[發明專利]金字塔型大規模電池儲能架構系統及其能量管理控制方法

有效

• 申請號: 202110264640.3
• 申請日: 2021-03-11
• 公開（公告）號: CN112968457B
• 公開（公告）日: 2023-09-22
• 發明（設計）人: 黃俊星
• 申請（專利權）人: 黃俊星
• 主分類號: H02J3/32
• 分類號: H02J3/32
• 代理公司: 深圳市能聞知識產權代理事務所(普通合伙) 44717
• 代理人: 姚大雷

1.一種電池儲能架構系統，包括電池儲能系統和控制系統，其特征在于：

所述的電池儲能系統包括多個儲能電柜，每個儲能電柜包括儲能變流器，其中所述的多個儲能電柜的儲能變流器并接到交流母線，該交流母線通過變壓器連接到交流外電網；

每個儲能電柜包含多個電池包和多個雙向直流斬波器，其中，每個電池包具有電池管理系統，每個電池包與每個雙向直流斬波器串聯，所述的雙向直流斬波器還與直流母線連接，并且直流母線通過直流開關與所述的儲能變流器的直流端進行連接；

所述的控制系統包括中央控制器、設置在所述的儲能電柜中的電柜控制器和本地控制器，其中，每個所述的儲能變流器與每個所述的電柜控制器連接，在每個儲能電柜中的多個本地控制器均與該儲能電柜中的電柜控制器連接，所述的多個儲能電柜的多個電柜控制器與所述的中央控制器連接；

所述的本地控制器配置為：

通過通信總線收集電池管理系統及雙向直流斬波器發送的信息；

計算所述的電池包的儲能單元的最小可接受的充放電功率和/或可充放電能量盈余空間；

將電量信息通過通信總線上發至本地儲能電柜的電柜控制器，同時接收所述的電柜控制器下發的功率指令和啟停命令，以實現對本地電池包的儲能單元的就地控制；

所述的電柜控制器配置為：

通過通信總線接收下屬的本地控制器所發送的信息以及所述的儲能變流器發送的最大或最小的允許充放電功率，以決定所述的本地控制器在不同功率分配模式下的優先順序和功率分配方式；

計算儲能電柜級的最小可接受的充放電功率、儲能電柜級的可充放電能量盈余空間，并將這些信息發送到中央控制器，同時接收所述的中央控制器下發的功率指令；

通過電柜控制器來設置特殊充放電模式和正常充放電模式，其中：在特殊充放電模式中，功率需求大于等于所有本地控制器發送的最小可充放電功率的最小值，并且功率需求小于所有本地控制器發送的最小可充放電功率之和；在正常充放電模式中，功率需求大于等于所有本地控制器發送的最小可充放電功率之和，并且功率需求小于等于所有本地控制器發送的最大的可充放電功率之和；

通過電柜控制器確定所有本地控制器的功率分配以及優先順序，其中：當系統充電時，具有較小的最小可充放電功率的儲能單元具有較高的優先權；如果最小可充放電功率相等，則進一步比較兩個儲能單元的健康狀態，具有較高的健康狀態的儲能單元具有更高的優先權；如果SOH也相等，則采用自然排序；與此相反，當系統放電時，具有較大的最小可充放電功率的儲能單元具有較高的優先權；如果最小可充放電功率相等則進一步比較兩個儲能單元的健康狀態，具有較高的健康狀態的儲能單元具有更高的優先權；如果健康狀態也相等，則采用自然排序；

通過電柜控制器來設定功率分配方式，其中：

對于特殊充電模式，采用的分配方式：

其中，P_{alloc_LCU_i}為分配給儲能單元i的功率大小，P_{Min_LCU_i}為儲能單元i的最小可接受的充電功率，ΔECHG_LCU_i為儲能單元i可增加的能量空間，為所有儲能單元可增加的能量空間之和，為所有儲能單元的最小可接受的充電功率之和；

對于特殊放電模式，采用的分配方式：

其中，ΔEDCHG_LCU_i為儲能單元i可釋放的能量空間，

為所有儲能單元可釋放的能量空間之和；

對于正常充電模式，采用的分配方式：

對于正常放電模式，采用的分配方式：

通過電柜控制器計算電柜級的最小可接受充放電功率和能量空間，其中：使電柜控制器根據所有本地控制器發送的最小可充放電功率，計算出該電柜級的最小充放電功率和最大的可充放電功率的總數；

計算該電柜級的可吸收的能量空間和可釋放的能量空間信息的總數；

通過電柜控制器將該電柜級的最小和最大可充放電功率和能量空間信息發送至中央控制器；

通過中央控制器設置超級特殊充放電模式、特殊充放電模式和正常充放電模式，其中：在超級特殊充放電模式中，功率需求小于所有電柜控制器發送的電柜級最小可接受的充放電功率的最小值，并且功率需求大于其中一個本地控制器發送的最小可充放電功率最小值；在特殊充放電模式中，功率需求大于等于所有電柜控制器發送的電柜級最小可接受的充放電功率的最小值，并且功率需求小于所有電柜控制器發送的電柜級最小可接受的充放電功率之和；在正常充放電模式中，功率需求大于等于所有電柜控制器發送的最小可充放電功率之和，并且功率需求小于等于所有電柜控制器發送的最大的可充放電功率之和；

通過中央控制器來確定所有電柜控制器的功率分配以及優先順序，其中：充電時優先考慮最小可充放電功率更小的儲能電柜進行充電，放電時優先考慮最小可充放電功率更大的儲能電柜進行放電，如果遇到多個儲能電柜的最小可充放電功率相等的情況，則采用自然排序的順序進行充電和放電；

通過中央控制器根據不同的充放電模式，設定功率分配方式，其中：

對于超級特殊充放電模式，將所有功率需求分配到具有最小可充放電功率P_{Min_LCU}所在的電柜；

對于特殊充電模式，采用的功率分配方式為：

其中，P_{alloc_CCU_j}為分配給電柜控制器j的功率大小，P_{Min_CCU_i}為電柜控制器j的最小可接受的充電功率，ΔEDCHG_CCU_j為電柜控制器j可增加的能量空間，為所有電柜控制器可增加的能量空間之和，為所有電柜控制器的最小可接受的充電功率之和；

對于特殊放電模式，采用的功率分配方式為：

其中，ΔEDCHG_CCU_j為電柜控制器j可釋放的能量空間，

為所有電柜控制器可釋放的能量空間之和，

為所有電柜控制器的最小可接受的放電功率之和；對于正常充電模式，采用的功率分配方式為：

對于正常放電模式，采用的功率分配方式為：