CN110806513A

CN110806513A - 一种储能电站一体化并网检测系统及检测方法

Info

Publication number: CN110806513A
Application number: CN201910870956.XA
Authority: CN
Inventors: 胡雪凯; 梁纪峰; 胡文平; 罗蓬; 王磊; 周文; 孟良; 杨少波
Original assignee: State Grid Corp of China SGCC; Electric Power Research Institute of State Grid Hebei Electric Power Co Ltd; State Grid Hebei Energy Technology Service Co Ltd
Current assignee: State Grid Corp of China SGCC; Electric Power Research Institute of State Grid Hebei Electric Power Co Ltd; State Grid Hebei Energy Technology Service Co Ltd
Priority date: 2019-09-16
Filing date: 2019-09-16
Publication date: 2020-02-18
Anticipated expiration: 2039-09-16
Also published as: CN110806513B

Abstract

本发明涉及一种储能电站一体化并网检测系统及检测方法，其包括数据采集单元、功能测试单元以及集中控制单元；数据采集单元用于接收储能系统输入的模拟信号，后进行相应的滤波处理并将其转化为数字信号，随后分别发送至集中控制单元和功能测试单元；集中控制单元，用于GPS对时，在接收到数据采集单元发送的数字信号后自动加载或识别手动输入的功能测试单元对应的项目参数N并自动加载相应功能测试单元的测试参数，并存储功能测试单元的检测结果。本发明具有高度集成、操作便捷、检测效率高的特点，自动化程度高，一次接线完成后可以自动加载各检测项目的检测程序，避免了储能系统并网检测过程中，每项检测项目检测完成后需要人工手动设置检测程序的繁琐过程。

Description

一种储能电站一体化并网检测系统及检测方法

技术领域

本发明属于新能源及储能技术领域，特别涉及一种储能电站一体化并网检测系统及检测方法。

背景技术

为避免储能系统接入对电网在电能质量、安全可靠运行方面的影响，更好的发挥储能系统的作用，需要开展面向新能源的储能系统接入电网检测关键技术研究，对储能系统的充放电模式切换、功率控制、电压调节能力、充放电特性、电能质量等检测技术进行深入研究，推动储能系统接入电网检测技术的发展。

然而，现有的某些检测装置并不是专门针对储能系统的并网检测设计，往往只能完成并网检测项目中的一项或少数几项，且需要人工反复设置检测参数，试验过程繁琐。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种高度集成、操作便捷、检测效率高的储能电站一体化并网检测系统及检测方法。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种储能电站一体化并网检测系统，其包括数据采集单元、功能测试单元以及集中控制单元；所述数据采集单元用于接收储能系统输入的模拟信号，后进行相应的滤波处理并将其转化为数字信号，随后分别发送至集中控制单元和功能测试单元；

所述集中控制单元，用于GPS对时，在接收到数据采集单元发送的数字信号后自动加载或识别手动输入的功能测试单元对应的项目参数N并自动加载相应功能测试单元的测试参数，并存储功能测试单元的检测结果。

进一步的，功能测试单元包括充放电模式切换检测单元、有功功率控制能力检测单元、无功电压调节能力检测单元、自放电率检测单元和电能质量检测单元中一种以上的组合；

所述充放电模式切换检测单元、有功功率控制能力检测单元、无功电压调节能力检测单元、自放电率检测单元和电能质量检测单元分别对应不同的项目参数N。进一步的，功能测试单元包括充放电模式切换检测单元，所述充放电模式切换检测单元用于对储能系统下发控制指令令其额定功率的90％下进行充放电模式间切换并记录切换用时，计算得到充放电模式切换用时和切换引起的公共连接点处功率变化率。

进一步的，功能测试单元包括有功功率控制能力检测单元，所述有功功率控制能力检测单元用于对储能系统下发控制指令令其做如下两种操作：一是在充电模式下从额定功率P_N的10％充电阶跃为90％充电并记录阶跃用时，二是在放电模式下从额定功率P_N的10％放电阶跃为90％放电并记录阶跃用时，最后计算有功功率动态阶跃响应速度。

进一步的，功能测试单元包括无功电压调节能力检测单元，所述无功电压调节能力检测单元用于对储能系统下发控制指令令其功率因数为零，将无功输出分别调到零再调到输出上限，分别记录当时的输出电压，最后计算电压调差率。

进一步的，功能测试单元包括自放电率检测单元，所述自放电率检测单元用于测试储能系统在满充状态下的自放电率，即单位时间内自放电损失电量与满充电量之比。

进一步的，功能测试单元包括电能质量检测单元，所述电能质量检测单元用于测试储能系统的三相电压不平衡、谐波、直流分量、电压偏差、电压波动与闪变。

进一步的，所述数据采集单元包括交流变换模块和与之串联的滤波模块。

进一步的，所述数据采集单元采用AD公司生产的8通道、16位采集芯片AD7606。

进一步的，所述数据采集单元由交流变换模块和滤波模块串联构成，其中交流变换模块采用SCM-971，滤波模块采用SCM-973。

进一步的，所述集中控制单元采用至少两片ARM9的精简指令集计算机RISC架构的具备GPS对时功能的双32位处理机和可编程逻辑门阵列高速逻辑芯片。

进一步的，所述处理器用于接收手动输入的各个测试功能单元对应的项目参数N。

进一步的，可编程逻辑门阵列高速逻辑芯片如FPGA。

利用所述的一种储能电站一体化并网检测系统的检测方法，包括如下步骤：

步骤1、数据采集单元接收储能系统的电压、电流模拟量，进行相应的滤波处理，转化为数字信号，分别发送至集中控制单元和功能测试单元；

步骤2、接收到数字信号后，集中控制单元将项目参数N初始化，置数N＝1，加载第一组预置程序，进入充放电模式切换检测单元，下发相应控制指令，控制储能系统从额定功率的90％充电阶跃为额定功率的90％放电，记录对应的转换用时为T1，待稳定后，控制储能系统从额定功率的90％放电阶跃为额定功率的90％充电，记录对应的转换用时为T2，计算得到充放电模式切换用时T3为T3＝(T1+T2) /2，切换引起的公共连接点处功率变化率E为E＝180％*P_N/T3，P_N为额定功率，并将结果输出至集中控制单元存储；

步骤3、集中控制单元将项目参数N置数N＝2，加载第二组预置程序，进入有功功率控制能力检测单元，下发相应控制指令，控制储能系统在充电模式下从额定功率P_N的10％充电阶跃为90％充电并记录阶跃用时为T4，在放电模式下从额定功率P_N的10％放电阶跃为90％放电并记录阶跃用时为T5，计算有功功率动态阶跃响应速度T6＝(T4+T5)/2，并将结果输出至集中控制单元存储；

步骤4、集中控制单元将项目参数N置数N＝3，加载第三组预置程序，进入无功电压调节能力检测单元，下发开相应控制指令，控制储能系统的功率因数为零，将无功输出调到零，记录对应的储能系统输出电压U1；再将无功输出调到输出上限Q，记录对应的输出电压U2，计算电压调差率△U＝(U2-U1)/Q，并将结果输出至集中控制单元存储；

步骤5、集中控制单元将项目参数N置数N＝4，加载第四组预置程序，进入自放电率检测单元，控制储能系统开始充电，并检测储能系统是否处于充满状态；记录储能系统充满电时刻为t1，并使储能系统处于自然放电状态，分别记录损失电量在定幅增长5％的每个结点上对应的时间t2、t3、……、tn，n为大于等于2 的正整数，计算得到自放电率并将结果输出至集中控制单元存储；

步骤6、集中控制单元将项目参数N置数N＝5，加载第五组预置程序，进入电能质量检测单元，启动内置的电能质量分析模块开始记录电压、电流波形数据，设置记录的时间间隔，连续记录后，根据记录的数据进行傅里叶分解，计算得到三相电压不平衡、谐波、直流分量、电压偏差、电压波动与闪变，并将结果输出至集中控制单元存储；

步骤7、集中控制单元将项目参数N置数N＝0，表示整个检测过程结束。

进一步的，在步骤7之后，根据步骤2～步骤6中充放电模式切换检测单元、有功功率控制能力检测单元、无功电压调节能力检测单元、自放电率检测单元和电能质量检测单元输出的数据形成被测储能系统的检测报告。

进一步的，集中控制单元的项目参数N同时具有手动设置功能，可直接手动将项目参数N置数为1-5中任一，以满足进行步骤2-步骤6中单独某项检测或者几项检测的需求。

本发明的有益效果如下：

本发明具有高度集成、操作便捷、检测效率高的特点，自动化程度高，一次接线完成后可以自动加载各检测项目的检测程序，避免了储能系统并网检测过程中，每项检测项目检测完成后需要人工手动设置检测程序的繁琐过程。本检测系统采用一体化设计，结构紧凑，保证了整个测试系统功能及被测储能系统信息的完整性，克服了传统单设备测试的弊端，减少了设备空间。另外，本发明可以单独进行某项或某几项检测项目，更加适应用户实际需求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为储能电站一体化并网检测系统的框架图。

图2为实施例中某一储能电站和一体化检测系统之间信号流向示意图。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本申请及其应用或使用的任何限制。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

如图1-图2所示，实施例涉及一种储能电站一体化并网检测系统，其包括数据采集单元、功能测试单元以及集中控制单元；所述数据采集单元用于接收储能系统输入的模拟信号，后进行相应的滤波处理并将其转化为数字信号，随后分别发送至集中控制单元和功能测试单元；

进一步的，可编程逻辑门阵列高速逻辑芯片如FPGA。

实施例中功能测试单元包括充放电模式切换检测单元、有功功率控制能力检测单元、无功电压调节能力检测单元、自放电率检测单元和电能质量检测单元中一种以上的组合，所述充放电模式切换检测单元、有功功率控制能力检测单元、无功电压调节能力检测单元、自放电率检测单元和电能质量检测单元分别对应不同的项目参数N。

说明本实施例可以包括以下检测项目：充放电模式切换检测、有功功率控制能力检测、无功电压调节能力检测、自放电率检测及电能质量检测。

说明实施例中功能测试单元既可以是充放电模式切换检测单元、有功功率控制能力检测单元、无功电压调节能力检测单元、自放电率检测单元和电能质量检测单元中任一种，也可以是任意两两组合，任意三三组合，任意四四组合或这五种组合。

进一步说明，功能测试单元包括充放电模式切换检测单元，所述充放电模式切换检测单元用于对储能系统下发控制指令令其在额定功率P_N的90％下进行充放电模式间切换并记录切换用时，计算得到充放电模式切换用时和切换引起的公共连接点处功率变化率。

进一步说明，功能测试单元包括有功功率控制能力检测单元，所述有功功率控制能力检测单元用于对储能系统下发控制指令令其做如下两种操作：一是在充电模式下从额定功率P_N的10％充电阶跃为90％充电并记录阶跃用时，二是在放电模式下从额定功率P_N的10％放电阶跃为90％放电并记录阶跃用时，最后计算有功功率动态阶跃响应速度。

进一步说明，功能测试单元包括无功电压调节能力检测单元，所述无功电压调节能力检测单元用于对储能系统下发控制指令令其功率因数为零，将无功输出分别调到零再调到输出上限，分别记录当时的输出电压，最后计算电压调差率。

进一步说明，功能测试单元包括自放电率检测单元，所述自放电率检测单元用于测试储能系统在满充状态下，单位时间内自放电损失电量与满充电量之比。

进一步说明，功能测试单元包括电能质量检测单元，所述电能质量检测单元用于测试储能系统的电压偏差、电压不平衡度、谐波、直流分量、电压波动及闪变。利用所述的一种储能电站一体化并网检测系统的检测方法，步骤如下：

步骤2、接收到数字信号后，集中控制单元将项目参数N初始化，置数N＝1，加载第一组预置程序，进入充放电模式切换检测单元，下发相应控制指令，控制储能系统从额定功率P_N的90％充电阶跃为90％放电，记录对应的转换用时T1；待稳定40s后，控制储能系统从额定功率P_N的90％放电阶跃为90％充电，记录对应的转换用时T2，计算得到充放电模式切换用时T3为T3＝(T1+T2)/2，切换引起的公共连接点处功率变化率E为E＝180％*P_N/T3，P_N为额定功率，并将结果输出至集中控制单元存储；

以对某100MW储能电站检测为例，此步骤2的检测过程为：

控制储能电站的功率从90MW充电阶跃为90MW放电，记录对应的转换用时为 T1＝5.04s；待稳定40s后，控制储能电站从90MW放电阶跃为90MW充电，记录对应的转换用时T2＝4.92s，计算充放电模式切换用时T3＝(T1+T2)/2＝4.98s，功率变化率E＝180％*P_N/T3＝36.14MW/s；

步骤3、集中控制单元将项目参数N置数N＝2，加载第二组预置程序，进入有功功率控制能力检测单元，下发相应控制指令，控制储能系统从额定功率P_N的10％充电阶跃为90％充电，记录对应的转换用时T4；待稳定40s后，控制储能系统从额定功率的10％放电阶跃为90％放电，记录对应的转换用时T5，计算有功功率动态阶跃响应速度T6＝(T4+T5)/2，并将结果输出至集中控制单元存储；

以对某100MW储能电站检测为例，此步骤3的检测过程为：

控制储能电站从10MW充电阶跃为90MW充电，记录对应的转换用时T4＝3.24s；待稳定40s后，控制储能系统从10MW放电阶跃为90MW放电，记录对应的转换用时T5＝3.12s，计算充放电模式切换时间T6＝(T4+T5)/2＝3.18s；

以对某100MW储能电站检测为例，此步骤4的检测过程为：

控制储能系统的功率因数为零，将无功输出调到零，记录对应的储能系统输出电压U1＝115.32kV；再将无功输出调到输出上限Q＝100MW，记录对应的输出电压 U2＝117.26kV，计算电压调差率△U＝(U2-U1)/Q＝0.0194kV/MW；

步骤5、集中控制单元将项目参数N置数N＝4，加载第四组预置程序，进入自放电率检测单元，控制储能系统开始充电，并检测储能系统是否处于充满状态；记录储能系统充满电时刻为t1，并使储能系统处于自然放电状态，分别记录损失电量5％、10％、15％、20％时对应的时间t2、t3、t4、t5，计算得到自放电率

并将结果输出至集中控制单元存储；

以对某100MW储能电站检测为例，此步骤5的检测过程为：

控制储能系统开始充电，并检测储能系统是否处于充满状态；记录储能系统充满电时刻t1＝0s，并使储能系统处于自然放电状态，分别记录损失电量5％、10％、 15％、20％时对应的时间t2＝960s、t3＝1780s、t4＝2690s、t5＝3580s，自放电率

步骤6、集中控制单元将项目参数N置数N＝5，加载第五组预置程序，进入电能质量检测单元，启动内置的电能质量分析模块开始记录电压、电流波形数据，设置记录的时间间隔；例如3s、10s、30s，连续记录一段时间后，例如连续记录两小时后，根据记录的数据进行傅里叶分解，计算得到电压电流基波、各次谐波含量、负序电压不平衡及电压闪变，并将结果输出至集中控制单元存储；

步骤7、集中控制单元将检测项目参数N置数N＝0，表示整个检测过程结束。

进一步的，在步骤7之后，根据步骤2-步骤6中充放电模式切换检测单元、有功功率控制能力检测单元、无功电压调节能力检测单元、自放电率检测单元和电能质量检测单元输出的数据形成被测储能系统的检测报告。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/ 或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本申请的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。

Claims

1.一种储能电站一体化并网检测系统，其特征在于，其包括数据采集单元、功能测试单元以及集中控制单元；所述数据采集单元用于接收储能系统输入的模拟信号，后进行相应的滤波处理并将其转化为数字信号，随后分别发送至集中控制单元和功能测试单元；

2.根据权利要求1所述的一种储能电站一体化并网检测系统，其特征在于，功能测试单元包括充放电模式切换检测单元、有功功率控制能力检测单元、无功电压调节能力检测单元、自放电率检测单元和电能质量检测单元中一种以上的组合，所述充放电模式切换检测单元、有功功率控制能力检测单元、无功电压调节能力检测单元、自放电率检测单元和电能质量检测单元分别对应不同的项目参数N。

3.根据权利要求1或2所述的一种储能电站一体化并网检测系统，其特征在于，功能测试单元包括充放电模式切换检测单元，所述充放电模式切换检测单元用于对储能系统下发控制指令令其在相同功率下进行充放电模式间切换并记录切换用时，计算得到充放电模式切换用时和切换引起的公共连接点处功率变化率。

4.根据权利要求1或2所述的一种储能电站一体化并网检测系统，其特征在于，功能测试单元包括有功功率控制能力检测单元，所述有功功率控制能力检测单元用于对储能系统下发控制指令令其做如下两种操作：一是在充电模式下进行指定功率间的阶跃并记录阶跃用时，二是在放电模式下进行指定功率间的阶跃并记录阶跃用时，最后计算有功功率动态阶跃响应速度。

5.根据权利要求1或2所述的一种储能电站一体化并网检测系统，其特征在于，功能测试单元包括无功电压调节能力检测单元，所述无功电压调节能力检测单元用于对储能系统下发控制指令令其功率因数为零，将无功输出分别调到零再调到输出上限，分别记录当时的输出电压，最后计算电压调差率。

6.根据权利要求1或2所述的一种储能电站一体化并网检测系统，其特征在于，功能测试单元包括自放电率检测单元，所述自放电率检测单元用于测试储能系统在满充状态下的自放电率，即单位时间内自放电损失电量与满充电量之比。

7.根据权利要求1或2所述的一种储能电站一体化并网检测系统，其特征在于，功能测试单元包括电能质量检测单元，所述电能质量检测单元用于测试储能系统的三相电压不平衡、谐波、直流分量、电压偏差、电压波动与闪变。

8.根据权利要求1或2所述的一种储能电站一体化并网检测系统，其特征在于，所述数据采集单元包括交流变换模块和与之串联的滤波模块。

9.根据权利要求2所述的一种储能电站一体化并网检测系统，其特征在于，所述集中控制单元采用至少两片ARM9的精简指令集计算机RISC架构的具备GPS对时功能的双32位处理机和可编程逻辑门阵列高速逻辑芯片。

10.利用权利要求1所述的一种储能电站一体化并网检测系统的检测方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤2、接收到数字信号后，集中控制单元将项目参数N初始化，置数N=1，加载第一组预置程序，进入充放电模式切换检测单元，下发相应控制指令，控制储能系统在相同功率下从充电阶跃为放电，记录对应的转换用时为T1，待稳定后，控制储能系统在相同功率下从放电阶跃为充电，记录对应的转换用时为T2，计算得到充放电模式切换用时T3为T3=（T1+T2）/2，切换引起的公共连接点处功率变化率E为E=180%*P_N/T3，P_N为额定功率，并将结果输出至集中控制单元存储；

步骤3、集中控制单元将项目参数N置数N=2，加载第二组预置程序，进入有功功率控制能力检测单元，下发相应控制指令，控制储能系统在充电模式下进行指定功率间的阶跃并记录阶跃用时为T4，在放电模式下进行指定功率间的阶跃并记录阶跃用时为T5，计算有功功率动态阶跃响应速度T6=（T4+T5）/2，并将结果输出至集中控制单元存储；

步骤4、集中控制单元将项目参数N置数N=3，加载第三组预置程序，进入无功电压调节能力检测单元，下发开相应控制指令，控制储能系统的功率因数为零，将无功输出调到零，记录对应的储能系统输出电压U1；再将无功输出调到输出上限Q，记录对应的输出电压U2，计算电压调差率△U=（U2-U1）/Q，并将结果输出至集中控制单元存储；

步骤5、集中控制单元将项目参数N置数N=4，加载第四组预置程序，进入自放电率检测单元，控制储能系统开始充电，并检测储能系统是否处于充满状态；记录储能系统充满电时刻为t1，并使储能系统处于自然放电状态，分别记录损失电量在定幅增长的每个结点上对应的时间t2、t3、……、tn，n为大于等于2的正整数，计算得到自放电率，P_N为额定功率；将结果输出至集中控制单元存储；

步骤6、集中控制单元将项目参数N置数N=5，加载第五组预置程序，进入电能质量检测单元，启动内置的电能质量分析模块开始记录电压、电流波形数据，设置记录的时间间隔，连续记录后，根据记录的数据进行傅里叶分解，计算得到三相电压不平衡、谐波、直流分量、电压偏差、电压波动与闪变，并将结果输出至集中控制单元存储；

步骤7、集中控制单元将项目参数N置数N=0，表示整个检测过程结束。