储能系统功率计算与保护机制详解

薛定谔的悦2026-05-01 16:56

储能系统功率计算与保护机制详解

一、核心函数 Calc_AllMeterPower 概述

Calc_AllMeterPower 是储能系统功率管理的核心函数，它按顺序调用四个关键子函数：

c 复制代码 
  static void Calc_AllMeterPower(ROUGH_CCU_DATA* pCCU)
  {
      Calc_ACLoadPwrByDiffMeterPosition(pCCU);  // 1. 计算负载功率
      Calc_ESS_ChgLmtPower(pCCU);               // 2. 计算充电限制
      Calc_ESS_DischgLmtPower(pCCU);            // 3. 计算放电限制
      Calc_ESS_Q_OutputLmt(pCCU);               // 4. 计算无功功率
  }

二、函数调用关系图

复制代码 
  Calc_AllMeterPower
      │
      ├─→ Calc_ACLoadPwrByDiffMeterPosition
      │       ├─→ calcOverLoadAndReflux_By_Grid2CabMeter (拓扑#1)
      │       ├─→ calcOverLoadAndReflux_By_Grid2Cab_BranchMeter (拓扑#2)
      │       ├─→ calcOverLoadAndReflux_By_Grid2Cab_CivilMeter (拓扑#3)
      │       ├─→ calcOverLoadAndReflux_By_Grid2Cab_ACLoadMeter (拓扑#4)
      │       └─→ calcOverLoadAndReflux_By_MultiBranch_ACLoadMeter (拓扑#5)
      │               │
      │               └─→ Refresh_RealTime_MeterValue_Phase (单相电表读取)
      │                       │
      │                       └─→ JudgeIfEnterAnti_RefluxOrOverload (保护判断)
      │
      ├─→ Calc_ESS_ChgLmtPower (使用保护标志位)
      │
      ├─→ Calc_ESS_DischgLmtPower (使用保护标志位)
      │
      └─→ Calc_ESS_Q_OutputLmt

三、关键函数详解

3.1 Calc_ACLoadPwrByDiffMeterPosition

功能：根据不同的电表拓扑结构计算负载功率

c 复制代码 
  核心逻辑：
  switch (pCCU->emAuxMeterPos)
  {
      case AUXMETER_NOT_INSTALLED:           // 拓扑#1: 未安装辅助表
      case MULTI_BANCH_ESS_WITH_HVMETER:     // 拓扑#6: 多支路+高压表
          calcOverLoadAndReflux_By_Grid2CabMeter(pCCU);
          break;

      case AUXMETER_POS_BRANCH_TRANSFER:     // 拓扑#2: 支路变压器
          calcOverLoadAndReflux_By_Grid2Cab_BranchMeter(pCCU);
          break;

      // ... 其他拓扑
  }

计算的关键参数：

  • fPacload4Chg：用于充电时的负载功率（防过载）

  • fPacload4Dischg：用于放电时的负载功率（防逆流）

  • fQacload4Org：无功功率需求

    复制代码 
    拓扑示例（拓扑#1）：
      |Grid  电网侧关口表 (防逆流+防过载)
       |
------------------------------------------------------------------------------
    |            | | 储能系统关口表 Cab AC Meter
    |             |
    AC Load      ESS

计算公式：
fPacload4Dischg = f_PgridMeter - f_PcabMeter // 放电时的负载
fPacload4Chg = f_PgridMeter - f_PcabMeter // 充电时的负载

复制代码 
  拓扑示例（拓扑#2）：
        |Grid  高压表 (防逆流+防超需量)
         |
  ------------------------------------------------------------------------------------------------
                    | | 辅助表 (防过载)
     ________________|____________
         |             |
         |            | | 储能系统关口表
         |             |
     AC Load         ESS

计算公式：
fPacload4Dischg = f_PgridMeter - f_PcabMeter // 用于防逆流
fPacload4Chg = f_PauxMeter - f_PcabMeter // 用于防过载

3.2 Refresh_RealTime_MeterValue_Phase

功能：读取单相电表的实时值（功率或电压电流）

支持两种类型：

  1. PHASE_TYPE_POWER：读取三相功率，用于单相防逆流
  2. PHASE_TYPE_VA：读取三相电压电流，用于单相防过载
c 复制代码 
  关键代码：
  switch (type)
  {
  case PHASE_TYPE_POWER:  // 单相防逆流
      for (n=0; n<MAX_PHASE_NUM; n++)
      {
          pEMS->fAtRflxMtr_kWPhs[n] = 读取第n相功率;
          pEMS->fAtRflxMtr_kWPhMin = MIN(三相功率);  // 取最小值
      }
      break;

  case PHASE_TYPE_VA:     // 单相防过载
      for (n=0; n<MAX_PHASE_NUM; n++)
      {
          pEMS->fAtOvlMtr_VPhs[n] = 读取第n相电压;
          pEMS->fAtOvlMtr_APhs[n] = 读取第n相电流;
          pEMS->fAtOvlMtr_APhMax = MAX(三相电流);  // 取最大值
      }
      break;
  }

3.3 JudgeIfEnterAnti_RefluxOrOverload

功能：判断是否进入各种保护模式，设置保护标志位

核心标志位：

  1. bEnterAnti_Reflux：防逆流标志
  2. bEnter_OverLoad：防过载标志
  3. bEnter_OverLoad_Phase：单相防过载标志
  4. bEnterAnti_Reflux_Phase：单相防逆流标志
  5. bEnter_OverLoadHV：高压表防超需量标志

判断逻辑（以防逆流为例）：

c 复制代码 
// 计算是否需要防逆流
bAntiReflux = (fAnti_RefluxMeter - fPreProt4RefluxAndOverLoad <
               (fAllowedReverseValue * -1.0f));

// 状态机逻辑
if (bEnterAnti_Reflux == TRUE)
{
    // 已经在防逆流状态
    if ((超过退出延时 && !bAntiReflux) || bAntiOverLoad)
    {
        bEnterAnti_Reflux = FALSE;  // 退出防逆流
    }
}
else
{
    // 未在防逆流状态
    if (bAntiReflux)
    {
        bEnterAnti_Reflux = TRUE;   // 进入防逆流
        tm_LastEnterReflux = 当前时间;
    }
}

关键参数说明：

  • fPreProt4RefluxAndOverLoad：保护提前量（如100kW）
  • fAllowedReverseValue：允许的逆流值（奥地利认证需求）
  • MAX_RETDIFF_PERIOD：退出延时时间（防抖动）

单相防逆流判断：

c 复制代码 
if (fAtRflxMtr_kWPhMin < fPreProt4Reflux_Phase)
{
    bEnterAnti_Reflux_Phase = TRUE;  // 某一相功率过低，进入单相防逆流
}

单相防过载判断：

c 复制代码 
if (fAtOvlMtr_APhMax >= fMaxChrgCurLmt_Phase)
{
    bEnter_OverLoad_Phase = TRUE;  // 某一相电流过大，进入单相防过载
}

3.4 Calc_ESS_ChgLmtPower

功能：计算储能系统的充电功率限制值

计算流程：

  1. 确定电网输入限制
    fGridACInputPwr_Lmt = MIN(fEnter_UrgetDischrgPwr, fSysACInput_PwrLmt)

  2. 考虑最大需量管理
    if (emPmaxDemandMode == 1) fGridACInputPwr_Lmt = MIN(fGridACInputPwr_Lmt, fPdemand)

  3. 考虑单相防过载
    if (needAntiOverLoad_Phase) fMaxPwr4Chrg_SumPhs = V * I * pf * 3 / 1000 fGridACInputPwr_Lmt = MIN(fGridACInputPwr_Lmt, fMaxPwr4Chrg_SumPhs)

  4. 计算剩余充电功率

    `fRemainPwr4Chrg = fGridACInputPwr_Lmt - fPacload4Chg

  5. 考虑高压表防超需量

    if (Need_AntiOverloadHV())

    fRemainDemand4Chrg = fPdemandHV - f_PgridMeter + f_PcabMeter

    fGridRemainACPwr2Chrg = MIN(fRemainDemand4Chrg, fRemainPwr4Chrg)`

  6. 应用保护系数和限制
    fGridRemainACPwr2Chrg = (fRemainPwr4Chrg - fProt) * PowerRate_Chrg

  7. 与管理计划比较
    fTotal_PessChgAvaliable = MIN(nActvPwrLmt, fGridRemainACPwr2Chrg)

  8. 应用保护降额
    if (bEnter_OverLoad && bPreAntiOvldBack)

    根据剩余功率分级降额：

    • fRemain <= 0: *= 0.8

    • fRemain < fProt/2: -= fProt

    • 其他: -= (fProt - fRemain)

    if (bEnter_OverLoadHV || bEnter_OverLoad_Phase) *= 0.8

关键标志位的作用：

复制代码 
  ┌───────────────────────┬────────────────┬─────────────────────────────┐
  │        标志位         │      作用      │          降额策略           │
  ├───────────────────────┼────────────────┼─────────────────────────────┤
  │ bEnter_OverLoad       │ 防过载         │ 分级降额（0.8倍或减保护值） │
  ├───────────────────────┼────────────────┼─────────────────────────────┤
  │ bEnter_OverLoadHV     │ 高压表防超需量 │ 0.8倍降额                   │
  ├───────────────────────┼────────────────┼─────────────────────────────┤
  │ bEnter_OverLoad_Phase │ 单相防过载     │ 0.8倍降额                   │
  └───────────────────────┴────────────────┴─────────────────────────────┘

复杂判断示例：

// 分级处理防过载
float fRemain = fSysACInput_PwrLmt - fAtOvl_kW;
float fHalfProt = fProt / 2.0f;

c 复制代码 
  if (fRemain <= 0)
      fTotal_PessChgAvaliable *= 0.8f;      // 严重过载，大幅降额
  else if (fRemain < fHalfProt)
      fTotal_PessChgAvaliable -= fProt;     // 中度过载，减保护值
  else
      fTotal_PessChgAvaliable -= (fProt-fRemain);  // 轻度过载，微调

3.5 Calc_ESS_DischgLmtPower

功能：计算储能系统的放电功率限制值

计算流程：

  1. 滤波负载功率
    fAvg_Pacload4Dischg = fPacload4Dischg

  2. 计算基础放电功率
    fTotal_PessDischgLmt = (fPacload4Dischg - fProt) * fOutput2AC_PwrRate

  3. 考虑动态网侧输入限制
    if (emDynamicGridInputLimit_Mode != MODE_DISABLE) if (fAvg_Pacload4Dischg < fGridInputLimit) fTotal_PessDischgLmt = 0 else fTotal_PessDischgLmt = (fTotal_PessDischgLmt - fGridInputLimit) * 1.02

  4. 添加允许逆流值
    fTotal_PessDischgLmt += fAllowedReverseValue

  5. 与管理计划比较
    fTotal_PessDischgLmt = MIN(nActvPwrLmt, fTotal_PessDischgLmt)

  6. 考虑紧急放电模式
    if (bEnterUrgetDischrgMode) fTotal_PessDischgLmt *= fUrgetModeRate // 0.2或0.5

  7. 考虑单相防逆流
    if (needAntiReflux_Phase) fDiffPwr4Dischrg_SumPhs = (fPreProt4Reflux_Phase - fAtRflxMtr_kWPhMin) * 3 / Factor fTotal_PessDischgLmt -= fDiffPwr4Dischrg_SumPhs

  8. 应用保护降额
    if ((bEnterAnti_Reflux || bEnterAnti_Reflux_Phase) && bPreAntiOvldBack)

    根据剩余功率分级降额（同充电逻辑）

关键标志位的作用：

复制代码 
  ┌─────────────────────────┬────────────┬────────────┐
  │         标志位          │    作用    │  降额策略  │
  ├─────────────────────────┼────────────┼────────────┤
  │ bEnterAnti_Reflux       │ 防逆流     │ 分级降额   │
  ├─────────────────────────┼────────────┼────────────┤
  │ bEnterAnti_Reflux_Phase │ 单相防逆流 │ 分级降额   │
  ├─────────────────────────┼────────────┼────────────┤
  │ bEnterUrgetDischrgMode  │ 紧急放电   │ 0.2或0.5倍 │
  └─────────────────────────┴────────────┴────────────┘

单相防逆流计算：

c 复制代码 
// 计算三相功率差值
fDiffPwr4Dischrg_SumPhs =
    ((fPreProt4Reflux_Phase - fAtRflxMtr_kWPhMin) * 相数) / 功率因数;

// 从放电功率中减去
fTotal_PessDischgLmt -= fDiffPwr4Dischrg_SumPhs;

四、标志位状态机总结

4.1 防逆流状态机

复制代码 
  状态：未防逆流 (bEnterAnti_Reflux = FALSE)
      ↓ 条件：fAnti_RefluxMeter < (fAllowedReverseValue * -1.0f) - fProt
  进入防逆流 (bEnterAnti_Reflux = TRUE)
      ↓ 条件：超时 && fAnti_RefluxMeter正常 || 进入防过载
  退出防逆流 (bEnterAnti_Reflux = FALSE)

4.2 防过载状态机

复制代码 
  状态：未防过载 (bEnter_OverLoad = FALSE)
      ↓ 条件：(fSysACInput_PwrLmt - fAnti_OverLoadMeter) < fPreProt_Chrg
  进入防过载 (bEnter_OverLoad = TRUE)
      ↓ 条件：超时 && 负载正常 || 进入防逆流
  退出防过载 (bEnter_OverLoad = FALSE)

4.3 标志位互斥关系

c 复制代码 
  // 防逆流和防过载互斥
  if (bAntiReflux && bAntiOverLoad)
  {
      // 优先防过载（充电）
      bEnterAnti_Reflux = FALSE;
  }

  if (bAntiOverLoad && bAntiReflux)
  {
      // 优先防逆流（放电）
      bEnter_OverLoad = FALSE;
  }

五、参数关系图

复制代码 
  输入参数：
  ├─ 电表值
  │  ├─ f_PgridMeter    (电网侧功率)
  │  ├─ f_PcabMeter     (储能侧功率)
  │  ├─ f_PauxMeter     (辅助表功率)
  │  └─ f_PmaxGridDemand (最大需量)
  │
  ├─ 配置参数
  │  ├─ fSysACInput_PwrLmt (系统输入限制)
  │  ├─ fPreProt_Chrg (充电保护提前量)
  │  ├─ fPreProt4RefluxAndOverLoad (防逆流/过载保护提前量)
  │  ├─ PowerRate_Chrg (充电跟随比)
  │  └─ fOutput2AC_PwrRate (放电跟随比)
  │
  └─ 状态标志
     ├─ bEnterAnti_Reflux (防逆流)
     ├─ bEnter_OverLoad (防过载)
     ├─ bEnter_OverLoad_Phase (单相防过载)
     ├─ bEnterAnti_Reflux_Phase (单相防逆流)
     └─ bEnter_OverLoadHV (高压表防超需量)

  中间计算：
  ├─ fPacload4Chg (充电时负载功率)
  ├─ fPacload4Dischg (放电时负载功率)
  ├─ fRemainPwr4Chrg (剩余充电功率)
  └─ fGridRemainACPwr2Chrg (电网剩余可充电功率)

  输出结果：
  ├─ fTotal_PessChgAvaliable (可用充电功率)
  └─ fTotal_PessDischgLmt (可用放电功率)

六、典型应用场景

场景1：光伏逆流自动充电

  1. 光伏发电 > 负载，产生逆流
  2. f_PgridMeter < 0 (负值表示逆流)
  3. JudgeIfEnterAnti_RefluxOrOverload 检测到逆流
  4. bEnterAnti_Reflux = TRUE
  5. Calc_ESS_ChgLmtPower 计算充电功率
  6. 系统启动充电，消纳多余光伏

场景2：负载过大自动放电

  1. 负载突增，超过电网输入限制
  2. fAnti_OverLoadMeter > fSysACInput_PwrLmt - fPreProt_Chrg
  3. JudgeIfEnterAnti_RefluxOrOverload 检测到过载
  4. bEnter_OverLoad = TRUE
  5. Calc_ESS_DischgLmtPower 计算放电功率
  6. 系统启动放电，削峰填谷

场景3：单相不平衡保护

  1. A相电流过大：fAtOvlMtr_APhs[0] = 50A
  2. B相电流正常：fAtOvlMtr_APhs[1] = 30A
  3. C相电流正常：fAtOvlMtr_APhs[2] = 32A
  4. fAtOvlMtr_APhMax = 50A >= fMaxChrgCurLmt_Phase (45A)
  5. bEnter_OverLoad_Phase = TRUE
  6. Calc_ESS_ChgLmtPower 降额充电功率 *= 0.8

七、关键技术要点

  1. 防抖动设计：所有保护状态都有 MAX_RETDIFF_PERIOD 延时，避免频繁切换
  2. 分级保护：根据偏离程度采用不同的降额策略（0.8倍、减保护值、微调）
  3. 互斥逻辑：防逆流和防过载互斥，优先处理更紧急的保护
  4. 多层限制：管理计划限制 → 电网限制 → 保护降额 → 最终输出
  5. 单相保护：支持三相不平衡场景的精细化控制

这套机制确保了储能系统在各种复杂工况下的安全稳定运行。

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