移动式电化学储能组站不停电系统及控制方法与流程

1.本发明涉及一种移动式电化学储能组站不停电系统及控制方法，具体地说是一种由电化学储能电源车组与柴油发电车通过模块化连接组站和配套控制技术，构造无电网区具有机动能力的连续供电系统，属于电化学储能应用及新能源控制领域。


背景技术：

2.电化学储能广泛应用于新能源场站、多能互补智能微网、电力系统调峰、辅助调频、工业园区、应急电源系统、ups电源系统和应急电源车等领域，但对于远离能源管网场景建立机动型电力连续供应系统缺乏充分研究。偏远场所用电以及现场装备供热保温等场景面临的主要问题就是能源持续供给问题。有机动要求的电源车场景与偏远生活岛区不同的是，偏远生活岛区可以通过建设一定规模的光伏和或风电作为主用能源、配套一定规模的储能系统，或者再加上柴油发电机组做辅助备用电源，就可以解决电力连续供给问题。而风光等可再生能源作为主能源配置对于偏远机动电源车等应用场景的经济性与可行性都很低，对于电源车最多只能考虑利用车身资源，配置辅助性小型光储系统来提高电源车整体用能效率。
3.偏远机动场景具有地理偏远、地形复杂、任务机动多变等特点，远离市电和能源管网等资源区域，现场对热力电力供给方式和机动性要求很高。传统技术多采用柴油发电机组和燃油热力等装备等对工地或营区供电供热，主要问题是，供能装备标准化较难统一，通用性适用范围较差，供能方式单一分散，也缺乏模块化高效灵活组站能力，无法实现稳定连续的规范供电系统机制；任何时候用能都必然伴随燃油发电机组运行噪声和排烟等，不满足现场对环境和紧急情况的特殊控制要求，针对特殊紧急情况缺乏缓冲应变余地，而对于偏远工地场景则是无法协调噪声和排放的时间段，电源布置距离有困难；供热方式和热力设施管线都很难适应现场高效机动的要求，热力设备和发电装备的整体能源利用效率较差。
4.新能源和电化学储能技术的发展使这类应用场景的供能体系升级成为可能。场景特殊约束条件下，新型供能结构可以电化学储能系统为主供电源；改变柴油发电机组的传统应用方式和控制方法；利用储能实现连续用能与特殊情况柴发随机可控的协调；终端用能电气化，以单一电力线路移动布设代替多种复杂管线管网；通过组合电站控制策略和运行逻辑创新，实现能源保障的安全可靠和可持续性。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于，提供一种移动式电化学储能组站不停电系统及控制方法，该系统将电化学储能系统分为两组单元，进行分组控制，柴油发电机组做为充电机组；每组储能单元有充电、待机、主放电运行以及紧急继续放电运行等若干运行方式，两组储能单元按照优化逻辑流程在不同运行方式之间衔接切换，电源之间采用毫秒级快速切换；整体组站由能量管理系统协调控制，实现不停电供电和最短噪声排烟时间。根据地形分布条件，储能
单元内部分储能模块可单独离站使用，移动到分散地点为可间断负荷供电，以及移回组站充电恢复交替换用，且能做到不影响组站的连续供电。
6.本发明的技术方案为：移动式电化学储能组站不停电系统及控制方法。
7.一种移动式电化学储能组站不停电系统，包括储能电源车和柴油发电车，所述储能电源车包括第一储能电源车、第二储能电源车、第三储能电源车、第四储能电源车；所述第一储能电源车和所述第二储能电源车构成储能a组逻辑单元，所述第三储能电源车和所述第四储能电源车构成储能b组逻辑单元；每个所述储能电源车包含储能及变换系统ess、配电系统和输出系统；所述柴油发电车包含柴油发电机组、快速切换开关sts、储能并机柜、输出系统和能量管理系统ems。
8.所述储能及变换系统ess分别与配电系统电力连接双向控制，所述配电系统分别经电力电缆连接至所述输出系统，所述输出系统分别延伸提供用户电力取电接口，所述输出系统由终端分配箱与输出插座面板通过连接线路组电连接而组成。
9.所述柴油发电机组通过快速切换开关sts给储能并机柜供电，所述储能并机柜经电力电缆连接至所述输出系统，由输出系统提供用户电力取电接口，所述储能并机柜的母线通过断路器和电缆与快速电力插接座组固定连接，每个所述储能电源车对应一路快速连接座组；能量管理系统ems的工作电源取柴发机组的启动电池系统，或配置直流盘由储能并机柜不停电母线提供充电。
10.所述储能电源车组和柴油发电车：各储能电源车的配电系统母线分别经本车卷筒电缆和断路器与柴油发电车的一路快速电力插接座组相连接，电力双向控制；柴油发电机组、快速切换开关sts均与能量管理系统ems为通信连接；同一储能单元组内的储能电源车储能切换系统ess之间，即储能及变换系统与储能及变换系统之间、储能及变换系统与储能及变换系统之间，均有内部通信连接；能量管理系统ems的工作电源取柴发机组动力电池，或配置直流盘由储能并机柜不停电母线提供充电。
11.上述移动式电化学储能组站不停电系统的控制方法如下：在主流程中，储能单元a组和b组轮流切换进行主放电运行对系统供电，任意储能单元组在主放电运行状态时，单元组内各储能车模块通过内部通信进行负载均分；柴油发电机组用于对储能单元充电储能，所有切换操作为电力电子毫秒级快速切换，从而保证系统不停电供电运行，在无市电无资源区，通过燃油能源补给保障全站供电续航；容量配置满足单元充电时间充分小于单元主放电平均带载运行时间，主放电运行单元自动维持到soc下限设定值，不会因为其他单元已充满电而发生soc高值优先的切换；充完电的单元进入待机备用，柴发机组切换到另一单元主放电运行带载，柴发机组自动停机，主流程周期性循环，以保证两组单元轮流均匀使用。
12.各分支流程用于辅助主流程优化和各种异常或故障情况的处理；单元充电期间采用另一组单元调峰来调节柴发功率充分利用和充电过程最快，以及同时避免调峰单元对充电单元组的反充电；单元充电完成，如果另一单元检测不可用，则柴发机组切换到充电完成单元进入主放电运行；单元主放电到低限值控制柴发机组启动，如果柴发机组不可用，则检测另一单元可用性，可用则切换到另一储能单元主放电，不可用则主放电单元继续放电到低低限值停止，任意低低限值储能单元并持续检测柴发机组，直至柴发机组可用并启动运
行，进入储能单元充电流程。
13.具体如下：1、分组循环总控：储能管理系统ems通信采集组站数据，通过状态反馈和控制指令对组站系统能量调度进行协调控制；组站投入运行起始状态下，储能管理系统ems自动检测两个储能单元组a组和b组的状态，以a组为优先组，控制可用储能单元进行主放电运行，系统进入循环流程控制；当a、b两组储能单元均不具备条件时，报警提示人工处理，检查柴发机组状态；2、分组充放电切换主流程循环：任意储能单元组在主放电运行状态时，另一储能单元组处于待机状态，当主放电运行单元组soc小于等于下限设定值30%时，启动柴油发电机组运行，通过快速切换开关由主放电储能单元组快速切换至柴油发电机组，主放电单元组转为充电运行方式，柴油发电机组对其进行充电同时带用户负载运行，当soc达到上限设定值90&时停止充电，同时根据另一组储能单元可用状态，判定主放电运行切换到哪个储能单元组，当另一单元组可用时，优先切换到另一单元组，是正常主流程方式；当另一组不可用时，则切换回已充电储能单元组进行主放电运行，是分支流程；储能单元组按较高倍率充电，按额定倍率放电配套平均负载需求，减少柴发机组启动和充电运行时间；3、柴发灵活可控的不间断供电：当柴发机组处于充电运行状态期间，如果任何时候出现特殊情况需要将柴发机组紧急停机，都可以人工干预临时急停，系统将自动进入分支流程，启动可用储能单元主放电运行，保持系统连续供电，同时进入了主流程循环；当特殊紧急情况释放，柴发机组恢复可用信号状态后，能量管理系统按主流程判定规则控制系统切换操作，控制过程不影响连续供电用电的需要；4、充电流程调峰优化分支：任意储能单元组在充电期间，能量管理系统ems根据柴油发电机组的功率和单元充电功率检测分析，根据另一组单元是否可用，判定是否将待机的另一组单元投入调峰，用户负载较大超过设定值p2时，另一组单元将一次性投入调峰运行承接负载，以充分保证柴发功率为充电单元快充；一旦进入调峰过程，当出现调峰单元反充充电单元时,即pg-pa或pg-pb小于0，则调峰单元降低输出功率；当柴发功率减去充电单元功率之差，即pg-pa或pg-pb超过p1时,调峰单元增加输出功率，以充分保证柴发功率为充电单元快充，从而优化柴发的容量不至于设计过大，并最大限度减少组站的柴油发电机组的运行时间，并保证每个循环周期各个储能单元组充放电行程的充分连续性；5、柴发机组不可用分支：任意储能单元组在主放电运行状态时，另一储能单元组处于待机状态，当主放电运行单元组soc小于等于下限设定值30%时，启动柴油发电机组运行；如果此时柴油发电机组启动失败或机组故障报警，则检测另一储能单元组是否可用及其soc储量是否充分足够；如果可用且soc储量不小于设定值35%，则切换到该单元组进行主放电运行；否则原主放电运行单元组继续放电运行，直至soc设定下限值10%时停止放电并发出单元soc低低报警；继续放电期间任何时刻检测到另一单元组恢复可用，则自动切换至另一单元组主放电运行；任意储能单元组soc低低报警时，只要检测到柴油发电机组可用，则启动机组运行为该储能单元组充电，进入正常主流程。
14.6、充电机组：柴油发电机组不采用应急备用电源或常用电源使用方式，而是采用充电机组方式，一组柴发机组控制多个储能单元模块柴发机组自动启动条件是任意储能单元组荷电状态soc小于等于下限设定值30%，包括发生soc达到10%低低报警；柴发机组自动
停机退出条件为a、b各储能单元组具备主放电运行条件并已切换至主放电运行和待机方式；柴发机组输出通过快速切换开关sts与储能系统ess进行无缝切换操作。
15.7、储能模块离站使用：有些现场负载布局情况下，根据分散地点的可间断负荷用电需要，可将任意已充电储能车模块之一或一组单元中的2个模块，从组站中分离，移动到指定的分散地点单独使用，使用后将模块返回组站充电，用组站中已充满电的其他模块替换到分散地点继续使用；分离分散使用过程中，组站能量管理系统ems将对储能单元组的可用性进行检测判定，采用相应逻辑分支功能流程，以使组站系统仍能保持不间断供电运行；8、全分布通用取电：各储能电源车和柴油发电车均设有输出系统取电界面，组站后的各电源车配电系统母线和输出系统通过电力电缆和断路器运行连接在一起，在组站循环流程控制下构成不停电母线系统，任何电源车取电插座界面均可供用户无差别通用插电，适应现场各种复杂情况，使现场布置更加灵活便利；9、快速组站：柴发机组和储能系统采用电源车型式，采用快速电力插接技术，实现可移动式模块化电源组站，模块可替换，满足快速机动性、灵活性和可靠性要求；10、应用场景切换：在柴发机组运行不受特殊控制要求限制的普通应用场景下，在系统连接结构不变的情况下，采用储能备用电源站的控制方式，即柴发机组做为常用主电源，各储能系统ess做为不间断续航和调峰储能电源。在有电网环境，可采用应急电站控制方式，通过增加ats转换开关引接市电做为主电源，柴发机组为备用电源，储能系统ess做为系统故障续航和调峰备用电源。
16.本发明的有益效果为：（1）在远离能源管网的偏远环境条件下，实现不间断供电系统，满足偏远机动性高、物资能源消耗大的应用场景需求；（2）在保证供电不间断的前提下，紧急情况下柴发机组灵活可控，可随时干预急停或恢复，系统自动检测和回归主流程；（3）储能系统为直接主供电电源，通过分组循环和充电调峰优化技术，实现柴发机组运行时间最小化；（4）储能模块车可离站交替使用，以及电源车全分布通用取电功能，允许现场布置和布局方式更加灵活方便；（5）可灵活移动模块化快速组站，提高现场实施效率；（6）全部输出电能形式，终端用能统一电气化，避免机动场景复杂地形和寒冷条件多种能源管网施工，降低成本，提高机动性；（7）系统结构不变，修改控制方式，可满足其他应用场景切换，包括有电网可用场景、柴发机组主用场景、柴油发电车独立使用等，可适应范围扩大，提高资产效率。
17.本发明针对模块化组站，通过能量管理系统监测组站状态，判定节点以控制运行逻辑流程，实现各种情况下的安全可靠不停电运行。本发明具有储能单元分组循环总控、分组充放电切换主流程循环、不间断供电的柴发灵活可控功能、充电流程调峰优化分支、柴发机组不可用分支功能、充电机组功能、储能模块离站使用功能、全分布通用取电功能、快速组站以及应用场景切换等功能。
18.下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
battery型自动可持续控制器，产品配套有multi-line 2 utility software （version 3.50.1版）的专用软件；上位机选择工控机，安装相同应用软件。
26.如图2和图3所示，上述移动式电化学储能组站不停电系统的控制方法如下：在主流程中，储能单元a组（第一储能电源车1和第二储能电源车2）和b组（第三储能电源车3和第四储能电源车4）轮流切换进行主放电运行对系统供电，任意储能单元组在主放电运行状态时，单元组内各储能车模块通过内部通信进行负载均分；柴油发电机组5.1用于对储能单元充电储能，所有切换操作为电力电子毫秒级快速切换，从而保证系统不停电供电运行，在无市电无资源区，通过燃油能源补给保障全站供电续航；容量配置满足单元充电时间充分小于单元主放电平均带载运行时间，主放电运行单元自动维持到soc下限设定值，不会因为其他单元已充满电而发生soc高值优先的切换；充完电的单元进入待机备用，柴发机组切换到另一单元主放电运行带载，柴发机组自动停机，主流程周期性循环，以保证两组单元轮流均匀使用。
27.各分支流程用于辅助主流程优化和各种异常或故障情况的处理；单元充电期间采用另一组单元调峰来调节柴发功率充分利用和充电过程最快，以及同时避免调峰单元对充电单元组的反充电；单元充电完成，如果另一单元检测不可用，则柴发机组切换到充电完成单元进入主放电运行；单元主放电到低限值控制柴发机组启动，如果柴发机组不可用（启动失败或故障），则检测另一单元可用性，可用则切换到另一储能单元主放电，不可用则主放电单元继续放电到低低限值停止，任意低低限值储能单元并持续检测柴发机组，直至柴发机组可用并启动运行，进入储能单元充电流程。
28.具体如下：1、分组循环总控：储能管理系统ems5.5通信采集组站数据，通过状态反馈和控制指令对组站系统能量调度进行协调控制；组站投入运行起始状态下，储能管理系统ems5.5自动检测两个储能单元组a组和b组的状态，以a组为优先组，控制可用储能单元进行主放电运行，系统进入循环流程控制；当a、b两组储能单元均不具备条件时，报警提示人工处理，检查柴发机组5.1状态；2、分组充放电切换主流程循环：任意储能单元组（a组，或b组）在主放电运行状态时，另一储能单元组处于待机状态，当主放电运行单元组soc小于等于下限设定值30%时，启动柴油发电机组5.1运行，通过快速切换开关5.2由主放电储能单元组快速切换至柴油发电机组5.1，主放电单元组转为充电运行方式，柴油发电机组5.1对其进行充电同时带用户负载运行，当soc达到上限设定值90&时停止充电，同时根据另一组储能单元可用状态，判定主放电运行切换到哪个储能单元组，当另一单元组可用时，优先切换到另一单元组，是正常主流程方式；当另一组不可用时，则切换回已充电储能单元组进行主放电运行，是分支流程；储能单元组按较高倍率充电，按额定倍率放电配套平均负载需求，减少柴发机组启动和充电运行时间；3、柴发灵活可控的不间断供电：当柴发机组5.1处于充电运行状态期间，如果任何时候出现特殊情况需要将柴发机组5.1紧急停机，都可以人工干预临时急停，系统将自动进入分支流程，启动可用储能单元主放电运行，保持系统连续供电，同时进入了主流程循环；当特殊紧急情况释放，柴发机组5.1恢复可用信号状态后，能量管理系统5.5按主流程判定规则控制系统切换操作，控制过程不影响连续供电用电的需要；
4、充电流程调峰优化分支：任意储能单元组（a组，或b组）在充电期间，能量管理系统ems5.5根据柴油发电机组5.1的功率和单元充电功率检测分析，根据另一组单元是否可用，判定是否将待机的另一组单元投入调峰，用户负载（pg-pa或pg-pb）较大超过设定值p2时，另一组单元将一次性投入调峰运行承接负载，以充分保证柴发功率为充电单元快充；一旦进入调峰过程，当出现调峰单元反充充电单元时,即pg-pa或pg-pb小于0，则调峰单元降低输出功率；当柴发功率减去充电单元功率之差，即pg-pa或pg-pb超过p1（p1《《p2）时,调峰单元增加输出功率，以充分保证柴发功率为充电单元快充，从而优化柴发5.1的容量不至于设计过大，并最大限度减少组站的柴油发电机组5.1的运行时间，并保证每个循环周期各个储能单元组充放电行程的充分连续性；5、柴发机组不可用分支：任意储能单元组（a组，或b组）在主放电运行状态时，另一储能单元组处于待机状态，当主放电运行单元组soc小于等于下限设定值30%时，启动柴油发电机组5.1运行；如果此时柴油发电机组5.1启动失败或机组故障报警，则检测另一储能单元组是否可用及其soc储量是否充分足够；如果可用且soc储量不小于设定值35%，则切换到该单元组进行主放电运行；否则原主放电运行单元组继续放电运行，直至soc设定下限值10%时停止放电并发出单元soc低低报警；继续放电期间任何时刻检测到另一单元组恢复可用，则自动切换至另一单元组主放电运行；任意储能单元组soc低低报警时，只要检测到柴油发电机组5.1可用，则启动机组运行为该储能单元组充电，进入正常主流程。
29.6、充电机组：柴油发电机组5.1不采用应急备用电源或常用电源使用方式，而是采用充电机组方式，一组柴发机组5.1控制多个储能单元模块1、2、3、4；柴发机组5.1自动启动条件是任意储能单元组荷电状态soc小于等于下限设定值30%，包括发生soc达到10%低低报警；机组5.1自动停机退出条件为a、b各储能单元组具备主放电运行条件并已切换至主放电运行和待机方式。柴发机组5.1输出通过快速切换开关sts5.2与储能系统ess1.1、2.1、3.1、4.1进行无缝切换操作。
30.7、储能模块离站使用：有些现场负载布局情况下，根据分散地点的可间断负荷用电需要，可将任意已充电储能车模块1、2、3、4之一或一组单元中的2个模块，从组站中分离，移动到指定的分散地点单独使用，使用后将模块返回组站充电，用组站中已充满电的其他模块替换到分散地点继续使用；分离分散使用过程中，组站能量管理系统ems5.5将对储能单元组（a组，或b组）的可用性进行检测判定，采用相应逻辑分支功能流程，以使组站系统仍能保持不间断供电运行；8、全分布通用取电：各储能电源车1、2、3、4和柴油发电车5均设有输出系统取电界面，组站后的各电源车配电系统母线和输出系统通过电力电缆和断路器运行连接在一起，在组站循环流程控制下构成不停电母线系统，任何电源车取电插座界面均可供用户无差别通用插电，适应现场各种复杂情况，使现场布置更加灵活便利；9、快速组站：柴发机组和储能系统采用电源车型式，采用快速电力插接技术，实现可移动式模块化电源组站，模块可替换，满足快速机动性、灵活性和可靠性要求；10、应用场景切换：在柴发机组5.1运行不受特殊控制要求限制的普通应用场景下，在系统连接结构不变的情况下，采用储能备用电源站的控制方式，即柴发机组5.1做为常用主电源，各储能系统ess1、2、3、4做为不间断续航和调峰储能电源。在有电网环境，可采用应急电站控制方式，通过增加ats转换开关引接市电做为主电源，柴发机组5.1为备用电
源，储能系统ess1、2、3、4做为系统故障续航和调峰备用电源。