权限控制方法，其特征在于，防护安全级别能够实现安全控制的必要条件为电池安全级别处于安全的状态，功能级别能够实现安全控制的必要条件为功能级别处于安全的状态。
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