CN119199621A - 一种用于储能电池预制舱对拖试验的测试方法及测试平台 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于储能电池预制舱对拖试验的测试方法及测试平台，用于储能电池预制舱充放电性能评价领域，该测试方法包括以下步骤：对测试平台的测试设备进行上电；储能电池预制舱中的电池组开始发送实时状态信息，并将实时状态信息反馈给能量管理系统和变流器控制系统；根据测试需求选择测试模式，并根据设定的测试流程向变流器控制系统下达功率控制指令；根据功率曲线信息控制储能电池预制舱进行充放电测试；当电池组达到设定的截止状态时，向变流器控制系统下达零功率指令，终止测试，导出测试结果并生成测试报告。本发明根据测试方案按设置程序自动发送指令充放电测试和模式转换，自动测试程度高。
Description
技术领域
本发明涉及储能电池预制舱充放电性能评价领域，具体来说，尤其涉及一种用于储能电池预制舱对拖试验的测试方法及测试平台。
背景技术
随着电化学储能技术的不断进步，储能技术在能源互联网中具有举足轻重的地位，储能电站主要应用于电网侧调峰调频、发电侧平抑新能源功率波动等。电池储能电站凭借建设周期短、占地面积小、布点灵活等优点发展迅速，目前已广泛应用于可再生能源、智能电网、分布式能源、离网微电网、工业节能、应急电源、轨道交通等领域。
近年来，以锂离子电池作为代表的电化学储能因其储能密度和功率密度高、效率高、技术进步快、发展潜力大等优势发展十分迅速。随着储能行业的发展，如何检测储能电站的电池性能和是否能够达到设计要求，提前对电池组性能进行评估，缩短储能电站现场调试周期，保障设备投运质量成为一项亟待解决的重要问题。
电池储能电站与常规变电站相比，在结构和功能上均存在较大区别。由于电池及电池管理系统（battery management system，BMS）、变流器控制系统（power conversionsystem，PCS）的高度集成性和特殊性，导致目前基于模拟信号、物理开入开出的微机型继电保护测试方法，不能较好地满足电池储能电站的测试要求，而且试验所需要的高电压大电流和实际电力负载难以获得。
针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
为了克服以上问题，本发明旨在提出一种用于储能电池预制舱对拖试验的测试方法及测试平台，目的在于解决目前基于模拟信号、物理开入开出的微机型继电保护测试方法，不能较好地满足电池储能电站的测试要求，而且试验所需要的高电压大电流和实际电力负载难以获得的问题。
为此，本发明采用的具体技术方案如下：
根据本发明的一个方面，提供了一种用于储能电池预制舱对拖试验的测试方法，该用于储能电池预制舱对拖试验的测试方法包括以下步骤：
S1、对测试平台的设备进行上电，确保各设备状态正常并完成自检；
S2、在完成设备自检后，储能电池预制舱中的电池组开始发送实时状态信息，并通过电池管理系统将实时状态信息反馈给能量管理系统和变流器控制系统；
S3、在能量管理系统中根据测试需求选择测试模式，并根据设定的测试流程向变流器控制系统下达功率控制指令；
S4、变流器控制系统接收到能量管理系统的功率控制指令后，并根据功率曲线信息控制储能电池预制舱进行充放电测试，同时能量管理系统实时监控测试过程；
S5、当电池组达到设定的截止状态时，能量管理系统立即向变流器控制系统下达零功率指令，终止测试，导出测试结果并生成测试报告。
可选地，对测试设备进行上电，确保各设备状态正常并完成自检包括以下步骤：
S11、对测试设备进行上电，确保各设备状态正常，并将进线柜和汇流柜内的框架断路器通过RS485通讯接口连接至测试柜的能量管理系统；
S12、通讯信号经过规约转换设备后，通过交换机接入能量管理系统；
S13、变流器控制系统和储能电池预制舱的电池管理系统通过IEC61850规约接入能量管理系统。
可选地，在完成设备自检后，储能电池预制舱中的电池组开始发送实时状态信息，并通过电池管理系统将实时状态信息反馈给能量管理系统和变流器控制系统包括以下步骤：
S21、启动储能电池预制舱中的电池管理系统，并建立与能量管理系统和变流器控制系统的RS485通讯和CAN通讯网络；
S22、利用电池管理系统采集电池组的实时状态信息，并通过RS485通讯和CAN通讯网络发送给能量管理系统和变流器控制系统；
S23、能量管理系统和变流器控制系统接收来自电池管理系统的实时状态信息，并对实时状态信息进行处理；
S24、基于处理结果，能量管理系统利用收到的状态信息进行实时监控，并根据需要调整变流器控制系统的功率输出或测试流程；
S25、电池管理系统确保测试系统的逻辑闭锁和运行管理，触发安全保护措施或停止测试。
可选地，能量管理系统和变流器控制系统接收来自电池管理系统的实时状态信息，并对实时状态信息进行处理包括以下步骤：
S231、能量管理系统和变流器控制系统通过预定的通讯接口接收电池管理系统发送的实时状态信息数据；
S232、接收到的实时状态信息数据由能量管理系统和变流器控制系统内部的协议解析模块进行解析，并提取电池组的关键状态数据；
S233、能量管理系统对解析后的关键状态数据进行分析，识别当前电池组的运行状态和趋势；
S234、根据分析结果和预设的控制逻辑，能量管理系统生成并下达控制指令，调整变流器控制系统的功率输出或其他相关参数。
可选地，能量管理系统对解析后的关键状态数据进行分析，识别当前电池组的运行状态和趋势包括以下步骤：
S2331、解析并清洗电池组的关键状态数据；
S2332、将清洗后的电池组状态数据按照多个目标维度划分为网格，创建对应的超立方体结构；
S2333、通过高斯影响函数计算超立方体结构中每个解点的密度值，并基于所有解点的密度值计算整个解集的信息熵；
S2334、持续监测整个解集中信息熵的变化；
S2335、当信息熵数值在预设的范围内保持稳定不变时，则认为电池组状态分析已完成，提前终止计算，并得出当前电池组的运行状态和趋势。
可选地，通过高斯影响函数计算超立方体结构中每个解点的密度值，并基于所有解点的密度值计算整个解集的信息熵包括以下步骤：
S23331、根据电池组状态数据的目标维度，将每个数据点划分至对应的超立方体结构中；
S23332、对于每个解点，计算当前解点与其他解点之间的欧几里得距离；
S23333、选择高斯影响函数作为度量解点间影响的函数；
S23334、对于每个解点，基于当前解点与其他解点的距离，通过高斯影响函数计算密度值；
S23335、将所有解点的密度值标准化，并根据香农熵公式计算整个解集的信息熵。
可选地，通过高斯影响函数计算密度值的表达式为：
；
式中，Ω（li→y）表示电池状态数据点中解点li对解点y的影响；
li表示电池组状态的第i个解点；
y表示电池组状态的第y个解点；
σ表示在电池组状态数据中，解点之间允许的正常波动范围；
e表示自然对数的底数；
（li-y）2表示电池状态数据点中解点li与解点y之间的欧几里得距离的平方。
可选地，电池管理系统确保测试系统的逻辑闭锁和运行管理，触发安全保护措施或停止测试包括以下步骤：
S251、电池管理系统实时监测电池组的关键状态参数；
S252、对各项操作执行逻辑判断，确保测试过程中所有步骤均符合预设的安全规则；
S253、当监测到异常状态时，电池管理系统立即触发预设的安全保护机制；
S254、若电池管理系统检测到关键状态达到紧急停机条件，并发送指令立即停止测试；
S255、在停止测试后，记录所有相关的状态数据和触发的保护措施。
可选地，测试模式包括并网充电、并网对拖、离网对拖。
根据本发明的另一个方面，还提供了一种用于储能电池预制舱对拖试验的测试平台，该用于储能电池预制舱对拖试验的测试平台包括测试设备，且测试设备包括框架底座，框架底座的表面依次设置有测试柜、进线柜、汇流柜、隔离变压器柜、第一变流器控制系统模块及第二变流器控制系统模块。
相较于现有技术，本申请具有以下有益效果：
1、本发明中整个测试平台全工厂预制，体积紧凑，占地面积小，模块化组装，运输灵活快捷，即拖即走，有效解决电池组性能评价时装置复杂繁琐，实验环境搭建困难问题；测试平台可以满足并网充电，并网对拖，离网对拖多种充放电方式，功能集成，节省材料，提升电池性能评价效率；测试柜上位机可采集进线柜双向计量多功能表功率信息，控制进线柜断路器检测到逆功率时按照设置逆功率阈值和延迟时间跳开进线断路器防止反送电；测试柜能量管理系统EMS可以与变流器PCS和电池预制舱的电池管理系统BMS通讯，根据测试方案按设置程序自动发送指令充放电测试（倍率可设，截止条件可设）和模式转换，自动测试程度高，避免人工重复设置。
2、本发明通过将数据划分为多维网格，并利用高斯影响函数计算解点密度，能够精确描述电池组状态在多维空间中的分布情况，通过信息熵的计算，有效跟踪电池组状态分布的变化，并识别电池组的运行趋势，基于电池组状态数据的实时分析结果，能量管理系统能够动态调整变流器控制系统的功率输出等参数，使用高斯影响函数和信息熵来衡量电池组状态分布的集中程度，在多维数据的处理和趋势分析中，可以更早识别到电池的异常情况，如过热、过充等风险因素。
附图说明
结合实施例的以下描述，本发明的上述特性、特征和优点及其实现方式和方法变得更明白易懂，实施例结合附图详细阐述。在此以示意图示出：
图1是根据本发明实施例的一种用于储能电池预制舱对拖试验的测试方法的流程图；
图2是根据本发明实施例的一种用于储能电池预制舱对拖试验的测试平台的结构示意图；
图3是根据本发明实施例的一种用于储能电池预制舱对拖试验的测试方法中变流器PCS的功率控制模型图；
图4是根据本发明实施例的一种用于储能电池预制舱对拖试验的测试方法中储能电池预制舱对拖测试平台一次系统图；
图5是根据本发明实施例的一种用于储能电池预制舱对拖试验的测试方法中储能电池预制舱对拖测试平台通讯拓扑图。
图中：
1、框架底座；2、测试柜；3、进线柜；4、汇流柜；5、隔离变压器柜；6、第一变流器控制系统模块；7、第二变流器控制系统模块。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
根据本发明的实施例，提供了一种用于储能电池预制舱对拖试验的测试方法及测试平台。
现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明，如图1与图5所示，根据本发明的一个实施例，提供了一种用于储能电池预制舱对拖试验的测试方法，该用于储能电池预制舱对拖试验的测试方法包括以下步骤：
S1、对测试平台的设备进行上电，确保各设备状态正常并完成自检。
优选地，对测试设备进行上电，确保各设备状态正常并完成自检包括以下步骤：
S11、对测试设备进行上电，确保各设备状态正常，并将进线柜和汇流柜内的框架断路器通过RS485通讯接口连接至测试柜的能量管理系统；
S12、通讯信号经过规约转换设备后，通过交换机接入能量管理系统；
S13、变流器控制系统和储能电池预制舱的电池管理系统通过IEC61850规约接入能量管理系统。
需要解释说明的是，能量管理系统（energy management system，EMS）可以根据变流器控制系统（power conversion system，PCS）的可充/可放电量实现功率分配和指令下发。在两组储能电池预制舱的充、放电对拖测试过程中，能量管理系统的前置采集模块可以采集获取电芯、电池模组和电池簇状态参数，包括电池单体单压、总电压、电池模块电压极差、电池单体最大温升、电池单体温度极差、荷电状态（SOC）、充放电能量等。
对测试设备进行上电，并确保所有设备状态正常，包括进线柜和汇流柜内的框架断路器；设备通过RS485通讯接口与测试柜的能量管理系统连接；通讯信号经过规约转换设备后，通过交换机接入能量管理系统，以便进行数据交换和控制指令的传递；同时，变流器控制系统和储能电池预制舱的电池管理系统通过IEC61850规约接入能量管理系统，以便实现高效的数据通信和协调控制。
S2、在完成设备自检后，储能电池预制舱中的电池组开始发送实时状态信息，并通过电池管理系统将实时状态信息反馈给能量管理系统和变流器控制系统。
优选地，在完成设备自检后，储能电池预制舱中的电池组开始发送实时状态信息，并通过电池管理系统将实时状态信息反馈给能量管理系统和变流器控制系统包括以下步骤：
S21、启动储能电池预制舱中的电池管理系统，并建立与能量管理系统和变流器控制系统的RS485通讯和CAN通讯网络。
S22、利用电池管理系统采集电池组的实时状态信息，并通过RS485通讯和CAN通讯网络发送给能量管理系统和变流器控制系统。
S23、能量管理系统和变流器控制系统接收来自电池管理系统的实时状态信息，并对实时状态信息进行处理。
优选地，能量管理系统和变流器控制系统接收来自电池管理系统的实时状态信息，并对实时状态信息进行处理包括以下步骤：
S231、能量管理系统和变流器控制系统通过预定的通讯接口接收电池管理系统发送的实时状态信息数据；
S232、接收到的实时状态信息数据由能量管理系统和变流器控制系统内部的协议解析模块进行解析，并提取电池组的关键状态数据；
S233、能量管理系统对解析后的关键状态数据进行分析，识别当前电池组的运行状态和趋势；
S234、根据分析结果和预设的控制逻辑，能量管理系统生成并下达控制指令，调整变流器控制系统的功率输出或其他相关参数。
需要解释说明的是，能量管理系统和变流器控制系统通过预定的通讯接口接收来自电池管理系统的实时状态信息数据；实时状态信息数据包括电池组的关键状态参数，如电压、温度、SOC等。接收到的数据经过能量管理系统和变流器控制系统内部的协议解析模块进行解析，并提取关键状态数据。然后，能量管理系统对解析后的关键状态数据进行分析，以识别当前电池组的运行状态和趋势；基于分析结果和预设的控制逻辑，能量管理系统生成并下达控制指令，调整变流器控制系统的功率输出或其他相关参数，以实现对电池组的优化管理和控制；这一过程确保了能量管理系统和变流器控制系统对电池组状态的实时监控和管理，从而提高了系统的效率和可靠性。
优选地，能量管理系统对解析后的关键状态数据进行分析，识别当前电池组的运行状态和趋势包括以下步骤：
S2331、解析并清洗电池组的关键状态数据；
S2332、将清洗后的电池组状态数据按照多个目标维度划分为网格，创建对应的超立方体结构；
S2333、通过高斯影响函数计算超立方体结构中每个解点的密度值，并基于所有解点的密度值计算整个解集的信息熵；
S2334、持续监测整个解集中信息熵的变化；
S2335、当信息熵数值在预设的范围内保持稳定不变时，则认为电池组状态分析已完成，提前终止计算，并得出当前电池组的运行状态和趋势。
需要解释说明的是，系统接收到电池组的状态数据，包括电压、电流、温度等，然后对这些数据进行校验和清洗，去除异常值或噪声，确保数据质量；
假设电池组的状态数据包含电压、温度和SOC三个维度，则会将这些数据映射到一个三维空间中的网格，每个网格点代表一个特定的状态组合。
使用高斯函数计算每个网格点的密度值，这反映了该状态组合在电池组中的分布情况。然后，通过这些密度值计算整个解集的信息熵，熵值越低，表示状态分布越集中。
在每次数据更新后都会计算信息熵，并观察其变化。如果信息熵逐渐减小，表明电池组的状态分布正在变得更加集中和成熟。
如果信息熵值连续几次迭代都在一个较小的范围内波动，表明电池组的状态已经稳定，则提前终止计算，并报告当前电池组的运行状态和趋势，如电池组是否处于均衡状态，或是否存在过热、过充等问题。
优选地，通过高斯影响函数计算超立方体结构中每个解点的密度值，并基于所有解点的密度值计算整个解集的信息熵包括以下步骤：
S23331、根据电池组状态数据的目标维度，将每个数据点划分至对应的超立方体结构中；
S23332、对于每个解点，计算当前解点与其他解点之间的欧几里得距离；
S23333、选择高斯影响函数作为度量解点间影响的函数；
S23334、对于每个解点，基于当前解点与其他解点的距离，通过高斯影响函数计算密度值；
S23335、将所有解点的密度值标准化，并根据香农熵公式计算整个解集的信息熵。
优选地，通过高斯影响函数计算密度值的表达式为：
；
式中，Ω（li→y）表示电池状态数据点中解点li对解点y的影响；
li表示电池组状态的第i个解点；
y表示电池组状态的第y个解点；
σ表示在电池组状态数据中，解点之间允许的正常波动范围；
e表示自然对数的底数；
（li-y）2表示电池状态数据点中解点li与解点y之间的欧几里得距离的平方。
需要解释说明的是，假设电池组的状态数据包括电压、温度和SOC三个维度，每个数据点根据其在这三个维度上的值被分配到一个三维超立方体中的特定位置。
对于超立方体中的每个点，计算它到其他所有点的距离，这些距离反映了各数据点在状态空间中的相对位置。
使用高斯函数来衡量一个解点对另一个解点的影响程度。高斯函数的形状类似于钟形曲线，中心点的影响最大，随着距离的增加影响逐渐减小。
对于每个解点，使用高斯函数计算它对其他解点的影响，影响值越高，表示该解点对其周围解点的影响越大。
将所有解点的密度值归一化，使得它们的总和为一，然后使用香农熵公式来计算整个解集的信息熵，熵值越低，表示解集的分布越集中。
其中，香农熵公式的表达式为：
；
式中，表示随机变量X的信息熵，即X的所有可能状态的不确定性程度；熵值越大，系统越不确定，信息越分散；
p（xi）表示随机变量X取第i个可能状态xi的概率；
log2p（xi）表示电池组状态xi的概率p（xi）取二进制对数，即以2为底的对数；
n表示随机变量X可能的不同状态总数。
S24、基于处理结果，能量管理系统利用收到的状态信息进行实时监控，并根据需要调整变流器控制系统的功率输出或测试流程。
需要解释说明的是，能量管理系统通过持续接收并处理电池管理系统反馈的实时状态信息（如电压、温度、SOC等），对电池组的当前运行状态进行监控，状态信息反映了电池组的健康和性能指标；根据电池组的状态，能量管理系统可以动态调整变流器控制系统的功率输出。例如，如果电池组过热或电压过高，则会降低充电或放电的功率，防止进一步损伤电池；反之，若电池状态良好，能量管理系统可以增加功率以加快测试进程；如果监控到的状态信息显示电池组存在异常或达到了测试的预设条件，能量管理系统可以及时调整测试流程。例如，在充电或放电过程中，如果某个电芯达到截止电压，则自动结束该轮测试并保存数据，或调整后续的测试步骤以确保测试过程安全有效。
S25、电池管理系统确保测试系统的逻辑闭锁和运行管理，触发安全保护措施或停止测试。
优选地，电池管理系统确保测试系统的逻辑闭锁和运行管理，触发安全保护措施或停止测试包括以下步骤：
S251、电池管理系统实时监测电池组的关键状态参数；
S252、对各项操作执行逻辑判断，确保测试过程中所有步骤均符合预设的安全规则；
S253、当监测到异常状态时，电池管理系统立即触发预设的安全保护机制；
S254、若电池管理系统检测到关键状态达到紧急停机条件，并发送指令立即停止测试；
S255、在停止测试后，记录所有相关的状态数据和触发的保护措施。
需要解释说明的是，电池管理系统持续监测电池组的关键参数，例如电压、温度、SOC（充电状态）、电流等，关键参数是测试过程中确保电池安全和高效运行的基础；电池管理系统通过逻辑判断，确保测试的各个步骤符合预设的操作规程，避免任何不安全的操作；例如，系统会自动检查是否满足所有启动条件后再开始测试；当监测到电池的状态异常时（如过温、过压或短路），电池管理系统会自动触发预设的保护机制，例如断电或启动冷却系统，防止进一步的损害；当电池组达到设定的关键状态（如温度超出安全范围或电压超出极限），电池管理系统会发出指令，立即停止测试以确保安全，在测试停止后，电池管理系统会记录电池组的所有状态数据，以及触发的保护机制。
S3、在能量管理系统中根据测试需求选择测试模式，并根据设定的测试流程向变流器控制系统下达功率控制指令。
优选地，测试模式包括并网充电、并网对拖、离网对拖。
需要解释说明的是，储能电池预制舱对拖测试平台工作方式可以分为三种，并网充电、并网对拖和离网对拖。
并网充电：在并网模式下可以分别对单台储能电池预制舱进行充电，以对被测品BAT1电池舱充电为例，断开框架断路器QF2，合上隔离开关QS，通过测试柜上位机控制进线柜总开的框架断路器QF合闸，通过上位机控制汇流柜内框架断路器QF1合闸，上位机软件给PCS1发送运行模式控制指令（并网待机），合上被测品BAT1电池舱内汇流柜开关，再调整设置PCS1以小功率（比如10%额定功率）恒功率充电模式，对被测品BAT1电池舱进行充电，被测品BAT1电池舱通过电网充电使其SOC提高，如厂区用电负荷大，则需要错峰在用电低谷期对储能电池预制舱进行充电，充电至上位机检测到被测品BAT1电池舱的任一电芯、电池模块达到截止电压，上位机控制PCS1恢复到待机模式，测试柜前置采集模块采集充放电测试结果数据应包括初始充电能量、充电时间、初始充电能量/额定充电能量、充电结束时电池单体电压极差、充电结束时电池单体温度极差、充电结束时电池模块电压极差、电池单体最大温升、初始充电容量等数据信息。然后控制PCS1关机，对被测品BAT2电池舱的充电方法雷同。
并网对拖：PQ控制应用于并网的分布式发电或微网系统，在这种系统中，有公网系统提供电压支撑，在并网模式下，被测品BAT1电池舱和被测品BAT2电池舱完成对拖。首先手动合上隔离开关QS，通过测试柜上位机合上进线柜的框架断路器QF，合上被测品BAT2电池舱内汇流柜开关，合上汇流柜的框架断路器QF2，通过上位机设置PCS2为待机模式，发送指令使设置PCS2处于恒功率充电模式，合上被测品BAT1电池舱内汇流柜开关，合上汇流柜的框架断路器QF1，通过上位机设置PCS1为待机模式，发送指令设置PCS1处于恒功率放电模式，充放电功率设置为0.1P，直至上位机检测到被测品BAT1电池舱的任一电芯、电池模块达到截止电压，上位机控制PCS2恢复到待机模式，上位机导出充放电测试数据，上位机发送指令使PCS1和PCS2处于待机模式。测试过程中通过双向表PM监测防止逆功率上送电网，如上位机检测到逆功率通过RS485通讯使进线柜的框架断路器QF按照设定功率限值和时间分闸。静置半小时，设置PCS1处于恒功率充电模式，设置PCS2处于恒功率放电模式，当被测品BAT1电池舱充电到30%SOC时达到出厂要求，上位机发送指令使PCS2处于停机模式，PCS1处于停机模式。
离网模式下对拖充放电：第一阶段：测试前保证被测品BAT1电池舱和被测品BAT2电池舱的SOC在30%。通过测试柜上位机控制断开进线柜总开的框架断路器QF，手动断开汇流柜内隔离开关QS，合上被测品BAT1电池舱内汇流柜总开关，建立PCS1直流侧电压，查看电池舱数据无异常，首先通过上位机发送控制指令设置PCS1处于恒压V/F工作模式，交流侧空载建立起电压和频率后，通过上位机控制框架断路器QF1合闸，然后通过上位机控制框架断路器QF2合闸，通过上位机发送控制指令设置PCS2处于待机模式，合上被测品BAT2电池舱内汇流柜总开关，再通过上位机发送控制指令设置PCS2合闸工作在充电模式，直至上位机检测到被测品BAT1电池舱的任一电芯、电池模块达到截止电压，上位机控制PCS1和PCS2恢复到待机模式，充放电测试结果数据应包括被测品BAT1电池舱的初始放电能量、放电时间、初始放电能量/额定放电能量、放电结束时电池单体电压极差、放电结束时电池单体温度极差、放电结束时电池模块电压极差、电池单体最大温升、初始放电容量等数据信息。然后控制PCS1和PCS2关机，上位机控制依次断开框架断路器QF1和框架断路器QF2，静置0.5小时。
第二阶段：确认进线柜的框架断路器QF和汇流柜的隔离开关QS在分闸状态，合上被测品BAT2电池舱内汇流柜开关，建立PCS2直流侧电压，查看电池舱数据无异常，通过测试柜上位机控制框架断路器QF2合闸，首先通过上位机发送控制指令设置PCS2处于恒压V/F工作模式，建立起电压和频率，然后通过上位机控制框架断路器QF1合闸，通过上位机发送控制指令设置PCS1处于待机模式，合上被测品BAT1电池舱内汇流柜总开关，再通过上位机发送控制指令设置PCS1合闸工作在充电模式，直至上位机检测到被测品BAT2电池舱的任一电芯、电池模块达到截止电压，上位机控制PCS1和PCS2恢复到待机模式，上位机记录测试结果，然后依次断开汇流柜的框架断路器QF1和框架断路器QF2。
第三阶段：静置0.5小时，按照第一阶段方式，使被测品BAT1电池舱和被测品BAT2电池舱均衡至出厂前30%SOC要求，测试过程中的电池容量损耗，按照并网充电模式充电补能到满足出厂要求。
测试柜能量管理系统EMS，设计有一次模拟UI界面和操作日志可显示参数修改记录，设备故障记录，设备当前状态，包括进线柜，汇流柜开关分合闸状态信息，电参量信息，实现试验流程数字化管控，测试结束后，测试结果可自动导出，避免手动记录费时易错，效率更高。
S4、变流器控制系统接收到能量管理系统的功率控制指令后，并根据功率曲线信息控制储能电池预制舱进行充放电测试，同时能量管理系统实时监控测试过程。
需要解释说明的是，变流器控制系统会从能量管理系统接收到具体的功率控制指令。功率控制指令包括设置充电或放电的功率大小、持续时间，以及其他参数；变流器控制系统依据功率曲线信息执行操作。功率曲线通常预先设定好，指定了储能电池在整个测试过程中的充放电功率。系统根据不同的测试需求，调整充电或放电功率。例如，可能需要恒定功率充电，也可能需要动态变化的功率输出来模拟真实使用场景；储能电池预制舱根据变流器控制系统的指令，开始充电或放电。此过程中，电池管理系统负责监测电池的关键状态（如电压、温度、SOC等），以确保测试在安全范围内进行；在充放电测试过程中，能量管理系统会持续监控电池组的状态信息，并将这些信息与预设的测试条件进行对比。如果监测到异常或状态达到测试截止条件（如电芯达到最大电压或温度），能量管理系统可以及时调整测试流程或终止测试，以确保安全。
S5、当电池组达到设定的截止状态时，能量管理系统立即向变流器控制系统下达零功率指令，终止测试，导出测试结果并生成测试报告。
具体实例如下：储能电池预制舱的充放电测试。
在某电池储能系统项目中，工程团队需要对两个储能电池预制舱（每个预制舱包含多个电池组）的充放电性能进行全面测试，以确保其能够稳定工作，并满足项目的技术要求。
1）测试目标：
测试两个储能电池预制舱在不同功率输出情况下的充放电能力。
验证预制舱的电池组在正常工作和紧急情况下的响应性能。
采集电池状态数据，评估电池的整体健康状况（包括电压、温度、SOC等）。
2）测试准备：
测试设备上电与自检：测试开始前，系统工程师首先对测试平台中的所有设备进行上电，并确保设备状态正常。进线柜、汇流柜、储能电池预制舱与能量管理系统（EMS）建立了通信连接，完成自检后，测试正式开始。
实时状态监控建立：在完成自检后，两个储能电池预制舱的电池管理系统（BMS）开始发送实时状态信息（包括每个电池模组的电压、温度和SOC等）给能量管理系统EMS和变流器控制系统（PCS），以便在测试过程中进行监控和调整。
3）选择并网充电测试模式：
EMS根据当前测试需求，选择了“并网充电”模式，计划对储能电池预制舱一进行充电操作。系统工程师设定小功率充电，目标是将电池组的SOC从当前的30%提升到80%。
充电操作：变流器控制系统（PCS1）接收到EMS下达的功率控制指令后，开始按照设定的10kW功率为储能电池预制舱一充电。在充电过程中，EMS通过BMS不断采集电池组的实时状态数据（如电压、温度、SOC等），并对这些数据进行分析和处理。
例如，当电池组温度升高至安全阈值的临界点时，EMS会立即发出警报并通知PCS减小充电功率，避免过热损伤。
并网对拖测试：在储能电池预制舱一充电的同时，储能电池预制舱二进入“并网对拖”测试模式。此时，储能电池预制舱二开始以0.1P功率对储能电池预制舱一充电。整个过程中，EMS持续监控两个预制舱的电压、SOC、温度等状态参数。
在放电过程中，当EMS监测到储能电池预制舱二的某些电芯电压接近安全下限时，EMS会及时通知PCS2降低放电功率或暂停放电操作。
离网模式测试：测试还包括了离网对拖模式，模拟两个电池预制舱在没有外部电网的情况下的充放电协同工作。EMS下达指令，将变流器控制系统（PCS1）置于电压频率模式（V/F），再发送控制指令设置变流器控制系统（PCS2）工作在充电模式，而储能电池预制舱二按照设定功率进行充电。整个过程通过EMS和PCS的协同控制，确保电池状态稳定，未出现异常情况。
4）测试终止与数据处理：
终止测试：当储能电池预制舱一的任一电芯、电池模块达到截止电压，符合测试终止条件，EMS发出停止充电的指令，控制PCS1和PCS2恢复到待机模式。
数据采集与报告生成：测试完成后，EMS自动收集了测试过程中所有的关键数据，包括：储能电池预制舱一的初始放电能量、放电时间、初始放电能量/额定放电能量、放电结束时电池单体电压极差、放电结束时电池单体温度极差、放电结束时电池模块电压极差、电池单体最大温升、初始放电容量以及充放电过程中的电池电压变化；电池组温度趋势；各电芯的SOC变化；功率输出的波动情况等；
数据被处理并生成了一份详细的测试报告，报告中包括了充放电性能评估、温度控制效果、功率控制精度等关键信息，为电池系统的性能评估和故障排查提供了重要依据。
5）测试结果与分析：
测试过程中，EMS和PCS系统能够稳定地协调电池预制舱的充放电过程，在各个模式下均未出现异常。
电池组在充电和放电时的温度上升保持在合理范围内，没有超过规定的安全阈值，表明散热系统有效。
测试报告显示，两个预制舱的SOC在不同模式下的变化与预期一致，验证了储能系统的整体稳定性和安全性。
根据本发明的另一个实施例，如图2所示，还提供了一种用于储能电池预制舱对拖试验的测试平台，该用于储能电池预制舱对拖试验的测试平台中的测试设备包括测试设备，且测试设备包括框架底座1，框架底座1的表面依次设置有测试柜2、进线柜3、汇流柜4、隔离变压器柜5、第一变流器控制系统模块6及第二变流器控制系统模块7。
此外，需要补充说明的是，如图3所示（图中S表示复变函数的积分控制器），微网系统是由各种微源、储能装置、负荷、保护和监控装置等组成的小型电网，能够实现自我控制、保护和管理；具有灵活的运行模式和调度管理性能，既能并入大电网运行，又能独立孤岛运行；联网模式下与大电网一起分担用户的供电需求，孤岛模式下保证用户尤其是重要用户的正常用电。微网系统中的储能变流器PCS一般根据不同运行模式采用不同控制策略。在并网运行模式下，为方便统一调度，储能变流器一般采用有功到无功（即PQ）控制；在离网模式下，为支撑微网孤岛模式下的电压和频率，一般采用恒定电压/频率（即V/F）控制，在电压/频率控制模式下，PCS模块根据交流电压和频率的闭环控制自动调节功率输出。
参考频率fref经过比例和积分放大器计算并实时获取参考电压的相位，并将分别传送给参考电压变换器和参考电流变换器；网侧电压变换器和网侧电流变换器均为abc/dq变换器，用于将三个交流分量a、b和c转化为两个直流分量d和q；网侧电压变换器根据所采集的采样电压和传送的参考电压的相位，计算获得采样电压的d轴分量uod和q轴分量uoq；采样电压的d轴分量uod和q轴分量uoq以及参考电压udref和uqref经过电压外环计算转换为参考电流idref和iqref；网侧电流变换器根据所采集的采样电流和传送的参考电压的相位，计算获得采样电流的d轴分量iLd和q轴分量iLq；采样电流的d轴分量iLd和q轴分量iLq以及参考电流idref和iqref经过电流内环转换为参考电压；参考电压及其相位经过反向坐标变换器为dq/abc变换器，用于把两个直流分量d、q转变成交流电压传送给SVPWM发生器，最终控制电网的功率开关管控制回路实现对PWM控制开断，从而达到PCS的恒功率控制目的。
实施方式如下：
本发明所述的储能电池预制舱对拖试验的测试平台，结构上主要由框架底座1，进线柜3、汇流柜4、隔离变压器柜5、变流器PCS、测试柜2、电缆辅材等组成，各个设备模块化组装在框架底座上，体积紧凑，底座带抽芯吊柱，运输灵活，周转方便。电气上，厂区0.4kV配电网经过进线柜框架断路器QF接入隔离变压器TR的0.4kV侧，隔离变压器TR将0.4kV电压升压到0.69kV，输入到汇流柜，汇流柜进线为隔离开关QS，隔离开关QS下桩头至汇流排后分出为两路馈线框架断路器QF1和框架断路器QF2，每路框架断路器接入对应变流器PCS1和PCS2交流侧，每个PCS直流侧可以接待测的储能电池预制舱的被测品BAT1电池舱和被测品BAT2电池舱，测试平台一次系统图如图4所示（图中TA表示电流互感器），电池舱的电池管理系统BMS担任感知角色，主要负责电池的监测、评估、保护以及均衡等；测试系统EMS担任决策角色，主要负责数据采集与转发、网络监控和能量调度等；储能变流器PCS担任执行角色，主要功能为控制储能电池组的充电和放电过程，进行交直流的变换。
综上所述，借助于本发明的上述技术方案，本发明中整个测试平台全工厂预制，体积紧凑，占地面积小，模块化组装，运输灵活快捷，即拖即走，有效解决电池组性能评价时装置复杂繁琐，实验环境搭建困难问题；测试平台可以满足并网充电，并网对拖，离网对拖多种充放电方式，功能集成，节省材料，提升电池性能评价效率；测试柜上位机可采集进线柜双向计量多功能表功率信息，控制进线柜断路器检测到逆功率时按照设置逆功率阈值和延迟时间跳开进线断路器防止反送电；测试柜能量管理系统EMS可以与变流器PCS和电池预制舱BMS通讯，根据测试方案按设置程序自动发送指令充放电测试（倍率可设，截止条件可设）和模式转换，自动测试程度高，避免人工重复设置；本发明通过将数据划分为多维网格，并利用高斯影响函数计算解点密度，能够精确描述电池组状态在多维空间中的分布情况，通过信息熵的计算，有效跟踪电池组状态分布的变化，并识别电池组的运行趋势，基于电池组状态数据的实时分析结果，能量管理系统能够动态调整变流器控制系统的功率输出等参数，使用高斯影响函数和信息熵来衡量电池组状态分布的集中程度，在多维数据的处理和趋势分析中，可以更早识别到电池的异常情况，如过热、过充等风险因素。
虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然所述实施例仅为了便于说明而举例而已，并非用以限定本发明，本领域的技术人员在不脱离本发明精神和范围的前提下可作若干的更动与润饰，本发明所主张的保护范围应以权利要求书所述为准。
Claims (10)
1.一种用于储能电池预制舱对拖试验的测试方法，其特征在于，该用于储能电池预制舱对拖试验的测试方法包括以下步骤：
S1、对测试平台的测试设备进行上电，确保各设备状态正常并完成自检；
S2、在完成设备自检后，储能电池预制舱中的电池组开始发送实时状态信息，并通过电池管理系统将实时状态信息反馈给能量管理系统和变流器控制系统；
S3、在能量管理系统中根据测试需求选择测试模式，并根据设定的测试流程向变流器控制系统下达功率控制指令；
S4、变流器控制系统接收到能量管理系统的功率控制指令后，并根据功率曲线信息控制储能电池预制舱进行充放电测试，同时能量管理系统实时监控测试过程；
S5、当电池组达到设定的截止状态时，能量管理系统立即向变流器控制系统下达零功率指令，终止测试，导出测试结果并生成测试报告。
2.根据权利要求1所述的一种用于储能电池预制舱对拖试验的测试方法，其特征在于，所述对测试设备进行上电，确保各设备状态正常并完成自检包括以下步骤：
S11、对测试设备进行上电，确保各设备状态正常，并将进线柜和汇流柜内的框架断路器通过通讯接口连接至测试柜的能量管理系统；
S12、通讯信号经过规约转换设备后，通过交换机接入能量管理系统；
S13、变流器控制系统和储能电池预制舱的电池管理系统接入能量管理系统。
3.根据权利要求2所述的一种用于储能电池预制舱对拖试验的测试方法，其特征在于，所述在完成设备自检后，储能电池预制舱中的电池组开始发送实时状态信息，并通过电池管理系统将实时状态信息反馈给能量管理系统和变流器控制系统包括以下步骤：
S21、启动储能电池预制舱中的电池管理系统，并建立与能量管理系统和变流器控制系统的通讯连接；
S22、利用电池管理系统采集电池组的实时状态信息，并通过通讯连接发送给能量管理系统和变流器控制系统；
S23、能量管理系统和变流器控制系统接收来自电池管理系统的实时状态信息，并对实时状态信息进行处理；
S24、基于处理结果，能量管理系统利用收到的状态信息进行实时监控，并根据需要调整变流器控制系统的功率输出或测试流程；
S25、电池管理系统确保测试系统的逻辑闭锁和运行管理，触发安全保护措施或停止测试。
4.根据权利要求3所述的一种用于储能电池预制舱对拖试验的测试方法，其特征在于，所述能量管理系统和变流器控制系统接收来自电池管理系统的实时状态信息，并对实时状态信息进行处理包括以下步骤：
S231、能量管理系统和变流器控制系统通过预定的通讯接口接收电池管理系统发送的实时状态信息数据；
S232、接收到的实时状态信息数据由能量管理系统和变流器控制系统内部的协议解析模块进行解析，并提取电池组的关键状态数据；
S233、能量管理系统对解析后的关键状态数据进行分析，识别当前电池组的运行状态和趋势；
S234、根据分析结果和预设的控制逻辑，能量管理系统生成并下达控制指令，调整变流器控制系统的功率输出或其他相关参数。
5.根据权利要求4所述的一种用于储能电池预制舱对拖试验的测试方法，其特征在于，所述能量管理系统对解析后的关键状态数据进行分析，识别当前电池组的运行状态和趋势包括以下步骤：
S2331、解析并清洗电池组的关键状态数据；
S2332、将清洗后的电池组状态数据按照多个目标维度划分为网格，创建对应的超立方体结构；
S2333、通过高斯影响函数计算超立方体结构中每个解点的密度值，并基于所有解点的密度值计算整个解集的信息熵；
S2334、持续监测整个解集中信息熵的变化；
S2335、当信息熵数值在预设的范围内保持稳定不变时，则认为电池组状态分析已完成，提前终止计算，并得出当前电池组的运行状态和趋势。
6.根据权利要求5所述的一种用于储能电池预制舱对拖试验的测试方法，其特征在于，所述通过高斯影响函数计算超立方体结构中每个解点的密度值，并基于所有解点的密度值计算整个解集的信息熵包括以下步骤：
S23331、根据电池组状态数据的目标维度，将每个数据点划分至对应的超立方体结构中；
S23332、对于每个解点，计算当前解点与其他解点之间的欧几里得距离；
S23333、选择高斯影响函数作为度量解点间影响的函数；
S23334、对于每个解点，基于当前解点与其他解点的距离，通过高斯影响函数计算密度值；
S23335、将所有解点的密度值标准化，并根据香农熵公式计算整个解集的信息熵。
7.根据权利要求6所述的一种用于储能电池预制舱对拖试验的测试方法，其特征在于，所述通过高斯影响函数计算密度值的表达式为：
；
式中，Ω（li→y）表示电池状态数据点中解点li对解点y的影响；
li表示电池组状态的第i个解点；
y表示电池组状态的第y个解点；
σ表示在电池组状态数据中，解点之间允许的正常波动范围；
e表示自然对数的底数；
（li-y）2表示电池状态数据点中解点li与解点y之间的欧几里得距离的平方。
8.根据权利要求7所述的一种用于储能电池预制舱对拖试验的测试方法，其特征在于，所述电池管理系统确保测试系统的逻辑闭锁和运行管理，触发安全保护措施或停止测试包括以下步骤：
S251、电池管理系统实时监测电池组的关键状态参数；
S252、对各项操作执行逻辑判断，确保测试过程中所有步骤均符合预设的安全规则；
S253、当监测到异常状态时，电池管理系统立即触发预设的安全保护机制；
S254、若电池管理系统检测到关键状态达到紧急停机条件，并发送指令立即停止测试；
S255、在停止测试后，记录所有相关的状态数据和触发的保护措施。
9.根据权利要求1所述的一种用于储能电池预制舱对拖试验的测试方法，其特征在于，所述测试模式包括并网充电、并网对拖、离网对拖。
10.一种用于储能电池预制舱对拖试验的测试平台，其特征在于，该用于储能电池预制舱对拖试验的测试平台包括测试设备，且测试设备由框架底座、测试柜、进线柜、汇流柜、隔离变压器柜、第一变流器控制系统模块及第二变流器控制系统模块构成，用于执行权利要求1-9中任一项所述的用于储能电池预制舱对拖试验的测试方法的步骤。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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