潮流发电储能系统1.doc

储能系统 本课题在潮流发电的基础上自主研发了实用新型涉储能电站，将发电机发出的能量经过三相逆变整流，经过DC/DC电压转换48V ，采用基于极端单体电池充电模式给蓄电池组充电.蓄电池监控系统能够实时的监控电池及电池储能管理系统、充电系统、逆变并网系统和各个开关柜的状态，并通过联锁控制方式防止充电模式和放电模式同时进行，保证系统正常运行。储能电站包括：储能系统、充电系统、逆变系统、及监控系统，所述监控系统用于控制所述充电系统向所述储能系统充电，在充电过程中出现异常时，控制所述第一继电保护系统断开；所述监控系统还用于控制所述储能系统向所述逆变系统放电，在放电过程中出现异常时，控制所述第二继电保护系统断开。本实用新型提供的电池储能电站以及平衡电网负荷的方法可以有效地平衡电网负荷，很好地解决了现有的电网在用电高峰时段无法满足用电需求的问题。 1 蓄电池检测系统CAMTC-C蓄电池管理系统包括：蓄电池采集卡、蓄电池总成控制器及蓄电池信息显示器。是以同步数字采样和CAN 接口作为基本充放电控制接口，同时还配置了充电控制导引电路、基于单体电池电压反馈闭环充电控制接口。其数据采录系统支持动力蓄电池远程监控和动力蓄电池质量评估系统。 采用具有自主知识产权的 基于极端单体电池充放电新技术 与基于SOC的能量管理技术比，具有控制方法简单、可靠，具有最佳的蓄电池不一致性适应性，确保了电池组无过充电、过放电、超温和过流问题。 采用数字和模拟两套互为安全冗余的闭环控制系统，解决了单一数字化系统不可置信问题。提高了系统的安全性和可靠性。 采用了蓄电池系统与放电系统和充电系统组成的闭环控制系统（内环）与蓄电池系统、放电系统、充电系统与多能源控制器组成的分布式系统（外环）双环控制系统。 1.1、新型动力电池管理系统 新型动力电池管理系统采用专用的电压厚膜检测电路，系统性能具有优良的可靠性、稳定性，该系统主要由控制模块、数据采集模块、显示模块和CAN总线组成，可用于锂离子、镍氢、铅酸类蓄电池的电池单元电压、温度和温升、充放电电流和端电压的同步采样，并具有充电控制接口和放电控制接口。开展了动力电池管理系统的工艺性和批量化的研究，开发了具有不同性价比、简易型、标准性和功能性等三种配置系统，并开发出具有实时数据采集和存储功能的在线检测的蓄电池监控系统。 图3-1、 系统结构 主要研究内容有： （1）、对管理系统专用厚膜电路展开进一步的研究，该电路实现了检测电压和保护电压同步工作，实现了同步采样功能。基本完成了产品定型，该电路性能明显提高，体积明显缩小，为数据采集模块的小型化奠定基础。同时，完成了专用厚膜电路检测系统的产品研制，为该电路批量生产做好准备。图3-2、 厚膜电路 厚膜电路性能指标： 隔离放大器: 线性0.1% 误差0.1% 电压看门狗: 误差：0.5% 微功率隔离电源: 隔离度1500V （2）、数据采集模块开展了标准化的数据采集模块（8通道、10通道、12通道）的研究工作，在结构、体积和性能上都有了很大的优化，该卡实现了数据的同步采样和无隙监测，是真正实现同步采样的动力蓄电池检测系统。实现了同类标准化采集卡可适用与任意通道的系统集成，基本完成了标准化采集卡的定型工作，为适应市场的需要，并开发出三种类型的高中低价格的高性能选型模块，为批量化生产奠定了基础。 主要性能指标： 电压采样通道数： 8通道/10通道/12通道/14通道 电压采样分辨率：12Bit 图3-3、数据采集模块 电压采样精度： 1% 采样方式: 远程触发同步采样 温度采样接口： 1-Wire 温度采样分辨率： 12Bit 温度接口连接方式：单点/或多点 温度采样精度： 1 隔离方式： 光电隔离 通讯接口： CAN2.0A 看门狗: 8通道/10通道/12通道/14通道 看门狗监测误差: 1% （3）、控制模块BMS控制模块主要是内置大容量双IC卡，实现电量计费和数据采集的功能，实现了充放电过程中电池信息参数的车载自动储存，为电池的性能分析提供强有力的数据支撑。对电池管理系统的SOC估算技术进行了深入研究，以能量（WH）代替容量（AH）的SOC估算技术有了新的突破，估算精度也有一定的提高，有利于动力电池的安全管理。对控制器的充电控制接口、放电控制接口进行了提高和优化，实现了数字和模拟相互优先的控制策略，能有效的防止单只电池的过充电、过放电、超温和过流的问题。开展了具有标准化充电控制接口和动力蓄电池总成接口的双协议标准化模块接口和通讯协议的研究，为标准化动力电池模块的产业化奠定基础。 图3-4、控制模块 主要性能指标： 电源电压： DC18V36V（DC9V18V） 通道数： 1110 适应电池类型： 磷酸铁锂、锰酸锂、VRLA、镍氢动力电池 适应电池标称电压：2.0、3.2、3.6、3.7、6.0、12.0V 电能计量： 嵌入计量级专用电路，主要技术指标： 输入动态范围： 1000：1 非线性测量误差： 0.5% 有功测量误差: 1级 输出电流电压值: 0.5% 电流检测范围: 400A 电压检测范围: 5V480V 电能计量分辨率: 0.01KWh SOC计量方式: 基于电能(Wh)的SOC计量 数据记录卡: 容量/类型: 4MB/FLASH 当前充电特征记录: 1个(264字节) 当前放电特征记录: 1个(264字节) 充电特征记录: 512个(每个264字节) 放电特征记录: 512个(每个264字节) 事件记录/或定时记录: 1024个(每个264字节) 定时记录间隔时间: 1分钟20分钟 二.动力电池远程监控系统开发出具有先进水平的蓄电池监控系统，该系统在充电和放电过程中对蓄电池系统进行实时监测、数据采集、实时质量分析、充放电过程性能变化趋势分析、蓄电池生命期内质量发展趋势分析等，同时为用户提供维护建议，可用于蓄电池组横向和纵向质量评估。通过系统配置的专用USB接口与可与多达20个电池组的多达3000只蓄电池连接。 该系统是目前国内外工程应用领域技术指标最先进，功能最完善，面向普通操作人员的工具系统。同时也为蓄电池生产企业的化成、充电、放电控制和电池性能分析，电池分组提供了简单、先进、适用的手段。其特点为： 采用DeviceNet总线，波特率125Kb/S，平均报文间隔1MS； 具有实时数据采集、记录数据读取、充放电过程趋势显示功能； 具有实时质量分析、维修建议、生命期内性能变化趋势分析功能； 采用直观的条状图表和趋势图表，为现场操作人员快速阅览电池系统状况提供了简便的方法；纯文本记录文件可导入Excel或其他数据处理工具或WORD；动力电池远程监控系统具有以下功能: （1）、实时监测蓄电池系统的充放电电流、端电压、单体电压、温度、温升。 （2）、实时监测蓄电池系统单体的不一致性，主要包括：极差、相对极差、标准偏差、相对标准偏差、最高电池单体电压和温度、最低单体电压和温度等。 （3）、实时监测蓄电池输出功率与均值电压、相对标准偏差、相对极差之间的关联关系曲线。 （4）、实时记录并显示充放电过程中均值电压、相对极差、相对标准偏差趋势图。 （5）、实时采集并记录电池系统运行状态数据。 （6）、读取BMS自动记录的数据，自动分解数据并存储成按日期和车号命名的数据文件，都可以导入到Excel和Word进行数据处理和文件编辑。3. 充电系统 智能化充电系统，是储能系统的重要组成部分。对能量转换有效的储存电能储存的重要环节。BMS通过充电控制接口，对充电设备实施远程智能化控制。充电系统主要包括：燃料电池大功率DC/DC变换器的控制电路（以下简称控制电路）。控制电路在以下技术问题上取得了突破：1、 研究成功了大功率DC/DC变换器超高效变流电路拓扑，采用该电路研制的90KW升压DC/DC变换效率比通用的BOOst电路提高了两个百分点，达到98.5%以上，风冷结构的体积比功率和重量比功率分别超过了1500W/升、1600W/升。处于国内领先水平。2、 研究成功了大功率DC/DC变换器专用PWM控制电路，有效提高了DC/DC的控制特性和可靠性。3、 改变了多管并联系统中并联技术措施在驱动级这后的传统做法，将多管并联技术措施由驱动级前移到PWM控制器级，即各并联开关管有独立的PWM（厚膜）调节电路，解决了多管并联系系统中制约性技术难题。由此改变了多模块并联为主要模式的大功率DC/DC 变换器技术路线，为技术指标更先进的多管并联型大功率DC/DC的研制奠定了基础。4、 控制各开关的PWM 控制器内有独立的峰值电流闭环控制电路，有效解决了多管并联型大功率DC/DC变换换在开关管安全工作区控制的技术关健。5、 控制电路的PWM调节电路具有输入电压、输出电压、输出电流、开关管峰值电流和升压二极管反向恢复电荷控制5个模拟闭环控制。PWM调节器具有输出恒压、输放欠压、输出恒流、输入限流模拟闭环控制功能。故同时具有均值电压型、均值电流型和峰值电流型控制功能，兼容了电压型、电流型和峰值电流型控制摸式的优点。大大提高了燃料电池大功率DC/DC变换器这种特殊开关电源的综合性能。6、 由错位时钟发生器为各PWM脉宽调节器提供时钟的技术路线，大大简化了错位电源系统的设计和调试。错位技术的应用，大幅度降低了系统的峰值电流，改善了系统性能。7、 数字电路虽然具有功能强大、结构简单等诸多拟电路无法比拟的显著优点，但同时存在动态响应受采样速度限制，无法实现模拟电路达到的实时性，对电磁兼容十分敏感，容错能力差等突出问题。用于电磁兼容问题突出和可靠性要求很高的大功率高频开关电源领域，问题更突出。 3.1充电机远程控制（基于极端单体工作模式）： 通过与BMS输出的模拟信号，实时根据电池组的单体电压上限值，充电机根据相应的方波进行不同情况下的充电。当基于极端单体工作模式失效时，充电机可采用在恒压限流工作模式下进行参数的设置和调整。 充电设备主模块开发智能充电设备主要有专用大功率高频变流模块、变流模块控制器、充电机控制模块、多功能显示器、充电控制接口、充电机（站）监控接口、输入整流电路和输入输出继电保护电路组成。采用模块化、分布式CAN总线结构（如图3-8）。图3-8、充电机结构框图 输入输出继电保护电路：输入输出继电保护电路主要有输入输出交流接触器、时间继电器、熔断器以及输入输出电阻组成，具有充电机的启动、停止、输入和输出的主回路的控制功能。 输入整流电路：动力电源三相交流电经过输入整流电路后，输出稳定的直流提供给开关电源专用变流模块。主要由滤波电容、三相整流桥、继电器、快速熔断器和滤波电感组成。 开关电源专用变流模块：主要由开关管IGBT、隔离变压器、输入输出电容、输出电感、电流传感器、阻容吸收回路等组成。 输出电压采样和信号处理：输出电压通过电压LEM隔离采样后，输入PWM电压采样和信号处理电路以及ECU电压采样通道。ECU电压采用12BIT积分采样，采样频率控制在20秒/分以下，对高频躁声不敏感，具有良好的抗骚扰能力。 输出电流采样和信号处理：输出电流通过电流LEM隔离采样，为ECU电流采样通道和调节电路提供电流闭环信号，ECU电流采用12BIT积分采样，采样频率控制在20秒/分以下，对高频躁声不敏感，具有良好的抗骚扰能力。 电压/电流DAC调整电路：ECU有两个12BIT电压DAC通道，分别用于电压/电流调整。为了解决调整速度和过充之间的矛盾，采用了数字快速调整以及模拟PID调节器混合结构。 过压/过流控制电路：主ECU通过数字采样和模拟比较来控制充电设备的实际输出电压和电流。 单体电池过充控制电路：充电设备通过控制引导线与BMS进行信息交换，通过CAN通讯数字控制以及WDT模拟控制的双模式控制技术来保证控制的安全性和有效。 人机交互接口：操作者可以通过人机交互接口来实现对充电机的手动控制，由液晶显示器和按键组成，并且可以实现与动力电池总成或者电动车的通讯互连，通过接口也可以实现充电机的远程控制。 充电机控制模块：充电机控制模块主要由输出电压检测信号、输出电流信号、各种输入检测信号、显示接口电路、通讯CAN接口以及模拟量数字量处理电路组成，是充电机各种信号的分析、处理和控制的主控部分，其原理结构如图3-9所示。 CPU输出电压信号输出电流信号 故障保护信号输入检测信号A/D显示上传信号 内部CAN1 监控CAN2电池通讯CAN3 图3-9、控制模块设计原理图 ： 3.2 BMS远程智能化控制模式：该充电模式是优先推荐充电控制模式。其特点是，充电机通过充电控制接口与符合Q/CAM002-2007和Q/CAM003-2007标准的动力蓄电池总成或模块建立连接后，充电机自动被置为该模式，并自动完成充电系统的初始化。充电系统初始化全部参数和充电控制参数都由动力蓄电池模块或总成的BMS自动提供，无须人工操作。该模式适用于所有6种电池的充电工作。 常规手动操作模式：为了兼容现有电池组，充电机保留了手动操作模式。当蓄电池没有与符合Q/CAM002-2007和Q/CAM003-2007标准的动力蓄电池总成或模块建立连接时，充电机自动进入该模式。锂离子等新型动力电池不宜采用该模式。为了充电安全，必须通过面板上“允许充电”按钮设置该模式才能有效。 IC卡操作模式：充电控制参数由IC卡提供，其余与常规手动操作模式相同。远程监控模式：充电设备与充电机站监控系统建立连接后，即自动进入该模式。在该模式下，可以通过远程监控系统，对充电设备进行操作。该模式下，上述三种模式仍有效。该模式是配合上述三种模式进行工作的。 3.4、充电机（站）监控系统研究基于CAN总线构建的充电机（站）监控系统（如图3-10），具有对充电过程进行数据分析、显示、文件