一种集装箱式储能系统的高可靠对时系统 |
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| 申请号 | CN202410046652.2 | 申请日 | 2024-01-11 | 公开(公告)号 | CN117872703A | 公开(公告)日 | 2024-04-12 |
| 申请人 | 深圳市科陆电子科技股份有限公司; | 发明人 | 杨盼盼; 张鹏; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种集装箱式储能系统的高可靠对时系统，包括两台专用对时装置、远动装置、互相连接的后台 服务器 与综合保护装置、以及储能集装箱，两台专用对时装置包括以GPS为授时源的主用专用对时装置和以BDS为授时源的备用专用对时装置，所述主用专用对时装置和备用专用对时装置均可采用卫星授时、外部时钟源、本地时钟源作为授时源，本发明采用双卫星时钟源、双对时主机冗余设置的外部时钟源，能够为储能系统提供准确统一的时钟源，提高对时系统的可靠性；可根据储能系统内设备对时需求的不同，设计采用不同的对时协议和对时方法，提供相应 精度 的对时服务，配置灵活且成本可控。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种集装箱式储能系统的高可靠对时系统，其特征在于：包括两台专用对时装置、远动装置、互相连接的后台服务器与综合保护装置、以及储能集装箱，两台专用对时装置包括以GPS为授时源的主用专用对时装置和以BDS为授时源的备用专用对时装置，所述主用专用对时装置和备用专用对时装置均可采用卫星授时、外部时钟源、本地时钟源作为授时源，不同的授时源具有不同的对时优先级。 |
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| 说明书全文 | 一种集装箱式储能系统的高可靠对时系统技术领域[0001] 本发明涉及集装箱式储能系统技术领域，具体为一种集装箱式储能系统的高可靠对时系统。 背景技术[0002] 集装箱式储能系统包括集装箱式电化学(锂离子电池)储能系统，是指以标准集装箱为载体，将锂离子电池、电池管理系统、交/直流转换装置、热管理系统、消防系统等集成在集装箱内，将多个集装箱并联，具有统一的控制系统和对外通信的装置，能够根据上级配电系统的指令，改变运行方式(充电、放电)的储能系统。 [0003] 集装箱式电池储能系统将锂离子电池、电池管理系统、交直流转换装置、热管理系统及消防系统等集成在标准集装箱内，具有集成度高、占地面积小、存储容量大、运输方便且易于安装等优点，是目前应用最广泛的储能技术之一。 [0005] 一、本地时钟源对时：集装箱式储能系统内各类自动化装置，一般都会有自带的本地时钟源。采用本地时钟源作为时间基准，也是一种常见的获取时间的方法，即无专用对时系统。 [0006] 本地时钟源对时存在的缺点：没有统一的时间基准；精度较低；稳定性较差；如需校准，需手动逐个设置，工作量较大。 [0007] 二、互联网对时：通过互联网上的时间服务器获取基准时间，再通过网络对时协议在局域网内广播对时报文，实现系统的对时功能。 [0008] 互联网对时存在以下缺点： [0009] a、精度较差，通常精度只能在秒级，只能满足普通的对时需求。如视频监控、时间显示等； [0010] b、延时较大，且延时不确定。对时报文滞后于实际时间，延时时间受互联网延时和本地局域网延时的叠加影响，具有较大的不确定性； [0011] c、需连接互联网，适用性差，还面临各种网络安全防护问题； [0013] 三、传统的对时装置对时：采用专用的对时系统，利用卫星授时(北斗、GPS)，不仅精度较高(根据对时方式，精度从秒级到微妙级)，对时接口丰富(光纤、RJ45、RS‑485)，而且安全可靠性高，可满足不同设备不同精度的对时要求。 [0014] 传统的对时装置对时的缺点：可靠性有待提高，一般只有一套装置，接受一套卫星的时钟源(BDS或GPS)，一但设备故障系统将失去时间源。 [0015] 即现有箱式储能系统多数采用本地时钟源或互联网对时，对时精度及可靠性较差，因此我们需要提出一种集装箱式储能系统的高可靠对时系统，解决现有箱式储能系统对时精度及可靠性较差等问题。 发明内容[0016] 本发明的目的在于提供一种集装箱式储能系统的高可靠对时系统，采用双卫星时钟源、双对时主机冗余设置的外部时钟源，能够为储能系统提供准确统一的时钟源，提高对时系统的可靠性；可根据储能系统内设备对时需求的不同，设计采用不同的对时协议和对时方法，提供相应精度的对时服务，配置灵活且成本可控，以解决上述背景技术中提出的问题。 [0017] 为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种集装箱式储能系统的高可靠对时系统，包括两台专用对时装置、远动装置、互相连接的后台服务器与综合保护装置、以及储能集装箱，两台专用对时装置包括以GPS为授时源的主用专用对时装置和以BDS为授时源的备用专用对时装置，所述主用专用对时装置和备用专用对时装置均可采用卫星授时、外部时钟源、本地时钟源作为授时源，不同的授时源具有不同的对时优先级； [0018] 所述主用专用对时装置和备用专用对时装置之间采用两路光纤连接，所述远动装置分别与主用专用对时装置和备用专用对时装置连接，所述主用专用对时装置上分别连接有采集网汇聚交换机和监控主网汇聚交换机，所述备用专用对时装置上连接有监控备网汇聚交换机； [0019] 所述后台服务器与综合保护装置的一端的接线端连接在监控主网汇聚交换机上，所述后台服务器与综合保护装置的另外一端的接线端连接在监控备网汇聚交换机上，所述储能集装箱分别与采集网汇聚交换机、监控主网汇聚交换机和监控备网汇聚交换机连接。 [0020] 优选的，所述主用专用对时装置上和备用专用对时装置上均连接有接地的防雷连接器，所述主用专用对时装置上的防雷连接器的一端连接有GPS卫星天线，所述备用专用对时装置上的防雷连接器的一端连接有BDS卫星天线。 [0021] 优选的，所述主用专用对时装置和备用专用对时装置均具有独立的电源、独立的空间、独立的对时源、独立的网络，同一时间下，每一个所述专用对时装置依据授时优先级只有一套授时源作为时间源。 [0022] 优选的，所述主用专用对时装置和备用专用对时装置通过IRIG‑B码对时协议，可根据优先级不同互为授时源。 [0023] 优选的，所述远动装置采用两根网线并通过IRIG‑B码对时协议分别与主用专用对时装置和备用专用对时装置连接。 [0024] 优选的，所述后台服务器与综合保护装置之间采用网线连接，且所述后台服务器与综合保护装置的接线端采用网线并通过NTP对时协议分别与监控主网汇聚交换机和监控备网汇聚交换机连接。 [0025] 优选的，所述储能集装箱的内部包括BMS系统、PCS系统与第一接入交换机、以及动环监控系统、视频监控系统、门禁安防系统与第二接入交换机，所述BMS系统和PCS系统均采用网线并NTP对时协议与第一接入交换机连接，所述第一接入交换机通过两根光缆分别连接在监控主网汇聚交换机和监控备网汇聚交换机上。 [0026] 优选的，所述动环监控系统、视频监控系统、门禁安防系统均采用网线并SNTP对时协议与第二接入交换机连接，所述第二接入交换机通过光缆与采集网汇聚交换机连接。 [0027] 优选的，对时源的授时优先级从高到低依次为：北斗卫星授时、主用专用对时装置IRIG‑B码外部时钟源、GPS卫星授时、备用专用对时装置IRIG‑B码外部时钟源、主用专用对时装置本地时钟源、备用专用对时装置本地时钟源，优先使用优先级高的对时时钟源作为对时系统的时钟源。 [0028] 优选的，系统的时钟源包括卫星授时、IRIG‑B码外部时钟源、本地守时时钟，正常工况时，卫星授时优先级最高，两台专用对时装置分别接收北斗和GPS卫星对时信号作为时钟源，在其中一台专用对时装置的卫星授时模块失步时，选用另一台专用对时装置提供的IRIG‑B码外部时钟源作为对时信号源； [0029] 当两个卫星授时模块均失步时，优先选用主用专用对时装置的本地守时时钟作为基准时间源，在主用专用对时装置本地时钟故障时，切换至备用专用对时装置的本地时间源。 [0030] 与现有技术相比，本发明的有益效果是： [0031] 本发明采用双卫星时钟源、双对时主机冗余设置的外部时钟源，能够为储能系统提供准确统一的时钟源，提高对时系统的可靠性；可根据储能系统内设备对时需求的不同，设计采用不同的对时协议和对时方法，提供相应精度的对时服务，配置灵活且成本可控。附图说明 [0032] 图1为本发明的系统框图； [0033] 图2为本发明两台专用对时装置与远动装置的连接示意图； [0034] 图3为本发明专用对时装置、交换机、后台服务器与综合保护装置的连接示意图； [0035] 图4为本发明储能集装箱、交换机、后台服务器与综合保护装置的连接示意图。 具体实施方式[0036] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。 [0037] 请参阅图1‑4，本发明提供一种技术方案：一种集装箱式储能系统的高可靠对时系统，采用双卫星时钟源、双对时主机冗余设置的外部时钟源，通过灵活可靠的对时协议，为箱式储能系统提供统一且可靠的对时，可以极大的提高故障分析、电能质量分析、同期并机等场景的质量，包括两台专用对时装置、远动装置、互相连接的后台服务器与综合保护装置、以及储能集装箱，两台专用对时装置包括以GPS为授时源的主用专用对时装置和以BDS为授时源的备用专用对时装置，所述主用专用对时装置和备用专用对时装置均可采用卫星授时、外部时钟源、本地时钟源作为授时源，不同的授时源具有不同的对时优先级； [0038] 储能集装箱有标准的大小及容量，尤其是在部署大规模储能系统时，需要在一定场地内布置大量的储能集装箱，每个集装箱都要不断的采集内部大量电池的电压、电流、温度、内阻等数据，一旦发现异常就会发出告警，同时也要接受相应的控制指令实现电能输出并与电网同步。储能系统的安全性，是当前阻碍其发展的重要制约，而记录告警发生时间的准确性以及和电网通信时间的一致性，可以提高储能系统运行的安全性及稳定性，因此对推动集装箱式储能的发展有着重要的意义。 [0039] 所述主用专用对时装置和备用专用对时装置之间采用两路光纤连接，所述远动装置分别与主用专用对时装置和备用专用对时装置连接，所述主用专用对时装置上分别连接有采集网汇聚交换机和监控主网汇聚交换机，所述备用专用对时装置上连接有监控备网汇聚交换机； [0040] 所述后台服务器与综合保护装置的一端的接线端连接在监控主网汇聚交换机上，所述后台服务器与综合保护装置的另外一端的接线端连接在监控备网汇聚交换机上，所述储能集装箱分别与采集网汇聚交换机、监控主网汇聚交换机和监控备网汇聚交换机连接。 [0041] 对时系统：对时系统是进行校时而研发的专用设备，该产品可从卫星(北斗卫星、GPS)、B码接口、PTP上获取标准的时间信号，将这些信号通过各种接口(NTP/SNTP、串口、B码、PTP、脉冲)传输给系统中需要时间信息的设备(服务器、远动装置、综合保护装置、PCS、BMS等)，这样系统中就有了一个标准的时间源，从而达到整个系统内部及与外部系统的时间一致。 [0042] GPS(Global Positioning System)：GPS全球定位系统，是一个由覆盖全球的24颗卫星组成的卫星系统。这个系统可以保证在任意时刻，地球上任意一点都可以同时观测到4颗卫星，以保证卫星可以采集到该观测点的经纬度和高度，以便实现导航、定位、授时等功能，本系统中使用的是GPS的对时功能。 [0043] BDS(BeiDou Navigation Satellite System)：北斗卫星导航系统，是中国自行研制的全球卫星导航系统，也是继GPS、GLONASS之后的第三个成熟的卫星导航系统。斗卫星导航系统由空间段、地面段和用户段三部分组成，可在全球范围内全天候、全天时为各类用户提供高精度、高可靠定位、导航、授时服务，并且具备短报文通信能力，已经初步具备区域导航、定位和授时能力，定位精度为分米、厘米级别，测速精度0.2米/秒，授时精度10纳秒。 [0044] NTP(Network Time Protocol)，网络对时协议，是用来使系统时间同步化的一种协议，它可以使计算机对其服务器或时钟源(对时装置等)做同步化，它可以提供高精准度的时间校正(LAN上与标准间差小于1毫秒，WAN上几十毫秒)。 [0045] SNTP(Simple Network Time Protocol)，是由NTP协议简化而来，可以在网络中广播对时，精度可以达到毫秒级，受到网络终端设备的广泛支持，其中Windows系统更是原生支持了SNTP协议。其缺点在于无法消除或评估网络延时对对时精度的影响。 [0046] PTP(Precision Time Protocol)，是IEEE标准委员为了解决测量和控制应用的分布网络定时同步的需要而审议通过的对时标准。其对时精度可达到亚微秒级(采用IEEE 1588V2版本点对点对时方式)，通过IEEE 1588(PTP)网络对时方法，可以把以太网交换机作为透明时钟，消除网络报文转发交换环接产生的延时对时间同步系统的影响(TC模式)，精度更高的BC模式，要求PTP网络对时的每一个节点都要支持PTP对时，并且作为下一节点的时钟源，逐级对时。 [0047] 网络对时，网络对时是依托网络对时协议(NTP、SNTP、PTP)的对时方式，以本地时钟或对时装置为时间源，将时钟信息以数据帧的形式发送给各个授时装置。被授时装置接收到报文后，通过解析帧获得当时的时刻信息，以校正自己的时间，达到与世界标准时(UTC)同步的目的。 [0048] IRIG‑B码(Inter‑Range Instrumentation Group‑B)，一种应用于靶场的串行时间交换码，是串口对时协议的一种。由美国靶场司令部委员会下属“靶场仪器组”提出的一种时间信息编码标准。IRIG串行时间码共有6种格式，即A、B、D、E、G、H，其中B码应用最为广泛，有调制和非调制两种。 [0049] 脉冲对时，是采用秒脉冲信号(每秒一个脉冲)和分脉冲信号(每分钟一个脉冲)对时的硬对时方式。其中，秒脉冲是利用GPS所输出的每秒一个脉冲方式进行时间同步校准，获得与世界标准时(UTC)同步的时间精度，上升沿时刻的误差不大于1μs。分脉冲是利用GPS所输出的每分钟一个脉冲的方式进行时间同步校准，获得与UTC同步的时间精度，上升沿时刻的误差不大于3μs。 [0050] 远动装置：电力系统中负责远方测量与控制的自动化装置。 [0051] 综合保护装置：电力系统中用于高压配电柜的测量、控制、保护、通讯一体化的保护装置。 [0052] PCS(Power Conversion System)，储能变流器，可控制蓄电池的充电和放电过程，进行交直流的变换，在无电网情况下可以直接为交流负荷供电。PCS控制器通过通信接口与BMS通讯，获取电池组状态信息，可实现对电池的保护性充放电，确保电池运行安全。 [0053] BMS(Battery Management System)，电池管理系统，是由电子电路设备构成的实时监测系统，有效地监测电池电压、电池电流、电池簇绝缘状态、电池SOC、电池模组及单体状态(电压、电流、温度、SOC等)，对电池簇充、放电过程进行安全管理，对可能出现的故障进行报警和应急保护处理，对电池模块及电池簇的运行进行安全和优化控制，保证电池安全、可靠、稳定的运行。 [0054] 所述主用专用对时装置上和备用专用对时装置上均连接有接地的防雷连接器，所述主用专用对时装置上的防雷连接器的一端连接有GPS卫星天线，所述备用专用对时装置上的防雷连接器的一端连接有BDS卫星天线。 [0055] 所述主用专用对时装置和备用专用对时装置均具有独立的电源、独立的空间、独立的对时源、独立的网络，同一时间下，每一个所述专用对时装置依据授时优先级只有一套授时源作为时间源。 [0056] 所述主用专用对时装置和备用专用对时装置通过IRIG‑B码对时协议，可根据优先级不同互为授时源。 [0057] 所述远动装置采用两根网线并通过IRIG‑B码对时协议分别与主用专用对时装置和备用专用对时装置连接。 [0058] 所述后台服务器与综合保护装置之间采用网线连接，且所述后台服务器与综合保护装置的接线端采用网线并通过NTP对时协议分别与监控主网汇聚交换机和监控备网汇聚交换机连接。 [0059] 所述储能集装箱的内部包括BMS系统、PCS系统与第一接入交换机、以及动环监控系统、视频监控系统、门禁安防系统与第二接入交换机，所述BMS系统和PCS系统均采用网线并NTP对时协议与第一接入交换机连接，所述第一接入交换机通过两根光缆分别连接在监控主网汇聚交换机和监控备网汇聚交换机上。 [0060] 所述动环监控系统、视频监控系统、门禁安防系统均采用网线并SNTP对时协议与第二接入交换机连接，所述第二接入交换机通过光缆与采集网汇聚交换机连接。 [0061] 采集网汇聚交换机采用网线并通过SNTP对时协议与主用专用对时装置连接。 [0062] 对时源的授时优先级从高到低依次为：北斗卫星授时、主用专用对时装置IRIG‑B码外部时钟源、GPS卫星授时、备用专用对时装置IRIG‑B码外部时钟源、主用专用对时装置本地时钟源、备用专用对时装置本地时钟源，优先使用优先级高的对时时钟源作为对时系统的时钟源。 [0063] 系统的时钟源包括卫星授时、IRIG‑B码外部时钟源、本地守时时钟，正常工况时，卫星授时优先级最高，两台专用对时装置分别接收北斗和GPS卫星对时信号作为时钟源，在其中一台专用对时装置的卫星授时模块失步时，选用另一台专用对时装置提供的IRIG‑B码外部时钟源作为对时信号源； [0064] 当两个卫星授时模块均失步时，优先选用主用专用对时装置的本地守时时钟作为基准时间源，在主用专用对时装置本地时钟故障时，切换至备用专用对时装置的本地时间源。 [0065] 本系统采用北斗卫星和GPS卫星双系统对时作为箱式储能系统的时钟源，互为备用； [0066] 不同终端根据对时精度需求，采用不同的对时方式(介质、协议)。 |
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