CN112467737A - 一种储能系统接入电网时的安全校核分析方法 - Google Patents

Abstract

一种储能系统接入电网时的安全校核分析方法，涉及电力技术领域，本发明通过分析储能系统接入后，对厂用母线段电能质量包括谐波和电压波动两个方面的影响，校核计算机端储能调频装置产生的最大谐波电流和谐波电压值，满足IEEE 1547标准和IEEE 1519标准的谐波要求等，实现对电厂侧储能系统并网后的电网层级涉网安全、电厂的机组和厂用电安全、储能系统的安全风险进行评估，确保实现电厂侧储能系统并网接入时不影响机组及电网正常运行，不影响厂用辅助设备正常运行和不影响厂用电切换灵活性等，适合大范围的推广和应用。

Description

一种储能系统接入电网时的安全校核分析方法

技术领域

本发明涉及电力技术领域，具体涉及一种储能系统接入电网时的安全校核分析方法。

背景技术

已知的，分布式发电是新能源使用的一种重要形式，可以缓解能源紧缺和环境恶化的压力，但是随着分布式电源渗透率的提高，其随机性和波动性的缺点将更为明显，严重威胁着电网的安全运行。

近年来，随着风力发电以及光伏发电等新能源发电方式的不断并网，对于原有的电网系统稳定性造成了一定的威胁和影响，主要体现在系统的调峰和调频这两个方面。在冬季风电大规模供电时期，同时常规电厂机组处于工业供热或者供暖供热，电网的调频能力逐渐下降，风电弃风现象严重，并且对于风力的耗损等都比较严重。随着电网中风电装机容量不断增加，如不能满足电网对调频辅助服务的需求，将对风电等新能源的开发利用形成严重制约。

由于新能源场站的调频效果远好于任何常规发电（包括煤电和联合循环）技术，引入相对少量的新能源场站系统，就能够迅速有效提高区域电网对新能源接入的应对能力。因此，如何应用新能源场站来改善常规发电厂的调频性能是应用的关键。

基于常规发电厂的调频性能提升是急切的市场需求，为了提高电网运行安全性，各区域电网监管机构相继出台了《并网发电厂运行管理实施细则》和《并网发电厂辅助服务管理实施细则》（简称“两个细则”）来规范发电机组的调频响应性能。

综上所述，从未来电网环境和鼓励政策等方面的分析，所有发电机组均积极主动参与补偿调频辅助服务，配置电池新能源场站系统协助联合调频是必然趋势。

随着经济社会的发展，人们对电能的需求和供电可靠性的要求越来越高。一方面，电网面临负荷增长，峰谷差增大和长距离输电成本增加等挑战，另一方面，可再生能源的间歇性和波动性给电网的安全稳定运行也带来了严重的影响。新能源场站是解决这些问题的有效方法和终极手段。而在整个新能源场站中储能系统接入电网时的安全校核分析方法是其中的关键，因此，如何提供一种储能系统接入电网时的安全校核分析方法就成了本领域技术人员的长期技术诉求。

发明内容

为克服背景技术中存在的不足，本发明提供了一种储能系统接入电网时的安全校核分析方法，本发明可以较好的实现对电厂侧储能系统并网后的电网层级涉网安全、电厂的机组和厂用电安全、储能系统的安全风险进行评估。

为实现如上所述的发明目的，本发明采用如下所述的技术方案：

一种储能系统接入电网时的安全校核分析方法，所述安全校核分析方法具体包括如下步骤：

第一步、对接入点谐波影响进行分析：

首先根据储能双向功率变换装置厂家提供的技术指标，核算最严重情况下调频储能装置产生的谐波电流全部进入厂用母线，在厂用母线上产生的谐波电压，核算最严重情况下调频储能装置产生的谐波电流全部进入发电机，在电网上产生的谐波电压，储能系统并网采用高频功率变换装置，并网谐波总量同时符合分布式电源并网标准和IEEE推荐实践的谐波控制的电力系统要求；

第二步、对接入点电压影响进行分析：

储能系统主功率回路接入电厂原有母线段，并网功率因数＞0.99，基本不向机组6kV段注入或吸收无功功率，因此对6kV段内电压偏差影响极小；

第三步、对保护适应性分析：

储能系统在放电运行工况时，相当于机组电气系统中增加了一个恒功率电源，当某处发生短路时，储能系统向短路点输出短路电流，由于储能系统提供的短路电流值很小，对电网短路时的电流贡献值有限，影响不大，储能系统配置的电压和电流保护装置，当系统发生电压跌落或短路故障，并网逆变器发生过流故障情况下，会快速将储能系统从并网点切除，从而进一步降低储能系统接入后对机端短路故障电流的影响；

第四步、对电网安全校核结论：

储能系统接入后，通过合理的保护配置可快速切除，不影响系统正常运行，储能系统运行时产生的谐波电压和电流也都在导则和国家标准要求的范围内，不会对电网的电能质量产生不利影响。

所述的储能系统接入电网时的安全校核分析方法，所述分布式电源并网标准和IEEE推荐实践的谐波控制的电力系统要求中要求电流谐波总量均<5%。

所述的储能系统接入电网时的安全校核分析方法，所述厂用母线为厂用6kV母线。

采用如上所述的技术方案，本发明具有如下所述的优越性：

本发明通过分析储能系统接入后，对厂用母线段电能质量包括谐波和电压波动两个方面的影响，校核计算机端储能调频装置产生的最大谐波电流和谐波电压值，满足IEEE 1547标准和IEEE 1519标准的谐波要求等，实现对电厂侧储能系统并网后的电网层级涉网安全、电厂的机组和厂用电安全、储能系统的安全风险进行评估，确保实现电厂侧储能系统并网接入时不影响机组及电网正常运行，不影响厂用辅助设备正常运行和不影响厂用电切换灵活性等，适合大范围的推广和应用。

具体实施方式

通过下面的实施例可以更详细的解释本发明，本发明并不局限于下面的实施例；

本发明所述的一种储能系统接入电网时的安全校核分析方法，所述安全校核分析方法具体包括如下步骤：

第一步、对接入点谐波影响进行分析：

首先根据储能双向功率变换装置厂家提供的技术指标，核算最严重情况下调频储能装置产生的谐波电流全部进入厂用6kV母线，在厂用6kV母线上产生的谐波电压，核算最严重情况下调频储能装置产生的谐波电流全部进入发电机，在电网上产生的谐波电压，储能系统并网采用高频功率变换装置，并网谐波总量同时符合分布式电源并网标准和IEEE推荐实践的谐波控制的电力系统要求，所述分布式电源并网标准和IEEE推荐实践的谐波控制的电力系统要求中要求电流谐波总量均<5%；

第二步、对接入点电压影响进行分析：

储能系统主功率回路接入电厂原有6kV母线段，并网功率因数＞0.99，基本不向机组6kV段注入或吸收无功功率，因此对6kV段内电压偏差影响极小；

第三步、对保护适应性分析：

储能系统在放电运行工况时，相当于机组电气系统中增加了一个恒功率电源，当某处发生短路时，储能系统向短路点输出短路电流，由于储能系统提供的短路电流值很小，对电网短路时的电流贡献值有限，影响不大，储能系统配置的电压和电流保护装置，当系统发生电压跌落或短路故障，并网逆变器发生过流故障情况下，会快速将储能系统从并网点切除，从而进一步降低储能系统接入后对机端短路故障电流的影响；

第四步、对电网安全校核结论：

储能系统接入后，通过合理的保护配置可快速切除，不影响系统正常运行，储能系统运行时产生的谐波电压和电流也都在导则和国家标准要求的范围内，不会对电网的电能质量产生不利影响。

本发明在具体实施时，储能接入电厂系统的接入方式原则是不能影响机组及电网正常运行，不能影响厂用辅助设备正常运行，不能影响厂用电切换灵活性。对于接入多段母线的储能装置，不允许通过储能系统形成高低压电磁环网运行。

实施时，储能系统接入对电能质量的影响：

根据储能双向功率变换装置厂家提供的技术指标，核算最严重情况下调频储能装置产生的谐波电流全部进入厂用6kV母线，在母线上产生的谐波电压；核算最严重情况下调频储能装置产生的谐波电流全部进入发电机，在电网上产生的谐波电压；

分析储能系统接入后，对厂用母线段电能质量包括谐波和电压波动两个方面的影响。校核计算机端储能调频装置产生的最大谐波电流和谐波电压值，满足IEEE 1547标准和IEEE 1519标准的谐波要求。根据GB/T 36547-2018《电化学储能系统接入电网技术规定》；

储能系统主功率回路接入电厂6kV原有母线段，并网功率因数>0.99。储能系统接入后，对厂用6kV母线段电能质量主要表现为谐波和电压影响两个方面，分别分析如下：

A、对接入点谐波的影响

储能系统并网采用高频功率变换装置，并网谐波总量同时符合《分布式电源并网标准》(IEEE 1547)和《IEEE推荐实践的谐波控制的电力系统要求》（IEEE 519）标准。两个标准要求电流谐波总量均<5%。

B 、对接入点电压的影响

储能系统并网功率因数>0.99，基本不向机组6kV段注入或吸收无功功率，因此对6kV段内电压偏差影响极小。

C、保护适应性分析

储能系统在放电运行工况时，相当于机组电气系统中增加了一个恒功率电源，当某处发生短路时，储能系统向短路点输出短路电流，由于储能系统提供的短路电流值很小，对电网短路时的电流贡献值有限，影响不大。

而实际上，储能系统配置了完善的电压和电流保护装置，当系统发生电压跌落或短路故障，并网逆变器发生过流故障等情况下，会快速将储能系统从并网点切除，从而进一步降低储能系统接入后对机端短路故障电流的影响。

因此，储能系统的接入对电网短路容量的影响有限，不需要改变现有系统保护配置。

D、对电网安全校核结论

根据上述计算及分析可以得出结论，储能系统接入后，通过合理的保护配置可快速切除，不影响系统正常运行。储能系统运行时产生的谐波电压和电流也都在导则和国家标准要求的范围内，不会对电网的电能质量产生不利影响。

进一步，对储能本体系统安全性评估：

储能本体系统的安全评估，包括储能系统各级保护、消防、安全措施和环境等。

相关防范措施如下：

1、电池包应从电芯类型、材料选择、结构设计、布局方式等方面进行充分考虑，保证系统的安全运行。由于三元锂电池的热失控温度只有180℃左右，磷酸铁锂电池的热失控温度有230℃，并且三元锂电池在意外着火后容易释放氧气，磷酸铁锂锂电池不会释放氧气。综合选择，磷酸铁锂电池更适合应用在火电厂机组AGC储能辅助调频项目中。电池模组的塑胶结构件应具有绝缘性好、耐热性强、抗腐蚀性好、不燃等特点，提升电池模组的防火耐火性能。电池模组结构设计应充分考虑电芯的散热、防火隔离。电池布局方式应尽量减少电芯及电池簇的并联数量，提高散热效果及减少灾害蔓延、放大事故状态的可能性。冷却系统应能将集装箱内的电芯之间温差控制在10℃以内，保证电池正常工作。系统各柜体器件应考虑足够的爬电距离、空气间隙。

2、电池管理系统应逐级设计安全的保护措施，使其在下一级出现问题时能够保持工作状态，发挥管理功能，及时断开故障区域，并发出指令使系统停机，杜绝热失控发生。

3、储能调频设备的继电保护应按《继电保护及安全自动装置技术规程》（GB/T14285-2006）配置相应的保护装置。储能调频项目应从最基本的组成单元电芯开始，到厂侧接入的最后关口，每个环节都要求有对应的安全措施，从安全性上做到“层层设防，节节抵抗”。

进一步，对储能电池及PCS的相应保护措施：

PCS及电池设备应合理配备熔断器、接触器、开关等隔离设备，具备完善的故障监测和保护功能，当发生故障时能够快速切除故障，防止事故扩大。保护功能应包括：

1、PCS具备直流侧和交流侧过电压/低电压，过电流保护、短路和绝缘监测保护、系统过载/过热保护功能、桥臂故障保护等；

2、电芯外加铝壳或钢壳防护，直流熔丝熔断保护，温度传感器测温，配置过充电保护装置等；

3、直流熔丝熔断保护，直流开关控制通断，温度传感器测温，配置过充电保护装置等；

4、电池机架内配置直流熔丝熔断保护，直流继电器过充电保护，BMS配置电池过充过放保护，过压保护，过流保护，超温保护，电池低电压报警，电池高电压报警，母线电压高报警，通讯错误报警等。

进一步、对储能项目其他安全技术措施：

储能系统区域设置独立避雷针作为直击雷保护。项目工程接地系统除充分利用原有接地体外，水平接地干线可采用50×5的热镀锌扁钢，垂直接地极采用63×6×2500的热镀锌角钢。接地干线埋深1.1m，与厂区原有接地网相连。所有电气设备均应装设接地装置，并将电气设备外壳接地。对于新建的电缆沟等构筑物接地应引至新建地网，并做两点以上可靠连接。

PCS出口的低压交流系统采用三相三线制系统。电池机架做完善接地。其他应具有的安全措施：

1、空调及温控系统，维持热稳定，避免局部热失控；

2、火灾探测及自动灭火系统自动侦测火情，联动灭火，声光报警；

3、储能集装箱直流母线及辅助用电入口配置浪涌保护装置，防止尖峰电压电流；

4、储能集装箱接地保护；

5、储能电池急停按钮紧急停机；

6、储能集装箱配置绝缘监测装置，自动保护停机；

7、 PCS设备急停按钮紧急停机等；

本发明中，储能系统选用磷酸铁锂电池作为储能介质。磷酸铁锂电池在生产和运行过程中，全程无污染，电池正负极、电解液、隔膜等材质均采用无污染材料。电芯结构为硬质方壳，可最大程度防止液体泄漏，且电解液若暴露于空气中可迅速氧化结晶。电芯内部化学反应不产生气体。目前磷酸铁锂电池已广泛应用于新能源汽车、自动化生产、消费电子、电工工具、电网电力设备等多种领域，被视为安全环保的理想电源材料。集装箱储能系统作为零排放设备，在运行过程中不产生废水、废气、废渣等物质，亦不产生振动、噪音等。在系统运行寿命终止后，可由生产厂家或第三方回收商回收分解再利用等。

本发明未详述部分为现有技术。

为了公开本发明的发明目的而在本文中选用的实施例，当前认为是适宜的，但是，应了解的是，本发明旨在包括一切属于本构思和发明范围内的实施例的所有变化和改进。

Claims (3)

1.一种储能系统接入电网时的安全校核分析方法，其特征是：所述安全校核分析方法具体包括如下步骤：

第一步、对接入点谐波影响进行分析：

首先根据储能双向功率变换装置厂家提供的技术指标，核算最严重情况下调频储能装置产生的谐波电流全部进入厂用母线，在厂用母线上产生的谐波电压，核算最严重情况下调频储能装置产生的谐波电流全部进入发电机，在电网上产生的谐波电压，储能系统并网采用高频功率变换装置，并网谐波总量同时符合分布式电源并网标准和IEEE推荐实践的谐波控制的电力系统要求；

第二步、对接入点电压影响进行分析：

储能系统主功率回路接入电厂原有母线段，并网功率因数＞0.99，基本不向机组6kV段注入或吸收无功功率，因此对6kV段内电压偏差影响极小；

第三步、对保护适应性分析：

储能系统在放电运行工况时，相当于机组电气系统中增加了一个恒功率电源，当某处发生短路时，储能系统向短路点输出短路电流，由于储能系统提供的短路电流值很小，对电网短路时的电流贡献值有限，影响不大，储能系统配置的电压和电流保护装置，当系统发生电压跌落或短路故障，并网逆变器发生过流故障情况下，会快速将储能系统从并网点切除，从而进一步降低储能系统接入后对机端短路故障电流的影响；

第四步、对电网安全校核结论：

储能系统接入后，通过合理的保护配置可快速切除，不影响系统正常运行，储能系统运行时产生的谐波电压和电流也都在导则和国家标准要求的范围内，不会对电网的电能质量产生不利影响。

2.根据权利要求1所述的储能系统接入电网时的安全校核分析方法，其特征是：所述分布式电源并网标准和IEEE推荐实践的谐波控制的电力系统要求中要求电流谐波总量均<5%。

3.根据权利要求1所述的储能系统接入电网时的安全校核分析方法，其特征是：所述厂用母线为厂用6kV母线。