一种针对大容量储能系统的保护方法技术方案

本发明专利技术公开了一种针对大容量储能系统的保护方法。大容量储能系统由多个功率变换器、储能装置及各自升压变压器并联组成，并通过公共耦合点与外电网相连，其保护方法分为公共耦合点处的保护方法与储能单元出口处的保护方法两部分，且均包括过电流保护、交流电压谐波分量检测及带复合电压启动的交流电流检测三个故障诊断环节。本发明专利技术能够准确区分区内区外故障，保证故障后损失的储能容量最小，提高了储能系统的利用率与经济效益。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种储能系统的保护方法。
技术介绍
间歇式能源发电凭借其绿色环保的特点在电力系统的发展中扮演着越来越重要的角色，但是与此同时，间歇式能源发电的随机性和间歇性又会在大量并网后给整个电力系统的安全可靠运行带来挑战。储能技术则可以通过快速的有功无功控制，实现有效的功率波动平抑，使系统功率输出在一定范围内保持稳定，这对间歇式电源并网运行的可行性及稳定性起到了关键作用。大容量储能系统一般由多个储能单元并联组成，每个储能单元包功率变换器与储能装置，并通过各自的升压变压器连接至公共稱合点PCC(Point of Common Coupling),再与外电网相连。结构示意图如图1所示。需要说明的是，图中所示的PCS部分包含储能变流器、交流侧电感以及额定变比为1:1的Y/ Λ变压器。现有的研究主要集中于储能系统的在并网情况与孤岛情况下的控制策略，包括有功无功功率控制、定交流电压控制及下垂控制等。而对于储能系统保护策略的研究主要限于储能系统输电线路保护策略，例如采用电流差动保护来保护储能系统输电线路。由于储能单元的关键部件由储能变流器组成，而储能变流器的故障特征与传统发电机有较大区别，因此传统的过流保护等保护策略不能完全适用于针对储能系统的保护。
技术实现思路
为解决传统过流保护不能完全适用于针对储能系统的保护的问题，本专利技术提供了一种适用于储能系统的保护方法。一个由多个功率变换器、储能装置及各自升压变压器并联组成、并通过公共耦合点与外电网相连的大容量储能系统，其中功率变换器部分包含储能变流器、交流侧电感以及额定变比为1:1的Y/Λ变压器。其保护方法分为公共耦合点处的保护方法与储能单元出口处的保护方法两部分，且均由过电流保护、交流电压谐波分量检测及带复合电压启动的交流电流检测三个故障诊断环节组成。本专利技术中过电流保护环节的判据为经过保护装置的任意相电流有效值大于过电流保护的整定值，即判据I满足以下公式:判据1:ls>lzd = Iii.In式中，Is为任意相交流电流有效值，Izd为过流保护装置整定值，In为储能单元或储能系统过的额定电流有效值，h为过流保护装置可靠系数；当以上判据I成立时，判断为储能单元内部故障，公共耦合点处的保护装置延时八!\跳闸；储能单元出口处的保护装置速动，将故障储能单元迅速切除。AT1为保护配合级差，为了在储能单元内部故障时保证公共耦合点处保护不动作，保持储能系统与外电网的连接，依靠储能单元出口保护切除故障，保证其余储能单元的正常并网运行。另外，本专利技术中交流电压谐波分量检测环节的作用在于，将检测到的交流电压谐波分量大于预先设定的电压谐波分量值作为判据，即判据2满足以下公式:判据2:THDsXTHDzd式中，THDs为交流电压谐波分量检测值，THDzd为交流电压谐波分量设定值；当以上判据2成立时，储能单元出口处与公共耦合点处的保护装置均根据储能系统孤岛运行的要求确定是否断开断路器。最后，本专利技术中带复合电压起动的交流电压检测环节将检测到的交流电压与交流电流的正负序分量大于对应分量的预定值作为判据，即满足以下公式:判据3: \Us < K f；iV ；判据 4:1/s+ < k> In [t/s 本 0[/J Φ 0式中，Cf、υ-, 1:、/s—分别为交流电压与交流电流的正负序分量，K、片分别为可靠系数，UN、In分别为储能单元或储能系统故障前的交流电压电流有效值；当判据3成立、判据4不成立时，判断为电压互感器断线，发生异常的保护装置发出告警信号；当判据3与判据4均成立时，则说明发生储能系统外部故障，公共耦合点处的保护装置需要延时AT2动作并发出孤岛运行信号，储能单元出口处的保护装置延时作。其中AT2的作用在于将公共耦合点处保护装置与系统侧保护进行时间配合，并作为系统侧保护的后备保护，在系统侧远方故障且系统侧保护拒动时，跳闸并发出孤岛信号，将储能系统与外电网故障隔离；延时AT3也为保护配合级差，不仅保证在储能单元内部故障时非故障单元不被误切除，同时当储能系统外部故障或储能单元发生内部故障保护装置出现拒动时，作为后备保护将所有储能单元与交流母线断开，防止储能单元内变流器长时间过流造成的电力电子器件寿命缩短甚至引起损坏。本专利技术的有益效果:本专利技术能够准确区分区内区外故障，保证故障后损失的储能容量最小，提高了储能系统的利用率与经济效益。附图说明图1是本专利技术用以参考的大容量储能系统结构示意图。图2是本专利技术的公共耦合点处的保护方法流程图。图3是本专利技术的储能单元出口处的保护方法流程图。具体实施例方式以下结合附图和具体实施方式对本专利技术的技术方案做进一步的说明。如图1、图2、图3所示，当故障发生在某个储能单元内部时，故障储能单元出口处的交流电流有效值大小满足判据1，即Is>Izd = ki.In，保护装置迅速动作，将故障储能单元与交流母线断开，其余非故障储能单元及公共耦合点处仍然保持并网运行状态，继续与外部电网相连接。若考虑，当故障储能单元出口处保护装置发生拒动时，公共耦合点处的交流电流有效值满足判据1，即Is>Izd = &.In，保护装置延时AT1动作；其余非故障储能单元出口处的交流电压电流正负序分量满足判据3、判据4，权利要求1.，其特征在于:大容量储能系统由多个功率变换器、储能装置及各自升压变压器并联组成，并通过公共耦合点与外电网相连，其保护方法分为公共耦合点处的保护方法与储能单元出口处的保护方法两部分，且均包括过电流保护、交流电压谐波分量检测及带复合电压启动的交流电流检测三个故障诊断环节。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于:所述的过电流保护环节如下: 过电流保护环节的判据是经过保护装置的任意相电流有效值大于过电流保护的整定值，即判据I满足以下公式:判据 1:1s>Izd = ki.In 式中，Is为任意相交流电流有效值，Izd为过流保护装置整定值，In为储能单元或储能系统过的额定电流有效值，h为过流保护装置可靠系数； 当以上判据成立时，判断为储能单元内部故障，公共耦合点处的保护装置延时ATJI闸；储能单元出口处的保护装置速动，将故障储能单元迅速切除。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于:所述的交流电压谐波分量检测如下:将检测到的交流电压谐波分量大于预先设定的电压谐波分量值作为判据，即判据2满足以下公式:判据 2:THDs>THDzd 式中，THDs为交流电压谐波分量检测值，THDzd为交流电压谐波分量设定值； 针对储能单元出口处与公共耦合点处的保护方法，当以上判据成立时，保护装置均根据储能系统孤岛运行的要求确定是否断开断路器。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于:所述的带复合电压启动的交流电流检测环节如下: 将检测到的交流电压与交流电流的正负序分量大于对应分量的预定值作为判据，即判据3、判据4满足以下公式:判据3:全文摘要本专利技术公开了。大容量储能系统由多个功率变换器、储能装置及各自升压变压器并联组成，并通过公共耦合点与外电网相连，其保护方法分为公共耦合点处的保护方法与储能单元出口处的保护方法两部分，且均包括过电流保护、交流电压谐波分量检测及带复合电压启动的交流电流检测三个故障诊断环节。本专利技术能够准确区分区内区本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种针对大容量储能系统的保护方法，其特征在于：大容量储能系统由多个功率变换器、储能装置及各自升压变压器并联组成，并通过公共耦合点与外电网相连，其保护方法分为公共耦合点处的保护方法与储能单元出口处的保护方法两部分，且均包括过电流保护、交流电压谐波分量检测及带复合电压启动的交流电流检测三个故障诊断环节。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：徐习东，徐涛，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：