一种电化学储能风险评估保护系统及方法

：
1.本发明涉及新能源技术领域，具体涉及一种电化学储能风险评估保护系统及方法。


背景技术：

2.电化学储能由于具备充放电双向互动性、快速响应等特点，在电力系统调峰、调频、调压、黑启动、备用等方面均具有重要的价值。电化学储能由于良好的技术成熟度，适当的成本和较高的能量密度称为了储能技术的主要组成形式。
3.由于电化学储能使用的化学物质特性活泼，涉及化学反应具有剧烈，使得电化学储能在应用过程中存在不稳定性和安全隐患。电化学储能的的应用前景受到了安全风险的制约了。
4.电化学储能的风险评估技术需要测量电化学储能本体的相关参数。传统上的电化学储能评估系统和评估方法需要将电化学储能本体进行离线测试，传统上的电化学储能评估系统和评估方法无法事项对电化学储能本体的在线风险评估和基于风险评估的保护措施。


技术实现要素：

5.针对现有电化学储能风险评估技术的不足和电化学储能风险评估和保护的需求。本发明提出了一种电化学储能风险评估保护系统，实现了电化学储能在线风险评估和保护。具体技术方案如下：
6.一种电化学储能风险评估保护系统，所述电化学储能装置由负荷l，电源s，选择开关k，储能变流器，断路器b和电化学储能电池组成，包括：电流互感器c1，电压互感器c2，电池温度探头c3，环境温度探头c4，环境温度传感器模块，电池温度传感器模块，电压传感器模块，电流传感器模块，中央处理器，断路器驱动模块，变流器驱动模块，模式转换驱动模块；其中：
7.所述负荷l，与选择开关k的2号触点相连，同时和储能变流器n1端子相连，用于表述电化学储能电池放电模式下接受电能的电气元件；
8.所述电源s，与选择开关k的3号触点相连，同时和储能变流器n1端子相连，用于表述电化学储能电池充电状态下提供电能的电气元件；
9.所述选择开关k，包括1号触点，2号触点和3号触点，选择开关k的1号触点与储能变流器的p1端子相连，选择开关k的2号触点与负荷l相连，选择开关k的3号触点与电源s相连，用于在电化学储能电池在充电模式和放电模式切换时，转换负荷l及电源s与储能变流器的连接方式；
10.所述储能变流器包括：p1端子，p2端子，n1端子和n2端子，储能变流器的p1端子与选择开关的1号触点连接，储能变流器的p2端子与断路器b连接，储能变流器的n1端子与负荷l和电源s连接，储能变流器的n2端子与电流互感器连接，用于在充电模式下调控由电源s
转移到电化学储能电池的电功率，在放电模式下调控电化学储能电池转移到负荷l的电功率；
11.所述断路器b，与储能变流器的p2端子相连，用于在高风险情况下切断电化学储能电池与储能变流器的电气连接；
12.所述电流互感器c1串联在电化学储能电池和储能变流器n2端子之间，用于测量电池电流i；
13.所述电压互感器c2与电化学储能电池并联，用于测量电池电压u；
14.所述电池温度探头c3，用于测量电池温度tb；
15.所述环境温度探头c4用于测量环境温度te；
16.所述电化学储能电池与所述电流互感器和断路器b相连，作为具体风险评估和保护的对象；
17.所述环境温度传感器模块与中央处理器和环境温度探头c4相连，用于采集环境温度探头c4测量的环境境温度te；
18.所述电池温度传感器模块与中央处理器和电池温度探头c3相连，用于采集环境温度探头c3测量的电池温度tb；
19.所述电压传感器模块与中央处理器和电压互感器c2相连，用于电压互感器c2测量的电池电压u；
20.所述电流传感器模块与中央处理器和电流互感器c1相连，用于电流互感器c1测量的电池电流i；
21.所述中央处理器分别与环境温度传感器模块、电池温度传感器模块、电压传感器模块、电流传感器模块、断路器驱动模块、变流器驱动模块、模式转换驱动模块、上位机相连，所述中央处理器用于处理计算和逻辑判断部分，与上位机通信并接受上位机指令；
22.所述断路器驱动模块与中央处理器相连，用于控制断路器b；
23.所述变流器驱动模块与中央处理器相连，用于控制储能变流器；
24.所述模式转换驱动模块与中央处理器相连，用于控制选择开关k。
25.在上述系统上实现的一种电化学储能风险评估保护方法，包括如下步骤：
26.步骤1：开始，
27.步骤2：初始化参数；初始化参数初始化的参数包括：电流风险值i
max
，电压风险值u
max
，电池温度风险值t
b，max
，电池温升风险值δt
max
，电池温升警告值δt
war
，电池综合换热系数a，电池比热容c，电池质量m，电池散热面积f，额定功率pr，电池非极化内阻r；
28.步骤3：测量充电电压和测量放电电压；测试充电电压时，中央处理器控制模式转换驱动将转换开关k的1号触点和3号触点相连接，储能变流器以额定功率pr工作，待电压传感器采样稳定后记录充电电压u
cha
；测试充电电压时，中央处理器控制模式转换驱动将转换开关k的1号触点和2号触点相连接，储能变流器以额定功率pr工作，待电压传感器采样稳定后记录充电电压u
dic
；
29.步骤4：读取上位机充电功率需求数值p
given
指令；
30.步骤5：判断充电功率需求数值p
given
是否小于0，是则转步骤7，否则转步骤6；
31.步骤6：中央处理器控制模式转换驱动将转换开关k的1号触点和3号触点相连接，待电压传感器采样稳定后记录充电电压u
cha
，之后执行步骤8；
32.步骤7：中央处理器控制模式转换驱动将转换开关k的1号触点和2号触点相连接，待电压传感器采样稳定后记录充电电压u
dic
；之后执行步骤8；
33.步骤8：测量电池电流、测量电池电压和测量电池温度；中央处理器通过电流传感器模块测量电流互感器c1采集的电池电流i；中央处理器通过电压传感器模块测量电流互感器c2采集的电池电压u；中央处理器通过电池温度传感器模块测量电池温度探头c3采集的电池电流tb；
34.步骤9：电流风险校验判断，判断电池电流i的绝对值是否超过电流风险值i
max
，是则转步骤18，否则转步骤10；
35.步骤10：电压风险校验，判断电池电压u是否超过电压风险值u
max
，是则转步骤18，否则转步骤11；
36.步骤11：温度风险校验，判断电池温度tb是否超过电压风险值t
b,max
，是则转步骤18，否则转步骤12；
37.步骤12：测量环境温度，中央处理器通过电池温度传感器模块测量电池温度探头c3采集的电池电流te；
38.步骤13：计算电池内阻r，计算电池温升δt，计算方法如下：
[0039][0040]
步骤14：温升风险校验，判断电池温升δt是否超过温升风险值δt
max
；是则转步骤18，否则转步骤15；
[0041]
步骤15：温升警告校验，判断电池温升δt是否超过温升警告值δt
war
；是则转步骤17，否则转步骤16；
[0042]
步骤16：执行无风险满载策略，用于计算无风险情况下给储能变流器的功率指令，p＝p
given
，p表示下达给功率变流器的功率指令，之后执行步骤19；
[0043]
步骤17：执行低风险满载策略，用于计算低风险情况下给储能变流器的功率指令，p表示下达给功率变流器的功率指令，之后执行步骤19；
[0044]
步骤18：执行高风险断路器启动策略，中央处理器立刻通过断路器驱动断开断路器，并先上位机报警；然后转步骤20；
[0045]
步骤19：调节储能变流器，中央处理器立刻通过变流器驱动对储能变流器下达功率指令，储能变流器按给定执行，并先上位反馈并存储策略执行得到的数据；然后转步骤20；
[0046]
步骤20：结束。
[0047]
本发明实现了对电化学储能本体的在线风险评估和基于风险评估的保护措施。
附图说明：
[0048]
图1是本发明提供的电化学储能风险评估保护装置结构示意图。
[0049]
图2是本发明提供的电化学储能风险评估保护方法步骤流程示意图。
具体实施方式：
[0050]
实施例：
[0051]
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有图1是本发明提供的化学储能风险评估保护装置的实例，包括：电化学储能装置，作为被风险评估的对象，作为被保护的对象和数据采集的对象；风险评估和保护装置，作为数据采集的执行装置和本发明提供的电化学储能风险评估保护方法的具体执行装置；上位机，作为下达功率指令的装置。
[0052]
图1中,电化学储能装置包括：负荷l，与选择开关k的2号触点相连和储能变流器n1端子相连，用于表述电化学储能电池放电模式下接受电能的电气元件；电源s，与选择开关k的3号触点相连和储能变流器n1端子相连，用于表述电化学储能电池充电状态下提供电能的电气元件；选择开关k，包括1号触点，2号触点和3号触点，选择开关k的1号触点与储能变流器的p1端子相连，选择开关k的2号触点与负荷l相连，选择开关k的3号触点与电源s相连，用于在电化学储能电池在充电模式和放电模式切换时，转换负荷l及电源s与储能变流器的连接方式；储能变流器，包括p1端子，p2端子，n1端子和n2端子，储能变流器的p1端子与选择开关的1号触点连接，储能变流器的p2端子与断路器b连接，储能变流器的n1端子与负荷l和电源s连接，储能变流器的n2端子与电流互感器连接，用于在充电模式下调控由电源s转移到电化学储能电池的电功率，在放电模式下调控电化学储能电池转移到负荷l的电功率；断路器b，与储能变流器的p2端子相连，用于在高风险情况下切断电化学储能电池与储能变流器的电气连接；电流互感器c1，串联在电化学储能电池和储能变流器n2端子之间，用于测量电池电流i；电压互感器c2，与电化学储能电池并联，用于测量电池电压u；电池温度探头c3，用于测量电池温度tb；环境温度探头c4，用于测量环境温度te；电化学储能电池与电流互感器和断路器b相连，作为具体风险评估和保护的对象。
[0053]
图1中风险评估和保护装置包括：环境温度传感器模块，与中央处理器和环境温度探头c4相连，用于采集环境温度探头c4测量的环境境温度te；电池温度传感器模块，与中央处理器和电池温度探头c3相连，用于采集环境温度探头c3测量的电池温度tb；电压传感器模块，与中央处理器和电压互感器c2相连，用于电压互感器c2测量的电池电压u；电流传感器模块，与中央处理器和电流互感器c1相连，用于电流互感器c1测量的电池电流i；中央处理器与传感器模块，电池温度传感器模块，电压传感器模块，电流传感器模块，断路器驱动模块，变流器驱动模块，模式转换驱动模块和上位机相连，用于处理本发明提供的电化学储能风险评估保护方法计算和逻辑判断部分，与上位机通信并接受上位机指令；断路器驱动模块与中央处理器相连，用于控制断路器b；变流器驱动模块与中央处理器相连，用于控制储能变流器；模式转换驱动模块与中央处理器相连，用于控制选择开关k。
[0054]
图1中上位机用于与中央处理器进行双向通信并下达上位机指令。
[0055]
在上述系统上实现的一种电化学储能风险评估保护方法，包括如下步骤：
[0056]
步骤1：开始，
[0057]
步骤2：初始化参数；初始化参数初始化的参数包括：电流风险值i
max
，电压风险值u
max
，电池温度风险值t
b，max
，电池温升风险值δt
max
，电池温升警告值δt
war
，电池综合换热系数a，电池比热容c，电池质量m，电池散热面积f，额定功率pr，电池非极化内阻r；
[0058]
步骤3：测量充电电压和测量放电电压；测试充电电压时，中央处理器控制模式转换驱动将转换开关k的1号触点和3号触点相连接，储能变流器以额定功率pr工作，待电压传感器采样稳定后记录充电电压u
cha
；测试充电电压时，中央处理器控制模式转换驱动将转换开关k的1号触点和2号触点相连接，储能变流器以额定功率pr工作，待电压传感器采样稳定后记录充电电压u
dic
；
[0059]
步骤4：读取上位机充电功率需求数值p
given
指令；
[0060]
步骤5：判断充电功率需求数值p
given
是否小于0，是则转步骤7，否则转步骤6；
[0061]
步骤6：中央处理器控制模式转换驱动将转换开关k的1号触点和3号触点相连接，待电压传感器采样稳定后记录充电电压u
cha
，之后执行步骤8；
[0062]
步骤7：中央处理器控制模式转换驱动将转换开关k的1号触点和2号触点相连接，待电压传感器采样稳定后记录充电电压u
dic
；之后执行步骤8；
[0063]
步骤8：测量电池电流、测量电池电压和测量电池温度；中央处理器通过电流传感器模块测量电流互感器c1采集的电池电流i；中央处理器通过电压传感器模块测量电流互感器c2采集的电池电压u；中央处理器通过电池温度传感器模块测量电池温度探头c3采集的电池电流tb；
[0064]
步骤9：电流风险校验判断，判断电池电流i的绝对值是否超过电流风险值i
max
，是则转步骤18，否则转步骤10；
[0065]
步骤10：电压风险校验，判断电池电压u是否超过电压风险值u
max
，是则转步骤18，否则转步骤11；
[0066]
步骤11：温度风险校验，判断电池温度tb是否超过电压风险值t
b,max
，是则转步骤18，否则转步骤12；
[0067]
步骤12：测量环境温度，中央处理器通过电池温度传感器模块测量电池温度探头c3采集的电池电流te；
[0068]
步骤13：计算电池内阻r，计算电池温升δt，计算方法如下：
[0069][0070]
步骤14：温升风险校验，判断电池温升δt是否超过温升风险值δt
max
；是则转步骤18，否则转步骤15；
[0071]
步骤15：温升警告校验，判断电池温升δt是否超过温升警告值δt
war
；是则转步骤17，否则转步骤16；
[0072]
步骤16：执行无风险满载策略，用于计算无风险情况下给储能变流器的功率指令，p＝p
given
，p表示下达给功率变流器的功率指令，之后执行步骤19；
[0073]
步骤17：执行低风险满载策略，用于计算低风险情况下给储能变流器的功率指令，
p表示下达给功率变流器的功率指令，之后执行步骤19；
[0074]
步骤18：执行高风险断路器启动策略，中央处理器立刻通过断路器驱动断开断路器，并先上位机报警；然后转步骤20；
[0075]
步骤19：调节储能变流器，中央处理器立刻通过变流器驱动对储能变流器下达功率指令，储能变流器按给定执行，并先上位反馈并存储策略执行得到的数据；然后转步骤20；
[0076]
步骤20：结束。