储能系统及储能系统控制方法

技术领域

本申请涉及电力管理技术领域，具体涉及一种储能系统以及储能系统控制方法。

背景技术

储能系统主要电能来源主要包括光伏、电池和外部电网，在正常工作的状态下，根据实际情况对三个供电源进行调节能够使得用电经济效益尽可能高，而确保电能能够正常调节转换则是采用在储能系统中设置辅助电源的方式。因此储能系统的辅助电源是保证系统正常工作的关键部分，因此提高辅助电源的可靠性是保证整个储能系统正常工作的首要条件。

发明内容

本申请提供了一种储能系统以及储能系统控制方法。

本申请实施方式的储能系统，包括接入所述储能系统主回路的储能元件，所述储能系统还包括辅助储能元件以及临时储能元件；其中，所述辅助储能元件与所述储能元件电连接；所述临时储能元件与所述主回路电连接，在所述辅助储能元件处于第一工作状态的情况下，所述临时储能元件处于充满截止状态，在所述辅助储能元件处于第二工作状态的情况下，所述临时储能元件向所述辅助储能元件供电。

如此，本申请实施方式的储能系统通过在主回路上设置临时储能元件预先存储部分电能以作为面向辅助储能元件的后备能源，在辅助储能元件自身的电能无法满足正常实现储能系统的电能转换的要求时，临时储能元件所储存的能量能够对辅助储能元件进行电能反哺，在一定时间内保证辅助储能元件以及储能系统的正常工作。

在某些实施方式中，所述储能系统还包括放电子电路，所述放电子电路与所述主回路相连接；在所述主回路出现故障或所述储能系统处于第三工作状态的情况下所述放电子电路导通，以释放所述临时储能元件储存的电能。

如此，本申请实施方式的储能系统能够在运行出现故障或者系统处于人工状态的情况下通过方电子电路将临时储能元件储存的电能释放掉，保证人员的人身安全。

在某些实施方式中，所述放电子电路包括放电电阻元件组、PMOS管以及PMOS管控制器，所述PMOS管用于根据自身通断控制所述放电子电路导通以使所述放电电阻元件组接入所述主回路，所述PMOS管控制器用于控制所述PMOS管的通断。

如此，本申请实施方式的放电子电路可以实现在主回路断路的情况下导通，也可以实现在主回路正常运行的情况下断路。

在某些实施方式中，所述储能系统还包括升降压转换元件，所述储能元件的输出端连接有升降压转换元件的输入端，所述升降压转换元件的输出端与所述主回路连接，所述辅助储能元件与所述储能元件的输出端相连接。

如此，本申请实施方式还设有与储能元件配套使用的升降压转换元件，以使储能元件释放电能时供电参数符合储能系统主回路的要求。

在某些实施方式中，所述储能元件的输出端与所述辅助储能元件之间还连接有第一单向导电装置，所述第一单向导电装置用于控制电流由所述储能元件单方向流向所述辅助储能元件。

如此，本申请实施方式通过在储能元件与辅助储能元件之间设置第一单向导电装置，将储能元件向辅助储能元件进行供电的通路进行隔离处理，避免多种供电方式之间产生干涉。

在某些实施方式中，所述储能系统还包括光伏元件，所述光伏元件与所述主回路单向电连接；所述光伏元件与所述辅助储能元件电连接，用于为所述辅助储能元件提供冗余供电。

如此，本申请实施方式通过在储能系统的主回路上设置光伏元件，来向辅助储能元件提供额外的供电方式。

在某些实施方式中，所述储能系统还包括升压转换元件，所述光伏元件的输出端连接所述升压转换元件的输入端，所述升压转换元件的输出端连接所述主回路；所述辅助储能元件与所述升压转换元件的输出端相连接。

如此，本申请实施方式还设有与光伏元件配套使用的升压转换元件，以使光伏元件释放电能时供电参数符合储能系统主回路的要求。

在某些实施方式中，所述储能元件与所述升压转换元件的输出端之间还连接有第二单向导电装置，所述第二单向导电装置用于控制电流由所述升压转换元件单方向流向所述辅助储能元件。

如此，本申请实施方式通过在光伏元件与辅助储能元件之间设置第二单向导电装置，将光伏元件向辅助储能元件进行供电的通路进行隔离处理，避免多种供电方式之间产生干涉。

在某些实施方式中，所述储能系统还包括外部电网接入元件以及交流直流转换元件，所述外部电网接入元件的输入端连接外部电网、所述外部电网接入元件的输出端连接所述交流直流转换元件的输入端，所述交流直流转换元件的输出端连接所述主回路；所述交流直流转换元件的输出端还与所述辅助储能元件的输入端连接，以使所述外部电网接入元件向所述辅助储能元件提供冗余供电。

如此，本申请实施方式通过外部电网接入元件以及交流直流转换元件的设置，实现将外部电网的电能按照储能系统的主回路要求接入储能系统，以对辅助储能元件提供额外的供电方式。

在某些实施方式中，所述辅助储能元件于所述交流直流转换元件的输出端之间还连接有第三单向导电装置，所述第三单向导电装置用于控制电流由所述交流直流转换元件单方向流向所述辅助储能元件。

如此，本申请实施方式通过在外部电网与辅助储能元件之间设置第三单向导电装置，将外部电网向辅助储能元件进行供电的通路进行隔离处理，避免多种供电方式之间产生干涉。

本申请实施方式的储能系统控制方法，基于上述的储能系统，包括：

在辅助储能元件处于第一工作状态的情况下，控制临时储能元件充电直至充满截止状态；

在所述辅助储能元件处于第二工作状态的情况下，控制所述临时储能元件向所述辅助储能元件供电。

在某些实施方式中，储能系统控制方法还包括：

在主回路出现故障，或所述储能系统处于第三工作状态的情况下，控制放电子电路导通，以释放所述临时储能元件储存的电能，

其中所述主回路出现故障指主回路的母线电压在连续的一段时间内低于预设的故障指示阈值的状态。

本申请的实施方式的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实施方式的实践了解到。

附图说明

本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本申请实施方式的储能系统的电路结构示意图；

图2为本申请实施方式的储能系统的电路结构示意图；

图3为本申请实施方式的储能系统的电路结构示意图；

图4为本申请实施方式的储能系统的电路结构示意图；

图5为本申请实施方式的储能系统的电路结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本申请的实施方式，实施方式的示例在附图中示出，其中，相同或类似的标号自始至终表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本申请的实施方式，而不能理解为对本申请的实施方式的限制。

如图1所示，本申请实施方式的储能系统，包括接入储能系统主回路的储能元件，储能系统还包括辅助储能元件以及临时储能元件；其中，辅助储能元件与储能元件电连接；临时储能元件与主回路电连接，在辅助储能元件处于第一工作状态的情况下，临时储能元件处于充满截止状态，在辅助储能元件处于第二工作状态的情况下，临时储能元件向辅助储能元件供电。

本申请实施方式的储能系统控制方法，包括如下步骤：

在辅助储能元件处于第一工作状态的情况下，控制临时储能元件充电直至充满截止状态；

在辅助储能元件处于第二工作状态的情况下，控制临时储能元件向辅助储能元件供电。

具体地，储能系统，一般指为了电气，化学，电化学，机械或热存储的目的而接收能量并且使其再次可用于延时使用的系统，在本申请中储能系统一般是利用光伏元件接收储存能量、为负载或蓄电池供电或控制光伏、蓄电池以及外部电网对负载进行供电支持。本申请实施方式中的储能系统，包括一个直流的主回路DC+/DC-，蓄电池(对应于储能元件)与主回路相连接，以便于从储能系统中的其他元件接收电能或向储能系统中释放电能。

辅助电源(对应于辅助储能元件)，一般设置于储能系统中，用于对储能系统中的多个供电源进行电力调配，确保储能系统内的电能能够正常转换。同时，辅助电源本身是耗能设备，为了实现电能的调配需要为了实现这一目的，在储能系统正常工作的情况下，辅助电源需要从储能系统中的蓄电池和/或其他供电源获取电能，因此辅助电源直接与蓄电池相连接。

母线电容(对应于临时储能元件)，一般设置于储能系统中，用于对辅助电源的运行进行后备支持，为了实现上述目的，母线电容的容值一般根据储能系统的标称功率确定，比如在储能系统的标称功率为6kW的情况下，母线电容的容值一般为2mF左右，在上述情况下，在储能系统中的其他供电源出现问题的情况下，母线电容储存的电能至少能够在5分钟左右的时长内为辅助电源供电，也即母线电容在储能系统的正常上电运行过程中(对应于第一工作状态)充电，在直流的主回路中充满后保持截止状态，避免对储能系统本身的功能运行造成不良影响，而在储能系统的储能元件运行存在异常的情况下(对应于第二工作状态)，母线电容则反向为辅助电源供电，以在短时间内保持辅助电源的正常运行，在短时间内不影响储能系统正常运行的情况下为用户留出检修时间，提高储能系统以及辅助电源运行的可靠性。

如此，本申请实施方式的储能系统通过在主回路上设置临时储能元件预先存储部分电能以作为面向辅助储能元件的后备能源，在辅助储能元件自身的电能无法满足正常实现储能系统的电能转换的要求时，临时储能元件所储存的能量能够对辅助储能元件进行电能反哺，在一定时间内保证辅助储能元件以及储能系统的正常工作。

如图2所示，在某些实施方式中，储能系统还包括放电子电路，放电子电路与主回路相连接；在主回路出现故障或储能系统处于第三工作状态的情况下放电子电路导通，以释放临时储能元件储存的电能。

在某些实施方式中，储能系统控制方法还包括：

在主回路出现故障，或储能系统处于第三工作状态的情况下，控制放电子电路导通，以释放临时储能元件储存的电能。

具体地，第三工作状态指储能系统的检修状态，主回路出现故障指主回路的母线电压在连续的一段时间内低于预设的故障指示阈值的状态。在上述两种状态下，储能系统自身存在运行问题，当前储能系统需要停机彻底放电、并由用户对其执行操作以排除故障。由于母线电容的电容值较大，在储能系统的工作电压范围内母线电容存储的电荷量同样较大，在主回路出现故障或储能系统处于检修状态的情况下，若用户直接对储能系统进行操作则存在人身触电的危险情况。为了保障用户在排除故障过程中的人身安全，储能系统中还设置有放电子电路，以在储能系统处于检修状态、或是主回路出现故障的情况下将母线电容中储存的电能以其他的能量形式释放掉，避免用户在操作过程中触电。

如此，本申请实施方式的储能系统能够在运行出现故障或者系统处于人工状态的情况下通过方电子电路将临时储能元件储存的电能释放掉，保证人员的人身安全。

如图3所示，在某些实施方式中，所述放电子电路包括放电电阻元件组、PMOS管以及PMOS管控制器，所述PMOS管用于根据自身通断控制所述放电子电路导通以使所述放电电阻元件组接入所述主回路，所述PMOS管控制器用于控制所述PMOS管的通断。

具体地，请参阅图3，放电子电路连接于储能系统的主回路中，分为两组支路，其中第一支路为PMOS管控制器，第二支路为放电电阻元件组与PMOS管的串联支路，PMOS管控制器与PMOS管的栅极连接，PMOS管的源极接放电电阻元件组的一端、漏极接主回路的DC-端，放电电阻元件组的另一端连接主回路的DC+端。而PMOS管控制器包括DC/DC变换器、驱动芯片以及与驱动芯片配套的、用于充当驱动电阻的第一电阻以及用于充当分压电阻的第二电阻，驱动芯片至少包括驱动引脚DRIV以及接地引脚GND。其中DC/DC变换器的供电范围的最小值与主回路母线电压的预设故障指示阈值相等。在PMOS管控制器的DC/DC变换器的一端连接主回路DC+端，另一端接入驱动芯片，驱动芯片的驱动引脚DRIV连接第一电阻的一端、接地引脚GND接主回路DC-端，第一电阻的另一端分别接PMOS管的栅极以及第二电阻的一端，第二电阻的另一端接主回路的DC-端。

由于放电子电路拥有如上所述的结构，故其具有如下的运行效果：

驱动芯片通过DC/DC变换器供电，当储能系统正常运行时，DC/DC变换器输出为高电平，经过驱动芯片的驱动引脚DRIV输出的同样为高电平，此时PMOS管栅极接收高电平，PMOS管处于截止状态，此时放电电阻元件组开路，母线电容正常工作。

当储能系统处于检修状态或主回路出现故障时，主回路DC+端以及DC-端之间的母线电压低于预设的故障指示阈值，也即低于DC/DC变换器的供电范围，此时DC/DC变换器的输出为0，故驱动芯片经由驱动引脚DRIV输出低电平，此时PMOS管处于导通状态，放电电阻元件组接入主回路，母线电容向放电电阻元件放电，从而将母线电容中存储的电量从放电电阻元件组以内能的能量形式释放掉，从而保护用户的人身安全。其中，故障指示阈值可以根据储能系统的实际情况进行调整，在储能系统的标称功率为6kW的情况下，故障指示阈值一般取60V。而在上述情况下，DC/DC变换器的供电范围一般为60V～600V。

如此，本申请实施方式的放电子电路可以实现在主回路断路的情况下导通，也可以实现在主回路正常运行的情况下断路。

如图4所示，在某些实施方式中，储能系统还包括升降压转换元件，储能元件的输出端连接有升降压转换元件的输入端，升降压转换元件的输出端与主回路连接，辅助储能元件与储能元件的输出端相连接。

具体地，升降压转换元件(BUCK-BOOST)是与蓄电池相配套使用的元件，是直流-直流转换器的一种，其输出电压的大小可以大于输入电压、亦可以小于输入电压。在蓄电池与主回路之间加接BUCK-BOOST的主要目的在于调整蓄电池的输出电压，以适应当前储能系统的工作需要。

而对于辅助电源而言，为了辅助电源的充电过程能够得到最基本的充电效果保障，蓄电池向辅助电源的供电电压应是稳定的，不应出现过多的变化。因此，在蓄电池与辅助电源的连接上，并非是从BUCK-BOOST的输出端引出连接辅助电源的，而是直接从蓄电池引出连接辅助电源。

另外，由于蓄电池既可以向储能系统进行供电，也可以从储能系统受电，因此蓄电池、BUCK-BOOST以及主回路之间采用的是双向导通的连接方式。在这种情况下，若出现需要通过母线电容向辅助电源供电的情况，依然可以通过升降压转换元件来调整母线电容向辅助电源供电的电压，以保证供电的稳定性。

如此，本申请实施方式还设有与储能元件配套使用的升降压转换元件，以使储能元件释放电能时供电参数符合储能系统主回路的要求。

如图5所示，在某些实施方式中，储能元件的输出端与辅助储能元件之间还连接有第一单向导电装置，第一单向导电装置用于控制电流由储能元件单方向流向辅助储能元件。

具体地，对于供电源与辅助电源的连接，由于储能系统中各个供电源均连接于储能系统的主回路，故各个供电源之间实质上均为电连接关系。为了避免不同的供电源向辅助电源供电的过程中出现供电参数上的冲突进而导致道路故障，在某些示例中，在蓄电池与辅助电源之间设置一个单向导电装置(对应于第一单向导电装置)，上述装置一般可以表现为一组二极管，以保证电流方向固定为从蓄电池流向辅助电源。这样一来，蓄电池这一路供电源的供电线路与其他供电线路隔离，从而消除了多个供电源对蓄电池这一供电源的影响。

如此，本申请实施方式通过在储能元件与辅助储能元件之间设置第一单向导电装置，将储能元件向辅助储能元件进行供电的通路进行隔离处理，避免多种供电方式之间产生干涉。

如图4所示，在某些实施方式中，储能系统还包括光伏元件，光伏元件与主回路单向电连接；光伏元件与辅助储能元件电连接，用于为辅助储能元件提供冗余供电。

具体地，光伏元件，指将直接将光能转化为电能的供电元件，在储能系统中一般作为供电源使用。在某些示例中，在储能系统中，光伏元件能够充当辅助电源的冗余供电源。冗余供电源，指非主要供电源，在主要供电源出现问题或不便于使用主要供电源对辅助电源进行供电的情况下，对辅助电源进行供电的其他供电源。由于光伏元件仅仅用于供电而不能用于受电，因此光伏元件与储能系统主回路的连接为单向连接，电流方向从光伏元件流向储能系统主回路。

如此，本申请实施方式通过在储能系统的主回路上设置光伏元件，来向辅助储能元件提供额外的供电方式。

在某些实施方式中，储能系统还包括升压转换元件，光伏元件的输出端连接升压转换元件的输入端，升压转换元件的输出端连接主回路；辅助储能元件与升压转换元件的输出端相连接。

具体地，升压转换元件(BOOST)是与光伏元件相配套使用的元件，是直流-直流转换器的一种，其输出电压的大小大于输入电压。在光伏元件与主回路之间加接BOOST的主要目的在于调整光伏元件的输出电压，以适应当前储能系统的工作需要。

而对于辅助电源而言，为了在冗余供电源对辅助电源的充电过程能够得到最基本的充电效果保障，光伏元件向辅助电源的供电电压应是足额且稳定的，不应出现过多的变化。因此，在光伏元件与辅助电源的连接上，并非是从光伏元件的输出端引出连接辅助电源的，而是从BOOST的输出端引出连接辅助电源。

另外，由于光伏元件只能向储能系统进行供电，而不能从储能系统受电，因此光伏元件、BOOST以及主回路之间采用的是单向导通的连接方式，同时辅助电源连接于BOOST的输出端。在这种情况下，若出现需要通过母线电容向辅助电源供电的情况，其不会因为光伏元件的单向连接而导致母线电容与辅助电源间出现断路，以保证供电的稳定性。

如此，本申请实施方式还设有与光伏元件配套使用的升压转换元件，以使光伏元件释放电能时供电参数符合储能系统主回路的要求。

在某些实施方式中，储能元件与升压转换元件的输出端之间还连接有第二单向导电装置，第二单向导电装置用于控制电流由升压转换元件单方向流向辅助储能元件。

具体地，对于供电源与辅助电源的连接，由于储能系统中各个供电源均连接于储能系统的主回路，故各个供电源之间实质上均为电连接关系。为了避免不同的供电源向辅助电源供电的过程中出现供电参数上的冲突进而导致道路故障，在某些示例中，在BOOST与辅助电源之间设置一个单向导电装置(对应于第二单向导电装置)，上述装置一般可以表现为一组二极管，以保证电流方向固定为从BOOST流向辅助电源。这样一来，光伏元件以及BOOST这一路供电源的供电线路与其他供电线路隔离，从而消除了多个供电源对蓄电池这一供电源的影响。

如此，本申请实施方式通过在光伏元件与辅助储能元件之间设置第二单向导电装置，将光伏元件向辅助储能元件进行供电的通路进行隔离处理，避免多种供电方式之间产生干涉。

在某些实施方式中，储能系统还包括外部电网接入元件以及交流直流转换元件，外部电网接入元件的输入端连接外部电网、外部电网接入元件的输出端连接交流直流转换元件的输入端，交流直流转换元件的输出端连接主回路；交流直流转换元件的输出端还与辅助储能元件的输入端连接，以使外部电网接入元件向辅助储能元件提供冗余供电。

具体地，外部电网接入元件，指将外部电网的电能引入储能系统的供电元件，在储能系统中一般作为供电源或受电元件使用。在某些示例中，作为供电源，在储能系统中，外部电网接入元件能够充当辅助电源的冗余供电源。冗余供电源，指非主要供电源，在主要供电源出现问题或不便于使用主要供电源对辅助电源进行供电的情况下，对辅助电源进行供电的其他供电源。而作为受电元件，在储能系统中，在某些电路参数下光伏元件或蓄电池输出的电能可能无法在与储能系统连接的电路负载以及辅助电源上完全消耗，在这样的情况下多余的电能就需要通过外部电网接入元件反馈给外部电网。因此，外部电网接入元件与储能系统主回路之间是电流双向连接。

交流直流转换元件(AC/DC)是与外部电网接入元件相配套使用的元件。在外部电网接入元件与主回路之间加接AC/DC的主要目的在于对接入储能系统的外部交流电进行调整，将接入的交流电按照储能系统的要求转换为参数对应的直流电，以适应当前储能系统的工作需要。

而对于辅助电源而言，为了在冗余供电源对辅助电源的充电过程能够得到最基本的充电效果保障，外部电网向辅助电源的供电电压应是直流的、足额的且稳定的，不应出现过多的变化。因此，在外部电网与辅助电源的连接上，并非是从外部电网接入元件的输出端引出连接辅助电源的，而是从AC/DC的输出端引出连接辅助电源。

如此，本申请实施方式通过外部电网接入元件以及交流直流转换元件的设置，实现将外部电网的电能按照储能系统的主回路要求接入储能系统，以对辅助储能元件提供额外的供电方式。

在某些实施方式中，辅助储能元件于交流直流转换元件的输出端之间还连接有第三单向导电装置，第三单向导电装置用于控制电流由交流直流转换元件单方向流向辅助储能元件。

具体地，对于供电源与辅助电源的连接，由于储能系统中各个供电源均连接于储能系统的主回路，故各个供电源之间实质上均为电连接关系。为了避免不同的供电源向辅助电源供电的过程中出现供电参数上的冲突进而导致道路故障，在某些示例中，在AC/DC与辅助电源之间设置一个单向导电装置(对应于第三单向导电装置)，上述装置一般可以表现为一组二极管、或是一组整流桥，以保证电流方向固定为从AC/DC流向辅助电源。这样一来，外部电网接入元件以及AC/DC这一路供电源的供电线路与其他供电线路隔离，从而消除了多个供电源对蓄电池这一供电源的影响。

如此，本申请实施方式通过在外部电网与辅助储能元件之间设置第三单向导电装置，将外部电网向辅助储能元件进行供电的通路进行隔离处理，避免多种供电方式之间产生干涉。

在本说明书的描述中，参考术语“某些实施方式”、“一个例子中”、“示例地”等的描述意指结合实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

尽管上面已经示出和描述了本申请的实施方式，可以理解的是，上述实施方式是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施方式进行变化、修改、替换和变型。