CN103001240A

CN103001240A - 用于全钒液流电池储能的就地监控系统

Info

Publication number: CN103001240A
Application number: CN2012104651905A
Authority: CN
Inventors: 李爱魁; 但小容; 杜涛; 杨祥军; 刘飞; 陈家宏
Original assignee: Wuhan Nari Co Ltd of State Grid Electric Power Research Institute; State Grid Electric Power Research Institute; State Grid Corp of China SGCC
Current assignee: Wuhan Nari Co Ltd of State Grid Electric Power Research Institute; State Grid Corp of China SGCC
Priority date: 2012-11-19
Filing date: 2012-11-19
Publication date: 2013-03-27
Anticipated expiration: 2032-11-19
Also published as: CN103001240B

Abstract

本发明涉及用于全钒液流电池储能的就地监控系统，采用远程监控系统，通过工业以太网远程监控系统与多个就地监控系统相互配合；就地监控系统包括就地监测单元、电池管理系统和变流器就地控制器三大部分；就地监测单元分别与电池管理系统和变流器就地控制器配连。本发明能够完成与全钒液流电池储能系统及变流器相关的状态监控，数据采集，历史数据库维护查询等功能，并能根据其运行状态对其进行故障预测及智能化控制，提高全钒液流电池储能效率、保证供电的安全可靠、降低运行管理人员劳动强度并改善劳动条件，从而提高储能系统运行的经济性。本发明的优点是，充分运用网络资源，设计合理，结构简单，操作方便，智能化程度高。

Description

用于全钒液流电池储能的就地监控系统

技术领域

本发明涉及一种电池储能的监控系统，特别是用于全钒液流电池储能的就地监控系统。

背景技术

随着可再生能源发电的快速发展，风能、太阳能等可再生能源发电的规模逐年增加，但其存在不稳定和不连续的问题，需要配备蓄电储能装置，才能实现连续、稳定的电能输出，因此大规模电力储能装置受到了极大的关注。在众多化学储能技术中，全钒液流电池因具有使用安全、容量和功率可独立设计、寿命长、操作维护简单、绿色环保等优点而逐渐成为研究热点。而要实现全钒液流电池储能系统正常运行，需要对其进行有效的管理和控制，但是目前没有针对全钒液流电池储能开发的就地监控系统。

中国专利文献CN102315648A（申请号：201110260284.4）公开的《一种100千瓦镍氢储能监控系统及其监控方法》，其系统包含电池监控系统以及分别与电池监控系统电路连接的若干个100千瓦镍氢电池柜和电网接入系统，若干个100千瓦镍氢电池柜还与电网接入系统电路连接；电池监控系统上设有总开关，分别与若干个100千瓦镍氢电池柜相对应的若干个电源开关，以及显示设备；总开关与若干个电源开关串联连接；显示设备与任意一个电源开关串联连接；每个100千瓦镍氢电池柜包含若干个电池模块。便于工作人员及时掌握电池储能设备工作状态，及时发布各种充放电控制命令、电网信息，有助于减少系统输电网络的损耗，提高储能系统的工作安全性。该中国专利文献CN102315648A提供的是一种对电池的监控方系统及监控方法，重点在于其提供的是针对100kW镍氢储能的进行监控系统，而不是针对全钒液流电池储能的监控系统，申请人经过研究发现，若要将该监控系统用于对全钒液流电池储能的监控需要进行改进和完善，才可能实现。

中国专利文献CN201867481U（专利号：201020631070.4）公开的一种《一种蓄电池监控系统》，包括主控单元，主控单元上分别连有采集模块、内阻模块和温度模块，采集模块与温度模块连接，主控单元上还连有温湿度模块、存储器模块和看门狗模块，其虽能对蓄电池存在的问题提供早期的预报，通过测试蓄电池内阻的方法自动检查每节电池单体的状况并可靠地预测出它们的性能，但是没有涉及电池储能系统的整体监控。

此外，申请人查阅了2011年发表在电工技术上的《基于PLC数据采集的全钒液流电池监控系统的实现》的文章，据该文章介绍，针对由40个电池单体组成的5kW全钒液流电池堆模块，开发出一种监控系统，运用该监控系统，可以实现对全钒液流电池运行过程的实时监控，但其实时监控的范围有限，仅针对全钒液流电池的电堆模块。

据申请人所知，目前投入应用的现有技术中没有一种适用于全钒液流电池储能的就地监控系统。

发明内容

本发明的目的是，为了解决上述现有技术中的不足之处，提出并研究用于全钒液流电池储能的就地监控系统。其能够完成对于与全钒液流电池储能系统及变流器（可以简写为：PCS）相关的状态的监控及其数据采集和历史数据库维护查询等功能，能满足全钒液流电池储能系统运行的实时性和可靠性要求。

本发明的技术解决方案是：采用远程监控系统，其特征在于，远程监控系统与多个就地监控系统相互配合；就地监控系统包括就地监测单元、电池管理系统和变流器就地控制器三大部分；就地监测单元分别与电池管理系统和变流器就地控制器配连；就地监测单元负责采集电池和变流器的数据，并下达控制命令至电池管理系统和变流器就地控制器；电池管理系统用于监测、评估及保护电池运行状态；变流器就地控制器用于对变流器的工作状态进行监测和控制；就地监控系统内部以及就地监控系统与远程监控系统间的通信采用工业以太网；就地监监控系统设有2个与工业以太网配接的端口。

其特征在于，电池管理系统由信号处理模块PLC、供电模块、堆电压采集器、堆电流采集器、环境参数采集器、电源汇流排、信号汇流排、电源隔离器、正/负极流量计、正/负极温度计、正/负极压力计、正/负极液位计、正/负极电位计、正/负极变频器组成，供电模块分别与信号处理模块PLC和电源隔离器配接，电源隔离器与电源汇流排配接，信号处理模块PLC与信号汇流排配接，堆电压采集器和堆电流采集器与信号汇流排配接，信号汇流排和电源汇流排分别配接环境参数采集器、正/负极流量计、正/负极温度计、正/负极压力计、正/负极液位计、正/负极电位计、正/负极变频器。

其特征在于，就地监控系统与远程监控系统之间的通信采用开放的通信协议，分别按照IEC104规约和Modbus TCP/IP标准进行通信。

其特征在于，就地监控系统对获取的电池储能系统的故障信息实时存储，并通过与工业以太网配接的端口传送至远程监控系统的通讯端口。

其特征在于，就地监控系统接收来自于远程监控系统的遥控命令，根据远程监控系统的遥控命令设定或调整电池储能系统的运行状态和运行方式；远程监控系统通过就地监控系统实时查看整个电池储能系统的实时运行数据、环境数据。

其特征在于，就地监控系统监控电池系统和变流器的运行状态，采用声光报警方式提示设备出现故障，查看故障原因及故障时间，监控的故障信息至少包括：电堆过压、欠压、过温、低温、过流，交流电压过高、过低，交流频率过高、过低，直流电压过高、过低，变流器过载、过热、短路，散热器过热、变流器孤岛、DSP故障、通讯失败。

其特征在于，与工业以太网配接的端口采用百兆光纤以太网端口。

其特征在于，就地监测单元设有若干个传感器，传感器的信号线与电源线分别设置，各传感器的信号线和电源线分别通过信号汇流排和电源汇流排进行连接，传感器的电力由供电模块经电源隔离器后提供。

其特征在于，就地监测单元负责采集电池和变流器的数据，包括电池的运行参数、变流器的运行参数；电池的运行参数包括：电堆端电压、电池系统的电压、温度、电流、荷电状态、放电深度，电池系统的能量/功率可调节深度；变流器的运行参数包括：直流电压、直流电流、直流功率、交流电压、交流电流、变流器机内温度、时钟、频率、功率因数、当前输出功率、当前输入功率、日输入电量、日输出电量、累计输入电量、累计输出电量。

其特征在于，就地监控系统监控设备所在房间的环境温度。

本发明的创新点在于：1、本发明采用就地监控系统就能够实现对电池和变流器（可以简写为：PCS）的数据采集，能够完成与全钒液流电池储能系统及变流器相关的状态监控，数据采集，历史数据库维护查询。2、本发明采用远程监控系统通过工业以太网与就地监控系统配合，实现智能化控制，保证全钒液流电池储能效率和供电的安全，构想新颖，具有创新性，具有很好的操作性。3、本发明利用网络资源，优化了监测控制的基本条件，将现场作业转换成网上作业，减轻了管理人员的劳动强度，提高了工作效率。

本发明的优点是，充分运用网络资源，设计合理，结构简单，操作方便，智能化程度高。通过对全钒液流电池进行就地监测，根据其运行状态对其进行故障预测及智能化控制，从而提高全钒液流电池储能效率、保证供电的安全可靠、降低运行管理人员劳动强度并改善劳动条件，从而提高储能系统运行的经济性。

附图说明

图1、本发明的基本结构示意图。

图2、本发明采用的电池管理系统方框图。

具体实施方式

下面，结合附图详细描述本发明的具体实施例。

如图1、图2所示，本发明包括远程监控系统和就地监控系统，通过工业以太网就地监控系统与远程监控系统相互配合；就地监控系统包括就地监测单元、电池管理系统和变流器就地控制器三大部分；其中，就地监测单元负责采集电池和变流器的数据，并下达控制命令至电池管理系统和变流器就地控制器；电池管理系统用于监测、评估及保护电池运行状态；变流器就地控制器用于对变流器的工作状态进行监测和控制；远程监控系统通过发送遥控命令至就地监控系统，获取电池储能系统的故障信息，设定或调整电池储能系统的运行状态和运行方式，同时，就地监控系统根据远程监控系统的要求向其上传整个系统的实时运行数据、环境数据；就地监控系统内部以及就地监控系统与远程监控系统间的通信采用工业以太网，其中，就地监控系统为远程监控系统提供两个百兆光纤以太网端口，采用开放的通信协议，分别按照IEC104规约和Modbus TCP/IP标准进行通信。

电池管理系统由信号处理模块PLC、供电模块、堆电压采集器、堆电流采集器、环境参数采集器、电源汇流排、信号汇流排、电源隔离器、正/负极流量计、正/负极温度计、正/负极压力计、正/负极液位计、正/负极电位计、正/负极变频器组成，供电模块分别与信号处理模块PLC和电源隔离器配接，电源隔离器与电源汇流排配接，信号处理模块PLC与信号汇流排配接，堆电压采集器和堆电流采集器与信号汇流排配接，信号汇流排和电源汇流排分别配接环境参数采集器、正/负极流量计、正/负极温度计、正/负极压力计、正/负极液位计、正/负极电位计、正/负极变频器。环境参数采集器、正/负极流量计、正/负极温度计、正/负极压力计、正/负极液位计、正/负极电位计、正/负极变频器均采用传感器分别与全钒液流电池储能管路系统配接，传感器采集到的数据通过与其配置的信号线传送。

工业以太网采用光纤以太网；就地监控系统对电池、变流器（可以简写为：PCS）及其他配套辅助设备进行监控，实时采集有关设备运行状态及工作参数并上传至远程监控系统，实时传递系统数据，在规定的每一间隔时间（如1秒钟）刷新一次系统运行状态信息。

就地监控系统对获取的电池储能系统的故障信息实时存储、传送，并传送至远程系统监控系统的通讯端口。

就地监测单元下达控制命令至电池管理系统和就地控制器。

就地监控系统需要具备人机界面的设备，以便于完成对电池储能系统的监控；就地监测装系统还需要具备远动功能，将电池储能系统内的实时数据传送到远程监控系统，并接受远程监控系统的遥控命令。

提供2个百兆光纤以太网端口，分别按照104规约和Modbus TCP/IP标准建模并通信，协议开放并免费提供协议文本。

电池储能系统的关键运行状态信息及控制信息由104规约负责传输，电池储能系统的一般运行状态数据信息由Mobus TCP/IP负责传输。

就地监控系统能接收来自于远程监控系统的遥控命令，设定或调整电池储能系统的运行状态和运行方式；远程监控系统能实时查看整个电池储能系统的实时运行数据、环境数据。

就地监测单元具备接收IRIG-B（DC）信号进行对时的功能，并通过内部设置的信号汇排接入若干信号线。

就地监控系统利用工业以太网实现与远程监控系统的通信联系，并与远程监控系统相互配合实现对电池、变流器及其他配套辅助设备的监控，就地监控系统将获取的监控数据进行采集、分类、显示、存储和上传。

远程监控系统通过就地监控系统能够查看电池组的运行参数包括：电堆端电压、电池系统的电压、温度、电流、荷电状态（可以简写为“SOC”）、放电深度，电池系统的能量/功率可调节深度。

工作人员也可以直接通过就地监控系统能够查看电池组的运行参数包括：电堆端电压、电池系统的电压、温度、电流、荷电状态、放电深度，电池系统的能量/功率可调节深度。

通过就地监控系统能够查看每台变流器的运行参数包括：直流电压、直流电流、直流功率、交流电压、交流电流、变流器机内温度、时钟、频率、功率因数、当前输出功率、当前输入功率、日输入电量、日输出电量、累计输入电量、累计输出电量。

通过就地监控系统监控电池系统和变流器的运行状态，采用声光报警方式提示设备出现故障，能够查看故障原因及故障时间，监控的故障信息至少包括：电堆过压、欠压、过温、低温、过流，交流电压过高、过低，交流频率过高、过低，直流电压过高、过低，变流器过载、过热、短路，散热器过热、变流器孤岛、DSP故障、通讯失败。

就地监控系统能够监控设备所在房间的环境温度。

储能监控系统退出或意外中断运行时，电池、电池管理系统和变流器有足够的措施保证设备自身的安全，并维持一段时间的正常运行。

远程监控系统包含信号处理模块及信号收发装置。

传感器与全钒液流电池配合，传感器从全钒液流电池采集正负极流量、温度、压力、电位、液位、堆电流及电压等数据，变流器就地控制器采集变流器的数据。信号处理模块PLC与各类传感器相连，采集各类传感器的数据。就地监测单元与信号处理模块PLC通过串口通讯获得传感器采集的数据，然后经过数据的处理与分析，对储能系统充电过程中采集的运行参数进行显示与控制，并将系统的关键运行状态信息及控制信息通过以太网上传给上层的远程监控系统处理，保证充电过程顺利进行。变流器就地控制器用于对变流器的工作状态进行监测和控制。

就地监控系统内部以及就地监控系统与上层远程监控系统间的通讯方式采用工业以太网，采用开放的通信协议，按照IEC104规约和Modbus TCP/IP标准进行通信。就地监控系统能接受来自上层远程监控系统的远方指令，设定或调整电池管理系统的运行状态和运行方式，同时，也能够根据上层远程监控系统的要求向其上传整个电池管理系统的实时运行数据、环境数据等。

Claims

1.用于全钒液流电池储能的就地监控系统，采用远程监控系统，其特征在于，远程监控系统与多个就地监控系统相互配合；就地监控系统包括就地监测单元、电池管理系统和变流器就地控制器三大部分；就地监测单元分别与电池管理系统和变流器就地控制器配连；就地监测单元负责采集电池和变流器的数据，并下达控制命令至电池管理系统和变流器就地控制器；电池管理系统用于监测、评估及保护电池运行状态；变流器就地控制器用于对变流器的工作状态进行监测和控制；远程监控系统通过发送遥控命令至就地监控系统，获取电池储能系统的故障信息，设定或调整电池储能系统的运行状态和运行方式，就地监控系统内部以及就地监控系统与远程监控系统间的通信采用工业以太网；就地监控系统设有2个与工业以太网配接的端口。

2.根据权利要求1所述的用于全钒液流电池储能的就地监控系统，其特征在于，电池管理系统由信号处理模块PLC、供电模块、堆电压采集器、堆电流采集器、环境参数采集器、电源汇流排、信号汇流排、电源隔离器、正/负极流量计、正/负极温度计、正/负极压力计、正/负极液位计、正/负极电位计、正/负极变频器组成，供电模块分别与信号处理模块PLC和电源隔离器配接，电源隔离器与电源汇流排配接，信号处理模块PLC与信号汇流排配接，堆电压采集器和堆电流采集器与信号汇流排配接，信号汇流排和电源汇流排分别配接环境参数采集器、正/负极流量计、正/负极温度计、正/负极压力计、正/负极液位计、正/负极电位计、正/负极变频器。

3.根据权利要求1所述的用于全钒液流电池储能的就地监控系统，其特征在于，就地监控系统与远程监控系统之间的通信采用开放的通信协议，分别按照IEC104规约和Modbus TCP/IP标准进行通信。

4.根据权利要求1所述的用于全钒液流电池储能的就地监控系统，其特征在于，就地监控系统对获取的电池储能系统的故障信息实时存储，并通过与工业以太网配接的端口传送至远程监控系统的通讯端口。

5.根据权利要求1所述的用于全钒液流电池储能的就地监控系统，其特征在于，就地监控系统接收来自于远程监控系统的遥控命令，根据远程监控系统的遥控命令设定或调整电池储能系统的运行状态和运行方式；远程监控系统通过就地监控系统实时查看整个电池储能系统的实时运行数据、环境数据。

6.根据权利要求1或2所述的用于全钒液流电池储能的就地监控系统，其特征在于，就地监控系统监控电池系统和变流器的运行状态，采用声光报警方式提示设备出现故障，查看故障原因及故障时间，监控的故障信息至少包括：电堆过压、欠压、过温、低温、过流，交流电压过高、过低，交流频率过高、过低，直流电压过高、过低，变流器过载、过热、短路，散热器过热、变流器孤岛、DSP故障、通讯失败。

7.根据权利要求1所述的用于全钒液流电池储能的就地监控系统，其特征在于，与工业以太网配接的端口采用百兆光纤以太网端口。

8.根据权利要求1或2所述的用于全钒液流电池储能的就地监控系统，其特征在于，就地监测单元设有若干个传感器，传感器的信号线与电源线分别设置，各传感器的信号线和电源线分别通过信号汇流排和电源汇流排进行连接，传感器的电力由供电模块经电源隔离器后提供。

9.根据权利要求1所述的用于全钒液流电池储能的就地监控系统，其特征在于，就地监测单元负责采集电池和变流器的数据，包括电池的运行参数、变流器的运行参数；电池的运行参数包括：电堆端电压、电池系统的电压、温度、电流、荷电状态、放电深度，电池系统的能量/功率可调节深度；变流器的运行参数包括：直流电压、直流电流、直流功率、交流电压、交流电流、变流器机内温度、时钟、频率、功率因数、当前输出功率、当前输入功率、日输入电量、日输出电量、累计输入电量、累计输出电量。

10.根据权利要求1或2所述的用于全钒液流电池储能的就地监控系统，其特征在于，就地监控系统监控设备所在房间的环境温度。