鈉硫電池儲能監控系統的製作方法

2023-05-19 04:40:51

專利名稱：鈉硫電池儲能監控系統的製作方法
技術領域：
本實用新型提供一種電池儲能控制技術，具體涉及一種鈉硫電池儲能監控系統。
背景技術：
目前，中國電力負荷增長迅速，不少地區出現了電力供需的矛盾，特別是在迎峰度 冬夏期間，高峰負荷往往受到發電能力和電網安全的限制，需要按地區和時間合理安排電 力負荷，調配電力供應以充分利用電能，緩解電網壓力而電池儲能系統是當今電網系統的 重要組成部分之一，而電池儲能系統需要有效的管理、控制、監視、電網調度運行的良好手 段控制。

實用新型內容本實用新型提供一種鈉硫電池儲能監控系統，使電網運行更效率、穩定，同時提高 管理效率，減少系統輸電網絡的損耗，獲取經濟效益。為實現上述目的，本實用新型提供一種鈉硫電池儲能監控系統，其特徵是，該系統 包含監控系統，以及分別通過網絡與該監控系統連接的溫度控制模塊、電壓電流採集模塊、 溫度採集模塊和電網接入系統。上述的溫度採集模塊中包含若干個並聯連接的溫度採集單元，以及分別與上述若 幹個溫度採集單元通過內部總線連接的數字量模塊和網絡模塊；該數字量模塊的輸出端電 路連接上述電網接入系統；溫度採集模塊的輸入端電路連接若干個溫度採集裝置。上述的電壓電流採集模塊還包含若干個並聯連接的電壓採集單元和電流採集單 元，以及與該若干個電壓採集單元和電流採集單元通過內部總線連接的網絡模塊；該電壓 電流採集模塊的輸入端電路連接若干個電壓採集裝置和電流採集裝置。上述的數字量模塊還電路連接外接的電池開關。上述的網絡模塊包含網絡處理器，分別與該網絡處理器電路連接的繼電器報警模 塊和網絡通信模塊，以及與該網絡通信模塊電路連接的網卡接口 ；該網卡接口接入乙太網。上述的電壓電流採集模塊包含電壓電流處理器，與該電壓電流處理器電路連接的 模擬數據轉換器，與該模擬數據轉換器電路連接的抗混疊濾波器，以及與該抗混疊濾波器 電路連接的增益調整電路。上述的溫度控制模塊包含溫度信號處理器，分別與該溫度信號處理器電路連接的 總線接口和隔離電路，與該隔離電路電路連接的隔離數字量輸出電路和A/D轉換電路，以 及與A/D轉換電路電路連接的抗混疊濾波電路。上述的數字量模塊包含數字量處理器，以及分別與數字量處理器電路連接的8路 數字量隔離輸入模塊和8路數字量隔離輸出模塊。電壓採集裝置和電流採集裝設置在電池組的電路中，同時溫度採集裝置平均分布 設置在電池組的外部。電壓採集裝置和電流採集裝置分別採集電壓和電流，並傳輸至電壓 電流採集模塊，經電壓電流採集模塊處理成數位訊號後，通過內部總線傳輸至網絡模塊，網絡模塊通過乙太網信息發送至監控系統。另一方面溫度採集裝置採集電池組的溫度並傳輸 至溫度採集模塊，溫度採集模塊將溫度信號轉化為數字量信號後通過內部總線將信號傳輸 至網絡模塊，網絡模塊再通過乙太網將溫度的數字量信號發送至監控系統。監控系統根據接收到的電池組的溫度信息，對溫度控制模塊發送工作參數，控制 溫度控制模塊的運行功率，保持電池組一定的工作溫度。監控系統根據接收到的電壓信息和電流信息，通過數字量模塊向電網接入系統發 送控制命令，電網接入系統根據監控系統的命令控制電池組的充電和放電。並通過數字量 模塊控制電池開關，控制電池組是否與電網連接。本實用新型鈉硫電池儲能監控系統和現有技術相比，其優點在於，本實用新型提 供了一種鈉硫電池儲能系統的監控系統，便於電力管理部門及時掌握電池的電壓、電流和 溫度信息，對信息進行處理分析，形成控制策略，及時發布各種充放電控制命令、電網信息， 在電網負荷峰值時向電網輸送電能，這種方式有助於減少系統輸電網絡的損耗，對負荷實 施削峰填谷，從而獲取經濟效益。並可為決策者進行中長期宏觀管理、規劃、調度提供依據。

圖1為本實用新型鈉硫電池儲能監控系統的總體模塊示意圖；圖2為本實用新型鈉硫電池儲能監控系統的網絡模塊的模塊示意圖；圖3為本實用新型鈉硫電池儲能監控系統的電壓電流採集模塊的模塊示意圖；圖4為本實用新型鈉硫電池儲能監控系統的溫度採集模塊的模塊示意圖；圖5為本實用新型鈉硫電池儲能監控系統的數字量採集模塊的模塊示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖說明本實用新型的具體實施方式
。如圖1所示，本實用新型說明了一種鈉硫電池儲能監控系統，該系統包含監控系 統1，以及分別通過乙太網絡與該監控系統1連接的溫度控制模塊3、電壓電流採集模塊4、 溫度採集模塊5和電網接入系統6。溫度控制模塊3通過乙太網接收監控系統1發出的參數設置，同時向監控系統1 傳輸其工作狀態信息。監控系統1為鈉硫電池儲能監控系統的上層控制系統，其設有一個交換機，通過 該交換機監控系統1與乙太網連接，並通過乙太網連接下層的各個功能模塊。溫度採集模塊5中還包含若干個並聯連接的溫度採集單元53，以及分別通過內部 總線與該若干個溫度採集單元53連接的數字量模塊51和網絡模塊2，數字量模塊51通過 中間繼電器連接電網接入系統6，該數字量模塊51還電路連接電池開關7。如圖2所示，網絡模塊2包含一個網絡處理器21，該網絡處理器21採用ARM處理 器，分別與該網絡處理器21電路連接的繼電器報警模塊23和網絡通信模塊22，與網絡通信 模塊22通過電器隔離電路連接的GJ45網卡接口 24，以及與上述網絡處理器21、繼電器報 警模塊23、網絡通信模塊22和GJ45網卡接口 M電路連接的電源電路25。網絡處理器21 採用32位ARM處理器，使用實時作業系統實現軟體控制，能實時的響應外部控制命令。網 絡處理器21連接溫度採集模塊5的內部總線，網絡模塊2通過GJ45網卡接口 M連接乙太網，繼電器報警模塊23還連接有外接的報警輸出裝置，若溫度採集模塊5有問題無法工作， 網絡處理器21控制繼電器報警模塊23發出報警信號至報警輸出裝置進行報警。溫度採集模塊5包含若干採用不同地址來區分的溫度採集單元53，每個溫度採集 單元53的輸入端電路連接一個溫度採集裝置52，該溫度採集裝置52採用K型的熱電偶，平 均分布設置在電池組中，實時檢測電池組周圍的溫度。如圖4所示，溫度採集模塊5下的各個溫度採集單元53，其包含溫度信號處理器 58，分別與溫度信號處理器58電路連接的電源、總線接口 57、冷端補償電路M和隔離電路 59，與該隔離電路59電路連接的A/D轉換電路53和隔離數字量輸出電路56，與該A/D轉 換電路53電路連接的抗混疊濾波電路56，以及與抗混疊濾波電路56電路連接的多路選擇 器。上述的總線接口 57連接溫度採集模塊5的內部總線。溫度信號處理器58採用32位 RISC的ARM晶片，同時設有保護電路，可在出現意外時將系統重新啟動。隔離電路59採用 光電隔離裝置。其中，多路選擇器電路連接溫度採集裝置52，隔離數字量輸出電路56電路 連接數字量模塊51。如圖4所示，溫度採集裝置52採集電池組的溫度信息通過多路選擇器，傳輸至抗 混疊濾波電路56進行濾波措施，極大降低了工業現場對模塊正常運行的影響，在傳輸至A/ D轉換電路53將模擬信號轉化為數位訊號，經過隔離電路59傳輸至溫度信號處理器58，經 溫度信號處理器58信號處理後分別通過隔離數字量輸出電路56發送至數字量模塊51，通 過總線接口 57進入內部總線傳輸至網絡模塊2，再通過網絡模塊2發送至乙太網進入監控 系統1。如圖5所示，數字量模塊51包含數字量處理器511，該數字量處理器511採用32 位的ARM處理器，以及通過電器隔離與數字量處理器511電路連接的8路數字量隔離輸入 模塊512和8路數字量隔離輸出模塊513。數字量處理器511通過內部總線連接溫度採集 裝置52，8路數字量隔離輸入模塊512和8路數字量隔離輸出模塊513電路連接有外接的 電池開關7。數字量模塊51 —方面數字量處理器511通過內部總線接收溫度採集模塊5的數 字量溫度信號，並發送充電使能和放電使能至電網接入系統6。另一方面通過8路數字量隔 離輸入模塊512接收電池開關7的開關狀態，並輸入數字量處理器511，通過內部總線至網 絡模塊2，通過網絡模塊2發送至監控系統1，由監控系統1發送開關控制命令通過數字量 模塊51的8路數字量隔離輸出模塊513至電池開關7，控制電池開關7的開關。如圖1所示，電壓電流採集模塊4通過網絡模塊2連接乙太網，與監控系統1建立 連接。電壓電流採集模塊4通過不同的地址分為若干個電壓採集單元47和電流採集單元 48，該若干個電壓採集單元47和電流採集單元48的輸入端分別電路連接若干個電壓採集 裝置41和電流採集裝置42。如圖3所示，電壓電流採集模塊4下的電壓採集單元47或電流採集單元48採用 同樣電路模塊，該電路模塊包含電壓電流處理器46，該電壓電流處理器46採用32位的ARM 處理器，以及通過電氣隔離電路連接的模擬數據轉換器44，與該模擬數據轉換器44電路連 接的抗混疊濾波電路45，與該抗混疊濾波電路45電路連接的增益調整電路43，以及與該增 益調整電路43電路連接的多路選擇器，通過該多路選擇器電壓電流採集模塊4電路連接電 壓採集裝置41或電流採集裝置42。其中抗混疊濾波電路45、增益調整電路43和模擬數據轉換器44組成電壓電流採集模塊4的前端電路，前端電路通過抗混疊濾波電路45進行電 信號的濾波(低通、高通、帶通濾波等)、通過增益調整電路43信號幅值範圍的調整(如信號 放大或對於幅值較大的信號進行分壓、分流)，並通過模擬數據轉換器44進行信號類型轉換 (I/V、V/f轉換等)，當該單元為電流採集單元48時，則將電信號轉化為電流信號，當該單元 為電壓採集單元47時，則將電信號轉化為電壓信號。前端電路在模擬信號採集系統中，保 證模擬量輸入信號測量的正確性以及系統的精度。電壓採集裝置41或電流採集裝置42設置在電池組的電路中，檢測採集電池組的 電流或電壓，通過多路選擇器傳輸至前端電路，前端電路進行信號處理後傳輸至電壓電流 處理器46，將信號轉換為數字量後通過網絡模塊2發送至監控系統1。本實用新型鈉硫電池儲能監控系統的運作流程如下若干電壓採集裝置41和電流採集裝置42設置在電池組的電路中，同時將若干的 溫度採集裝置52平均分布設置在電池組的外部。電壓採集裝置41和電流採集裝置42分 別採集電池組的電壓和電流，並傳輸至電壓電流採集模塊4，經電壓電流採集模塊4處理成 數位訊號後，通過內部總線傳輸至網絡模塊2，網絡模塊2通過乙太網將電池組的電流和電 壓信息發送至監控系統1。另一方面溫度採集裝置52實時採集電池組中的溫度情況並傳輸 至溫度採集模塊5，溫度採集模塊5將溫度信號轉化為數字量信號後通過內部總線將信號 傳輸至網絡模塊2，網絡模塊再通過乙太網將溫度的數字量信號發送至監控系統1。監控系統1根據接收到的電池組的溫度信息，對溫度控制模塊3發送工作參數，控 制溫度控制模塊3的運行功率，保持電池組一定的工作溫度，同時溫度控制模塊3將其工作 狀態通過乙太網發送至監控系統1，便於監控系統1對溫度控制模塊3同一監控。監控系 統1根據接收到的電壓信息和電流信息，通過數字量模塊51向電網接入系統6發送控制命 令，電網接入系統6根據監控系統1的命令控制電池組的充電和放電。數字量模塊51接收電池開關7的開關狀態並發送到監控系統1實時監控開關狀 態，監控系統1根據電池組的電壓信息、電流信息和溫度信息進行判斷，根據電池組的電壓 信息、電流信息和溫度信息是否電池的正常工作狀態，控制電網接入系統6和電池開關7。當電池組的單體電壓在1.5V至2.4V之間，溫度在300°C至355°C之間，充電電流 小於等於35A時，則監控系統1通過數字量模塊51控制電網接入系統6，允許對電池組進行 充電。當電池組的單體電壓大於2. 4V或小於1. 5V，溫度大於355°C或小於300°C，電流大 於35A時，則監控系統1通過數字量模塊51控制電網接入系統6，禁止對電池組進行充電。當電池組的單體電壓在1. 5V至2. 4V之間，單體溫度在300°C至355°C之間放電電 流小於等於75A時，則監控系統1通過數字量模塊51控制電網接入系統6，允許電池組進行 放電。當電池組的單體電壓大於2. 4V或小於1. 5V，單體溫度大於355°C或小於300°C，放 電電流大於75A時，則監控系統1通過數字量模塊51控制電網接入系統6，禁止電池組放 H1^ ο當電池組單體電壓大於2. 45V或小於1. 45V，單體溫度大於360°C或小於，放 電時其放電電流大於80A或充電時的充電電流大於40A，則監控系統1通過數字量模塊51 控制電池開關7，斷開電池開關7的斷路器，斷開電池組與電網之間的連接。[0044]當電池組單體電壓在1. 45至2. 45之間，單體溫度在295°C至360°C之間，充電時 的充電電流小於等於40A，放電時放電電流小於等於80A，則監控系統1通過數字量模塊51 控制電池開關7，閉合電池開關7的斷路器，使電池組與電網保持連接。儘管本實用新型的內容已經通過上述優選實施例作了詳細介紹，但應當認識到上 述的描述不應被認為是對本實用新型的限制。在本領域技術人員閱讀了上述內容後，對於 本實用新型的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本實用新型的保護範圍應由所附 的權利要求來限定。
權利要求1.一種鈉硫電池儲能監控系統，其特徵在於，該系統包含監控系統(1)，以及分別通過 網絡與所述監控系統(1)連接的溫度控制模塊(3)、電壓電流採集模塊(4)、溫度採集模塊 (5)和電網接入系統(6)。
2.如權利要求1所述的鈉硫電池儲能監控系統，其特徵在於，所述的溫度採集模塊(5) 中包含若干個並聯連接的溫度採集單元(53)，以及分別與所述溫度採集單元(53)通過內 部總線連接的數字量模塊(51)和網絡模塊(2);所述的數字量模塊(51)的輸出端電路連接 所述的電網接入系統(6)；所述溫度採集模塊(5)的輸入端電路連接若干個溫度採集裝置 (52)。
3.如權利要求1所述的鈉硫電池儲能監控系統，其特徵在於，所述的電壓電流採集模 塊(4)包含若干並聯連接的電壓採集單元(47 )和電流採集單元(48 )，以及與所述電壓採集 單元(47 )和電流採集單元(48 )通過內部總線連接的網絡模塊(2 )；所述電壓電流採集模塊 (4 )的輸入端電路連接若干個電壓採集裝置(41)和電流採集裝置(42 )。
4.如權利要求2所述的鈉硫電池儲能監控系統，其特徵在於，所述的數字量模塊(51) 還電路連接外接的電池開關(7 )。
5.如權利要求2所述的鈉硫電池儲能監控系統，其特徵在於，所述的網絡模塊(2)包含 網絡處理器(21)，分別與所述網絡處理器(21)電路連接的繼電器報警模塊(23)和網絡通 信模塊(22)，以及與所述網絡通信模塊(22)電路連接的網卡接口(24);所述網卡接口(24) 接入乙太網。
6.如權利要求1所述的鈉硫電池儲能監控系統，其特徵在於，所述的電壓電流採集模 塊(4 )包含電壓電流處理器(46 )，與所述電壓電流處理器(46 )電路連接的模擬數據轉換器 (44)，與所述模擬數據轉換器(44)電路連接的抗混疊濾波器(45)，以及與所述抗混疊濾波 器(45)電路連接的增益調整電路(43)。
7.如權利要求1所述的鈉硫電池儲能監控系統，其特徵在於，所述的溫度控制模塊(3) 包含溫度信號處理器(58)，分別與所述溫度信號處理器(58)電路連接的總線接口(57)和 隔離電路(59)，與所述隔離電路(59)電路連接的隔離數字量輸出電路(56)和A/D轉換電 路(53)，以及與所述A/D轉換電路(53)電路連接的抗混疊濾波電路(55)。
8.如權利要求2所述的鈉硫電池儲能監控系統，其特徵在於，所述的數字量模塊(51) 包含數字量處理器(511)，以及分別與所述數字量處理器(511)電路連接的8路數字量隔離 輸入模塊(512)和8路數字量隔離輸出模塊(513)。
專利摘要本實用新型提供一種鈉硫電池儲能監控系統，其特徵是，該系統包含監控系統以及分別通過網絡與該監控系統連接的溫度控制模塊、電壓電流採集模塊、溫度採集模塊和電網接入系統。本實用新型提供了一種鈉硫電池儲能系統的監控系統，便於電力管理部門及時掌握電池的電壓、電流和溫度信息，對信息進行處理分析，形成控制策略，及時發布各種充放電控制命令、電網信息，在電網負荷峰值時向電網輸送電能，這種方式有助於減少系統輸電網絡的損耗，對負荷實施削峰填谷，從而獲取經濟效益。並可為決策者進行中長期宏觀管理、規劃、調度提供依據。
文檔編號H02J3/28GK201898344SQ201020624698
公開日2011年7月13日 申請日期2010年11月25日 優先權日2010年11月25日
發明者俞國勤, 劉宇, 張宇, 樓曉東, 溫兆銀, 白紀軍 申請人:上海市電力公司, 上海瑞莉自動化成套設備有限公司, 中國科學院上海矽酸鹽研究所