储能装置监测保护方法、系统、电子设备及存储介质与流程

1.本发明涉及储能装置的安全保护技术领域，特别涉及一种储能装置监测保护方法、系统、电子设备及存储介质。


背景技术：

2.近年来，随着储能技术的广泛应用和发展，以锂离子电池、铅酸电池、钠硫电池等化学储能技术为主的储能电站大规模建立，由化学储能装置引起的起火爆炸事故也不断增多。为增加化学储能装置的安全性，目前针对密封储能装置的温度监测通常采用定点温度测量及有限元仿真分析结合的方法，通过对固定工况下的储能装置进行有限元分析，得到温度分布情况，并与固定的温度测点进行关联。该方法仅能对固定工况的温度范围进行监测，而对于充电休止的装置无法进行有效的安全预警和保护。
3.公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。


技术实现要素：

4.本发明的目的之一在于，提供一种储能装置监测保护方法、系统、电子设备及存储介质，从而克服现有技术中对储能装置的监测保护仅考虑单一温度因素，保护效果不全面的问题。
5.本发明的另一目的在于，提供一种储能装置监测保护方法、系统、电子设备及存储介质，从而提高储能装置在全工作状态下的安全性和可靠性。
6.为实现上述目的，根据本发明的第一方面，本发明提供了一种储能装置监测保护方法，储能装置包括储能电池和变流器，包括如下步骤：采集绝缘冷却液的x点处的参数信息qi(x)，其中i＝1,2,3，参数信息qi(x)包括位置x处绝缘冷却液的温度q1(x)、温升速率q2(x)和金属钝化剂的质量分数q3(x)，绝缘冷却液浸没储能电池和变流器；将所采集的参数信息qi(x)进行正则化处理，得到正则化的参数信息vi(x)；根据绝缘冷却液中金属钝化剂的质量分数随温度变化的实验曲线及参数信息qi(x)的最小允许值q
i,min
和最大允许值q
i,max
，得到耦合约束si(x)；将正则化的参数信息vi(x)与耦合约束si(x)进行比较；以及根据比较结果，触发预警信号和/或触发一个或多个保护动作。
7.进一步，上述技术方案中，正则化的参数信息为：
[0008][0009]
其中，q
i,min
表示参数信息qi(x)的最小允许值，q
i,max
表示参数信息qi(x)的最大允许值。
[0010]
进一步，上述技术方案中，耦合约束si(x)中s1(x)和s3(x)通过实验拟合得到；s2(x)＝1。
[0011]
进一步，上述技术方案中，根据比较结果，触发预警信号和/或触发一个或多个保
护动作的步骤包括：当vi(x)≥si(x)，i＝1或2时，触发预警信号并对绝缘冷却液进行换热；以及当vi(x)≤si(x)，i＝3时，触发预警信号并向绝缘冷却液补充金属钝化剂。
[0012]
进一步，上述技术方案中，当金属钝化剂为irgamet 39时，耦合约束si(x)为：
[0013][0014]
进一步，上述技术方案中，储能电池为化学储能电池。
[0015]
进一步，上述技术方案中，绝缘冷却液为矿物绝缘油。
[0016]
根据本发明的第二方面，本发明提供了一种储能装置监测保护系统，储能装置包括储能电池和变流器，储能装置监测保护系统包括：密封箱，其内部充满绝缘冷却液并容纳储能电池和变流器；监测单元，其用于实时采集绝缘冷却液的参数信息，参数信息包括温度信息和金属钝化剂信息；分析单元，其用于对所采集的参数信息进行正则化处理，并根据绝缘冷却液中金属钝化剂的质量分数随温度变化的实验曲线及参数信息的最小允许值和最大允许值得到耦合约束，再将正则化的参数信息与耦合约束进行比较；以及控制单元，其用于根据比较结果，触发预警信号和/或触发一个或多个保护动作。
[0017]
进一步，上述技术方案中，温度信息包括温度和温升速率；金属钝化剂信息包括金属钝化剂的质量分数。
[0018]
进一步，上述技术方案中，储能装置监测保护系统，还包括：金属钝化剂添加器，其与控制单元通信连接；以及散热单元，其设置在密封箱外部并与控制单元通信连接，散热单元与密封箱相连通以调节绝缘冷却液的温度。
[0019]
进一步，上述技术方案中，保护动作包括启动散热单元对绝缘冷却液进行换热和启动金属钝化剂添加器向绝缘冷却液中补充金属钝化剂。
[0020]
进一步，上述技术方案中，监测单元包括一个或多个温度监测仪和一个或多个金属钝化剂监测仪，温度监测仪和金属钝化剂监测仪的位置一一对应。
[0021]
进一步，上述技术方案中，温度监测仪和金属钝化剂监测仪的监测点与储能电池的外壳表面的距离小于或等于1cm，且监测点与储能电池的电极片和/或隔膜相对应。
[0022]
根据本发明的第三方面，本发明提供了一种电子设备，其包括：至少一个处理器；以及与至少一个处理器通信连接的存储器；其中，存储器存储有可被至少一个处理器执行的指令，指令被至少一个处理器执行，以使至少一个处理器执行如上述技术方案中任意一项的储能装置监测保护方法。
[0023]
根据本发明的第四方面，本发明提供了一种非暂态计算机可读存储介质，非暂态计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，计算机可执行指令用于使计算机执行如上述技术方案中任意一项的储能装置监测保护方法。
[0024]
与现有技术相比，本发明具有如下一个或多个有益效果：
[0025]
1.本发明将储能电池和变流器浸没在绝缘冷却液中，能够通过绝缘冷却液减少化学储能装置由于热失效造成的起火爆炸，同时有效延长了致爆时间，使工作人员可以从事
故现场及时撤离或采取补救措施，从而将人员伤亡率或财产损失率降到最低。
[0026]
2.通过对绝缘冷却液的温度和金属钝化剂的实时监测，并通过实验计算形成耦合约束，考虑了当金属钝化剂含量降低时，对最高允许温度的影响。
[0027]
3.在储能装置处于充电休止状态时，随着绝缘冷却液中的铜离子及有机杂质逐渐增加，绝缘冷却液劣化变质，即使温度没有超标仍存在致爆风险，此时本发明的保护方法仍可触发预警信号并自动添加金属钝化剂，保证绝缘冷却液的绝缘性能，有效提升储能装置的安全性和可靠性。
[0028]
4.本发明可以通过监测和耦合约束及时触发预警及相应的保护动作，减少事故发生、恶化的风险。
[0029]
上述说明仅为本发明技术方案的概述，为了能够更清楚地了解本发明的技术手段并可依据说明书的内容予以实施，同时为了使本发明的上述和其他目的、技术特征以及优点更加易懂，以下列举一个或多个优选实施例，并配合附图详细说明如下。
附图说明
[0030]
图1是根据本发明的一实施方式的储能装置监测保护系统的结构示意图。
[0031]
图2是根据本发明的一实施方式的储能装置监测保护方法的流程示意图。
[0032]
图3是根据本发明的一实施方式的执行储能装置监测保护方法的电子设备的硬件结构示意图。
具体实施方式
[0033]
下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
[0034]
除非另有其他明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其他元件或其他组成部分。
[0035]
在本文中，为了描述的方便，可以使用空间相对术语，诸如“下面”、“下方”、“下”、“上面”、“上方”、“上”等，来描述一个元件或特征与另一元件或特征在附图中的关系。应理解的是，空间相对术语旨在包含除了在图中所绘的方向之外物件在使用或操作中的不同方向。例如，如果在图中的物件被翻转，则被描述为在其他元件或特征“下方”或“下”的元件将取向在元件或特征的“上方”。因此，示范性术语“下方”可以包含下方和上方两个方向。物件也可以有其他取向(旋转90度或其他取向)且应对本文使用的空间相对术语作出相应的解释。
[0036]
在本文中，术语“第一”、“第二”等是用以区别两个不同的元件或部位，并不是用以限定特定的位置或相对关系。换言之，在一些实施例中，术语“第一”、“第二”等也可以彼此互换。
[0037]
如图1所示，储能装置包括储能电池11、变流器12、断路器13和交流电源14。根据本发明具体实施方式的储能装置监测保护系统将储能电池11和变流器12外部设置密封箱21，并且密封箱21内部充满绝缘冷却液22。设置用于实时采集绝缘冷却液22的参数信息的监测单元，参数信息包括温度信息和金属钝化剂信息。示例性地，监测单元包括一个或多个温度
监测仪和一个或多个金属钝化剂监测仪，温度监测仪和金属钝化剂监测仪的位置一一对应。应了解的是，图1中示出了温度监测仪31和金属钝化剂监测仪32，其仅为示意，监测单元的位置和数量均不以此为限。分析单元(图中未示出)其用于对所采集的参数信息进行正则化处理，并根据绝缘冷却液22中金属钝化剂的质量分数随温度变化的实验曲线及参数信息的最小允许值和最大允许值得到耦合约束，再将正则化的参数信息与耦合约束进行比较；控制单元40根据比较结果，触发预警信号和/或触发一个或多个保护动作。储能装置监测保护系统还包括金属钝化剂添加器50和散热单元60，散热单元60设置在密封箱21外部并与密封箱21相连通以调节绝缘冷却液22的温度。控制单元40触发的保护动作可以包括启动散热单元60对绝缘冷却液进行换热和启动金属钝化剂添加器50向绝缘冷却液中补充金属钝化剂。金属钝化剂的质量分数随温度变化的实验曲线是金属钝化剂的质量分数随时间变化的多条等温曲线在同一时间点的分布。
[0038]
应了解的是，金属钝化剂添加器50和散热单元60可以设置为正常工作时，定时或定量(达到预设值时)开启，当监测到异常情况时，控制单元40会根据情况自动临时开启金属钝化剂添加器50或临时增加金属钝化剂的补充量，自动临时开启散热单元6或增大换热率。
[0039]
进一步地，在本发明的一个或多个示例性实施方式中，储能电池11为化学储能电池，例如，铅酸电池、锂离子电池或钠硫电池等。进一步地，在本发明的一个或多个示例性实施方式中，绝缘冷却液22为矿物绝缘油。
[0040]
进一步地，在本发明的一个或多个示例性实施方式中，温度信息包括温度和温升速率；金属钝化剂信息包括金属钝化剂的质量分数。
[0041]
进一步地，在本发明的一个或多个示例性实施方式中，温度监测仪31和金属钝化剂监测仪32的监测点可以选择在储能电池11附近，特别是储能电池11的隔膜和电极片附近。示例性地，温度监测仪31和金属钝化剂监测仪32的监测点与储能电池11的距离小于或等于1cm，且监测点与储能电池的电极片和/或隔膜相对应，以确保及时监测到异常。
[0042]
进一步地，在本发明的一个或多个示例性实施方式中，金属钝化剂添加器50包括第一闸阀51；散热单元60包括第二闸阀61、第三闸阀64、循环泵62、流量计63和过滤器65。
[0043]
结合图2所示，在本发明的一个或多个实施方式中，储能装置监测保护方法包括如下步骤：
[0044]
s110采集绝缘冷却液的x点处的参数信息qi(x)，其中i＝1,2,3。
[0045]
参数信息qi(x)包括位置x处绝缘冷却液的温度q1(x)、温升速率q2(x)和金属钝化剂的质量分数q3(x)，绝缘冷却液浸没储能电池和变流器。
[0046]
s120将所采集的参数信息qi(x)进行正则化处理，得到正则化的参数信息vi(x)。
[0047]
正则化的参数信息为：
[0048][0049]
其中，q
i,min
表示参数信息qi(x)的最小允许值，q
i,max
表示参数信息qi(x)的最大允许值。
[0050]
s130根据绝缘冷却液中金属钝化剂的质量分数随温度变化的实验曲线和参数信息qi(x)的最小允许值q
i,min
和最大允许值q
i,max
，得到耦合约束si(x)。
[0051]
耦合约束si(x)中s1(x)和s3(x)可以通过实验拟合得到；s2(x)＝1，即q2(x)不能超过q
2,max
。
[0052]
s140将正则化的参数信息vi(x)与耦合约束si(x)进行比较。
[0053]
s150根据比较结果，触发预警信号和/或触发一个或多个保护动作。
[0054]
当vi(x)≥si(x)，i＝1或2时，触发预警信号并对绝缘冷却液进行换热；以及当vi(x)≤si(x)，i＝3时，触发预警信号并向绝缘冷却液补充金属钝化剂。
[0055]
下面以具体实施例的方式更详细地说明本发明的储能装置监测保护方法、系统、电子设备及存储介质，应了解的是，实施例仅为示例性的，本发明并不以此为限。
[0056]
实施例1
[0057]
参考图1所示的储能装置监测保护系统，在本实施例中，温度监测仪31采用光纤测温，监测绝缘冷却液的温度q1(x)(单位为℃)和温升速率q2(x)(单位为℃/s)，其中温升速率的计算区间为1s。金属钝化剂监测仪32采用色谱法监测绝缘冷却液的质量分数q3(x)(单位为10-6
)。本实施例中，绝缘冷却液为尼纳斯油10gbx，金属钝化剂为irgamet 39。
[0058]
本实施例中，qi(x)的最小允许值q
i,min
和最大允许值q
i,max
的设置如表1所示，该值可根据经验和具体实施条件设置。
[0059]
表1 q
i,min
和q
i,max
设定值
[0060][0061]
本实施例的金属钝化剂为irgamet 39，通过实验得到金属钝化剂irgamet39的质量分数随温度变化的曲线，对曲线进行拟合得到耦合约束si(x)为：
[0062][0063]
实时采集绝缘冷却液的x点处的参数信息qi(x)，其中i＝1,2,3，并进行正则化处理得到vi(x)。将正则化的参数信息vi(x)与耦合约束si(x)进行比较。
[0064]
应用本实施例的储能装置监测保护方法对锂离子电池的储能装置进行监测和保护，在监测时间段中，共两次自动触发预警信号并向绝缘冷却液补充金属钝化剂；共三次自动触发预警信号并对绝缘冷却液进行循环换热。储能装置的安全性和可靠性均得到保障。
[0065]
实施例2
[0066]
本实施例的储能装置监测保护系统与实施例1相同，在本实施例中，储能装置处于充电休止状态，其温度一直处于环境温度下，即q1(x)为恒定值。随着时间的推移，绝缘冷却液中铜离子及游离的有机杂质逐渐增多，并与金属钝化剂结合。当金属钝化剂的质量分数q3(x)逐渐下降，导致v3(x)≤s3(x)，触发预警信号并向绝缘冷却液补充金属钝化剂，实时保
证绝缘冷却液的绝缘性能。
[0067]
本发明的储能装置监测保护系统能够对储能装置的全工作状态进行保护，可靠性和安全性更强。
[0068]
实施例3
[0069]
本实施例提供了一种非暂态(非易失性)计算机存储介质，计算机存储介质存储有计算机可执行指令，该计算机可执行指令可执行上述任意方法实施例中的方法，并实现相同的技术效果。
[0070]
实施例4
[0071]
本实施例提供了一种计算机程序产品，计算机程序产品包括存储在非暂态计算机可读存储介质上的计算机程序，计算机程序包括程序指令，当程序指令被计算机执行时，使计算机执行以上各个方面的方法，并实现相同的技术效果。
[0072]
实施例5
[0073]
图3是本实施例的执行储能装置监测保护方法的电子设备的硬件结构示意图。该设备包括一个或多个处理器610以及存储器620。以一个处理器610为例。该设备还可以包括：输入装置630和输出装置640。
[0074]
处理器610、存储器620、输入装置630和输出装置640可以通过总线或者其他方式连接，图3中以通过总线连接为例。
[0075]
存储器620作为一种非暂态计算机可读存储介质，可用于存储非暂态软件程序、非暂态计算机可执行程序以及模块。处理器610通过运行存储在存储器620中的非暂态软件程序、指令以及模块，从而执行电子设备的各种功能应用以及数据处理，即实现上述方法实施例的处理方法。
[0076]
存储器620可以包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需要的应用程序；存储数据区可存储数据等。此外，存储器620可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非暂态存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非暂态固态存储器件。在一些实施例中，存储器620可选包括相对于处理器610远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至处理装置。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
[0077]
输入装置630可接收输入的数字或字符信息，以及产生信号输入。输出装置640可包括显示屏等显示设备。
[0078]
一个或者多个模块存储在存储器620中，当被一个或者多个处理器610执行时，执行：
[0079]
采集绝缘冷却液的x点处的参数信息qi(x)，其中i＝1,2,3，所述参数信息qi(x)包括位置x处绝缘冷却液的温度q1(x)、温升速率q2(x)和金属钝化剂的质量分数q3(x)，所述绝缘冷却液浸没所述储能电池和变流器；
[0080]
将所采集的参数信息qi(x)进行正则化处理，得到正则化的参数信息vi(x)；
[0081]
根据绝缘冷却液中金属钝化剂的质量分数随温度变化的实验曲线和参数信息qi(x)的最小允许值q
i,min
和最大允许值q
i,max
，得到耦合约束si(x)；
[0082]
将正则化的参数信息vi(x)与耦合约束si(x)进行比较；以及
[0083]
根据比较结果，触发预警信号和/或触发一个或多个保护动作。
[0084]
上述产品可执行本发明实施例所提供的方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。未在本实施例中详尽描述的技术细节，可参见本发明其他实施例所提供的方法。
[0085]
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。
[0086]
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对相关技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如rom/ram、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分的方法。
[0087]
前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。针对上述示例性实施方案所做的任何简单修改、等同变化与修饰，都应落入本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种储能装置监测保护方法，所述储能装置包括储能电池和变流器，其特征在于，包括如下步骤：采集绝缘冷却液的x点处的参数信息q
i
(x)，其中i＝1,2,3，所述参数信息q
i
(x)包括位置x处绝缘冷却液的温度q1(x)、温升速率q2(x)和金属钝化剂的质量分数q3(x)，所述绝缘冷却液浸没所述储能电池和变流器；将所采集的参数信息q
i
(x)进行正则化处理，得到正则化的参数信息v
i
(x)；根据绝缘冷却液中金属钝化剂的质量分数随温度变化的实验曲线及参数信息q
i
(x)的最小允许值q
i,min
和最大允许值q
i,max
，得到耦合约束s
i
(x)；将正则化的参数信息v
i
(x)与耦合约束s
i
(x)进行比较；以及根据比较结果，触发预警信号和/或触发一个或多个保护动作。2.根据权利要求1所述的储能装置监测保护方法，其特征在于，所述正则化的参数信息为：3.根据权利要求2所述的储能装置监测保护方法，其特征在于，所述耦合约束s
i
(x)中s1(x)和s3(x)通过实验拟合得到；s2(x)＝1。4.根据权利要求3所述的储能装置监测保护方法，其特征在于，根据比较结果，触发预警信号和/或触发一个或多个保护动作的步骤包括：当v
i
(x)≥s
i
(x)，i＝1或2时，触发预警信号并对绝缘冷却液进行换热；以及当v
i
(x)≤s
i
(x)，i＝3时，触发预警信号并向绝缘冷却液补充金属钝化剂。5.根据权利要求3所述的储能装置监测保护方法，其特征在于，当金属钝化剂为irgamet 39时，耦合约束s
i
(x)为：6.根据权利要求1所述的储能装置监测保护方法，其特征在于，所述储能电池为化学储能电池。7.根据权利要求1所述的储能装置监测保护方法，其特征在于，所述绝缘冷却液为矿物绝缘油。8.一种储能装置监测保护系统，所述储能装置包括储能电池和变流器，其特征在于，所述储能装置监测保护系统包括：密封箱，其内部充满绝缘冷却液并容纳所述储能电池和所述变流器；监测单元，其用于实时采集所述绝缘冷却液的参数信息，所述参数信息包括温度信息和金属钝化剂信息；分析单元，其用于对所采集的参数信息进行正则化处理，并根据绝缘冷却液中金属钝
化剂的质量分数随温度变化的实验曲线及参数信息的最小允许值和最大允许值得到耦合约束，再将正则化的参数信息与耦合约束进行比较；以及控制单元，其用于根据比较结果，触发预警信号和/或触发一个或多个保护动作。9.根据权利要求8所述的储能装置监测保护系统，其特征在于，所述温度信息包括温度和温升速率；所述金属钝化剂信息包括金属钝化剂的质量分数。10.根据权利要求9所述的储能装置监测保护系统，其特征在于，还包括：金属钝化剂添加器，其与所述控制单元通信连接；以及散热单元，其设置在所述密封箱外部并与所述控制单元通信连接，所述散热单元与所述密封箱相连通以调节绝缘冷却液的温度。11.根据权利要求10所述的储能装置监测保护系统，其特征在于，所述保护动作包括启动散热单元对绝缘冷却液进行换热和启动金属钝化剂添加器向绝缘冷却液中补充金属钝化剂。12.根据权利要求8所述的储能装置监测保护系统，其特征在于，所述监测单元包括一个或多个温度监测仪和一个或多个金属钝化剂监测仪，所述温度监测仪和所述金属钝化剂监测仪的位置一一对应。13.根据权利要求12所述的储能装置监测保护系统，其特征在于，所述温度监测仪和所述金属钝化剂监测仪的监测点与所述储能电池的距离小于或等于1cm，且监测点与储能电池的电极片和/或隔膜相对应。14.一种电子设备，其特征在于，包括：至少一个处理器；以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器执行如权利要求1～7中任意一项所述的储能装置监测保护方法。15.一种非暂态计算机可读存储介质，其特征在于，所述非暂态计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于使所述计算机执行如权利要求1～7中任意一项所述的储能装置监测保护方法。

技术总结
本发明公开了一种储能装置监测保护方法，储能装置包括储能电池和变流器，包括如下步骤：采集绝缘冷却液的x点处的参数信息Q


技术研发人员：王鹏凯 时振堂 刘维功 吴冠霖 李红叶
受保护的技术使用者：中国石油化工股份有限公司大连石油化工研究院
技术研发日：2021.12.31
技术公布日：2023/7/13