CN113866648A - 一种储能电站故障检测方法、系统及存储介质 - Google Patents

一种储能电站故障检测方法、系统及存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种储能电站故障检测方法、系统及存储介质，其中方法包括：实时获取储能电池的SOC；基于储能电池的SOC得到储能电池实时SOC变化率；将实时SOC变化率与预设故障整定值进行比较，若实时SOC变化率大于或等于预设故障整定值，则判定为储能电站故障。基于储能电池SOC变化率的储能电站故障检测方法，能够实现低成本，有效检测线路故障，包括交流侧故障、直流侧故障以及多台换流器之间环流异常故障。

Description

一种储能电站故障检测方法、系统及存储介质
技术领域
本发明涉及储能电站技术领域，尤其涉及一种储能电站故障检测方法、系统及存储介质。
背景技术
随着国家政策的大力支持下，新能源发展更加迅速，而新能源的波动性，不确定性及其反调峰特性，导致消纳特别困难，大力推广“新能源+储能”发展模式可以进一步加快新能源发展。储能电站可以有效抑制新能源的波动性，但储能电站的安全问题一直共同探讨的话题，如何提高储能电站的安全性迫在眉睫，研究如何加强储能电站的检测手段和保护措施对储能电站的安全稳定运行具有重要意义。
目前，储能电池管理系统(BMS)测量到的参数主要有单体电池的电压、温度，整簇电池组的充放电电流、电压以及荷电状态(SOC)，在这些参数中，除了SOC外其他参数都设计了相应的报警阈值。对于交流侧故障、直流侧故障、电池簇之间以及电池簇内的环流问题会直接威胁到储能电池的安全问题，因此必须加强储能电站的内外故障检测手段以及保护措施。
发明内容
为了提高储能电站对故障的检测以及保护措施，减少储能电站事故发生的可能性，本发明提供了基于储能电池荷电状态(SOC)变化率的储能电站故障检测方法、系统及存储介质，更好的利用储能电池管理系统(BMS)的参数来提高储能电站的安全性，基本不会对原系统产生负面影响，提高储能电站的安全稳定运行。
第一方面，提供了一种储能电站故障检测方法，包括：
实时获取储能电池的SOC；
基于储能电池的SOC得到储能电池实时SOC变化率；
将实时SOC变化率与预设故障整定值进行比较，若实时SOC变化率大于或等于预设故障整定值，则判定为储能电站故障。
进一步地，在判定储能电站故障后，还包括：
断开换流器直流侧接触器以及BMS高压箱开关，减小故障对储能系统的影响。
进一步地，在将实时SOC变化率与预设故障整定值进行比较之前，还包括：
获取储能电站的工作模式，并获取对应工作模式下的预设故障整定值。
储能电站具备削峰填谷、调频控制、需量控制、负荷跟踪以及微网控制等工作模式，不同工作模式下，正常的SOC变化率会不同，故预先针对各个工作模式设置有对应的预设故障整定值，进行故障判断时根据工作模式选择对应的预设故障整定值进行比较，提高了故障检测精度。
进一步地，还包括：
每间隔预设时间，对预设故障整定值进行修正，修正公式如下：
Figure BDA0003283439130000021
其中，ΔSOC′kf表示修正后的预设故障整定值；ΔSOCkf表示初始的预设故障整定值；ΔSOCk0表示初始额定运行时储能电池释放一定功率P0时储能电池SOC的变化率；ΔSOCk表示实时额定运行时储能电池释放一定功率P0时储能电池SOC的变化率。
因为随着运行时间变长，储能电池的额定容量会衰减，在相同的输出功率下，储能电池的SOC变化率会加快，通过每隔一段时间更新一次预设故障整定值，可保障故障检测的准确性，防止误检测。
进一步地，还包括：
将实时SOC变化率与预设告警整定值、预设预警整定值进行比较；
若实时SOC变化率大于或等于预设告警整定值，且小于预设故障整定值，则控制换流器进行待机，停止储能电池与电网之间进行充放电；
若实时SOC变化率大于或等于预设预警整定值，且小于预设告警整定值，则发出警告，提醒工作人员现在是较大的充放电倍率下运行，长时间运行电池可能会受到影响；
若实时SOC变化率小于预设预警整定值，则不执行保护动作。
进一步地，在将实时SOC变化率与预设告警整定值、预设预警整定值进行比较之前，还包括：
获取储能电站的工作模式，并获取对应工作模式下的预设告警整定值和预设预警整定值。
不同工作模式下，正常的SOC变化率会不同，故预先针对各个工作模式设置有对应的预设告警整定值、预设预警整定值，进行故障判断时根据工作模式选择对应的预设告警整定值、预设预警整定值进行比较，提高了检测精度。
进一步地，还包括：
每间隔预设时间，对预设告警整定值、预设预警整定值进行修正，修正公式如下：
Figure BDA0003283439130000022
其中，ΔSOC′i表示修正后的预设告警整定值或预设预警整定值，ΔSOCi表示初始的预设告警整定值或预设预警整定值，i取2或3，分别对应预设告警整定值和预设预警整定值；ΔSOCk0表示初始额定运行时储能电池释放一定功率P0时储能电池SOC的变化率；ΔSOCk表示实时额定运行时储能电池释放一定功率P0时储能电池SOC的变化率。
因为随着运行时间变长，储能电池的额定容量会衰减，在相同的输出功率下，储能电池的SOC变化率会加快，通过每隔一段时间更新一次预设告警整定值、预设预警整定值，可保障检测的准确性，防止误检测。
进一步地，所述基于储能电池的SOC得到储能电池实时SOC变化率之后，还包括：
对实时SOC变化率进行增益放大。
通过将实时SOC变化率进行增益放大，可以将变化率放大，增大区分度，以提高检测精度。
第二方面，提供了一种储能电站故障检测系统，包括：
参数获取模块，用于实时获取储能电池的SOC；
变化率获取模块，用于基于储能电池的SOC得到储能电池实时SOC变化率；
故障识别模块，用于将实时SOC变化率与预设故障整定值进行比较，若实时SOC变化率大于或等于预设故障整定值，则判定为储能电站故障。
第三方面，提供了一种计算机可读存储介质，其存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述的储能电站故障检测方法。
有益效果
本发明提出了一种储能电站故障检测方法、系统及存储介质，基于储能电池SOC变化率的储能电站故障检测方法，能够实现低成本，有效检测线路故障，包括交流侧故障、直流侧故障以及多台换流器之间环流异常故障。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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他的附图。
图1是本发明实施例提供的一种储能电站故障检测方法流程及保护动作图；
图2是本发明实施例提供的储能电站并400V电网的拓扑结构图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。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的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。
当储能电站投入运行后，储能电站的电池管理系统BMS可以实时在线监测出电池的SOC。当储能电站出现线路故障时，包括交流侧故障、直流侧故障以及多台换流器之间环流异常故障，都会导致SOC变化率增大，通过获取储能电池实时SOC变化率即可判断出储能电站是否发生故障。
如图1所示，本发明实施例提供了一种储能电站故障检测方法，包括：
S1：启动储能电站并经过一个时间t延时后，实时获取储能电池的SOC。电池管理系统BMS通过安时积分法计算得到储能电池的SOC，可直接从电池管理系统BMS获取得到储能电池的SOC。中的t延时是为了避免刚开始启动时储能电池的SOC变化率过大而造成误动，实施时，t的取值可根据实际情况选择，如本实施例中其值可设置为3秒。
S2：基于储能电池的SOC得到储能电池实时SOC变化率ΔSOC0。实施时，通过对储能电池的SOC实时求导，即可得到储能电池实时SOC变化率ΔSOC0。
S3：将实时SOC变化率与预设故障整定值、预设告警整定值、预设预警整定值进行比较：
S31：若实时SOC变化率ΔSOC0大于或等于预设故障整定值ΔSOCkf，则判定为储能电站故障，并启动如下保护动作：断开换流器直流侧接触器以及BMS高压箱开关，减小故障对储能系统的影响。
S32：若实时SOC变化率大于或等于预设告警整定值ΔSOC2，且小于预设故障整定值ΔSOCkf，经过一个时间Δt延迟后，启动如下保护动作：则控制换流器(PCS)进行待机，停止储能电池与电网之间进行充放电。
S33：若实时SOC变化率大于或等于预设预警整定值ΔSOC3，且小于预设告警整定值ΔSOC2，经过一个时间Δt延迟后，启动如下保护动作：则发出警告，提醒工作人员现在是较大的充放电倍率下运行，长时间运行电池可能会受到影响；
S34：若实时SOC变化率小于预设预警整定值ΔSOC3，则不执行保护动作。
由于储能电站具备削峰填谷、调频控制、需量控制、负荷跟踪以及微网控制等工作模式，不同工作模式下，正常的SOC变化率会不同。故而在本发明的一些优选实施例中，预先针对各个工作模式设置有对应的预设故障整定值、预设告警整定值、预设预警整定值，进行故障判断时，先获取储能电站的工作模式，并获取对应工作模式下的预设故障整定值、预设告警整定值和预设预警整定值，然后将实时SOC变化率与对应模式下的预设故障整定值、预设告警整定值和预设预警整定值进行比较。根据工作模式选择对应的预设故障整定值、预设告警整定值和预设预警整定值进行比较，提高了故障检测精度。
因为随着运行时间变长，储能电池的额定容量会衰减，在相同的输出功率下，储能电池的SOC变化率会加快。如果保持预设故障整定值、预设告警整定值和预设预警整定值不变，则存在误检测的可能。因此，在本发明的一些优选实施了中，每间隔预设时间，如每间隔一个月，就对预设故障整定值、预设告警整定值和预设预警整定值进行一次修正。可保障故障检测的准确性，防止误检测。
具体地，每间隔预设时间，对预设故障整定值进行修正，修正公式如下：
Figure BDA0003283439130000051
其中，ΔSOC′kf表示修正后的预设故障整定值；ΔSOCkf表示初始的预设故障整定值，不会变；ΔSOCk0表示初始额定运行时储能电池释放一定功率P0时储能电池SOC的变化率，不会变；ΔSOCk表示实时额定运行时储能电池释放一定功率P0时储能电池SOC的变化率。
每间隔预设时间，对预设告警整定值、预设预警整定值进行修正，修正公式如下：
Figure BDA0003283439130000052
其中，ΔSOC′i表示修正后的预设告警整定值或预设预警整定值，ΔSOCi表示初始的预设告警整定值或预设预警整定值，i取2或3，分别对应预设告警整定值和预设预警整定值。
在本发明的一些优选实施例中，所述基于储能电池的SOC得到储能电池实时SOC变化率之后，还包括：对实时SOC变化率进行增益放大，增益倍数K的大小根据需要选择，一般选择放大十倍左右。而此时，在进行数值比较检测故障时，预设故障整定值、预设告警整定值和预设预警整定值也均是进行增益放大之后的值。通过将实时SOC变化率进行增益放大，可以将变化率放大，增大区分度，以提高检测精度。
如本实施例中，实时SOC变化率的增益倍数为10倍，则可将预设故障整定值设置为K1ΔSOC1，其中，ΔSOC1表示正常情况下SOC变化率，K1取值范围为13～18，当然，不同工作模式下的K1取值范围会不同，具体根据工作模式决定。预设告警整定值按储能电池最高倍率充放电情况下SOC变化率的K2倍设置，K2可取11～12；预设预警整定值按储能电池最高倍率充放电情况下SOC变化率的10倍设置。
本发明的另一实施例提供了一种储能电站故障检测系统，包括：
参数获取模块，用于实时获取储能电池的SOC；
变化率获取模块，用于基于储能电池的SOC得到储能电池实时SOC变化率；
故障识别模块，用于将实时SOC变化率与预设故障整定值进行比较，若实时SOC变化率大于或等于预设故障整定值，则判定为储能电站故障。判定为储能电站故障时，由动作模块断开换流器直流侧接触器以及BMS高压箱开关，减小故障对储能系统的影响。
优选地，故障识别模块还用于将实时SOC变化率与预设告警整定值、预设预警整定值进行比较；
若实时SOC变化率大于或等于预设告警整定值，且小于预设故障整定值，则由动作模块控制换流器进行待机，停止储能电池与电网之间进行充放电；
若实时SOC变化率大于或等于预设预警整定值，且小于预设告警整定值，则由动作模块发出警告，提醒工作人员现在是较大的充放电倍率下运行，长时间运行电池可能会受到影响；
若实时SOC变化率小于预设预警整定值，则动作模块不执行保护动作。
优选地，每间隔预设时间，对故障识别模块中预设告警整定值、预设预警整定值进行修正。
优选地，还包括增益模块，以对实时SOC变化率进行增益放大，增益倍数K的大小根据需要选择，一般选择放大十倍左右。而此时，在进行数值比较检测故障时，预设故障整定值、预设告警整定值和预设预警整定值也均是进行增益放大之后的值。通过将实时SOC变化率进行增益放大，可以将变化率放大，增大区分度，以提高检测精度。
其他具体实现方案可参见前述实施例在，在此不再进行赘述。
本发明另一实施例提供了一种计算机可读存储介质，其存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上实施例所述的储能电站故障检测方法。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
可以理解的是，上述各实施例中相同或相似部分可以相互参考，在一些实施例中未详细说明的内容可以参见其他实施例中相同或相似的内容。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
为了进一步理解本发明的技术方案，下面结合一实例对本发明作进一步说明。
如图2所示为储能电站并400V电网的拓扑结构，该拓扑结构是由实际设备的画出来的，以交流侧发生单相接地故障为例说明本发明的具体实施方式。
当交流侧发生单相接地故障的时候，由拓扑结构可知，故障时只有交流侧的正序和负序分量会对直流侧产生影响，利用开关函数推导，只考虑二倍频分量，则直流侧电流表达式如下所示：
Figure BDA0003283439130000071
式中，
Figure BDA0003283439130000072
为正负序电流的幅值；θ+、θ-为正负序电流的初始相位；k0＝3/π，为谐波幅值系数。
可见当交流侧发生单相接地故障时，直流侧电流会激增，电池的电流也会激增。若采用安时积分法计算储能电池的SOC，且忽略时间对储能电池初始荷电状态SOC0的影响，则对储能电池的SOC求导后表达式如下：
Figure BDA0003283439130000073
此时可认为储能电池的SOC变化率与直流侧电流是比例关系，可见储能电池的SOC变化率也是激增，可以有效反映线路的故障情况。随着技术的发展，储能电池的SOC估计精度必然会越来越高，储能电池SOC变化率会更准确。
把此时的储能电池SOC变化率ΔSOC0与故障整定值的ΔSOCkf比较，ΔSOC0大于故障整定值的ΔSOCkf，保护动作，断开PCS直流侧接触器以及BMS高压箱开关，减小故障对储能系统的影响。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种储能电站故障检测方法，其特征在于，包括：
实时获取储能电池的SOC；
基于储能电池的SOC得到储能电池实时SOC变化率；
将实时SOC变化率与预设故障整定值进行比较，若实时SOC变化率大于或等于预设故障整定值，则判定为储能电站故障。
2.根据权利要求1所述的储能电站故障检测方法，其特征在于，在判定储能电站故障后，还包括：
断开换流器直流侧接触器以及BMS高压箱开关。
3.根据权利要求1所述的储能电站故障检测方法，其特征在于，在将实时SOC变化率与预设故障整定值进行比较之前，还包括：
获取储能电站的工作模式，并获取对应工作模式下的预设故障整定值。
4.根据权利要求1所述的储能电站故障检测方法，其特征在于，还包括：
每间隔预设时间，对预设故障整定值进行修正，修正公式如下：
Figure FDA0003283439120000011
其中，ΔSOC′kf表示修正后的预设故障整定值；ΔSOCkf表示初始的预设故障整定值；ΔSOCk0表示初始额定运行时储能电池释放一定功率P0时储能电池SOC的变化率；ΔSOCk表示实时额定运行时储能电池释放一定功率P0时储能电池SOC的变化率。
5.根据权利要求1至4任一项所述的储能电站故障检测方法，其特征在于，还包括：
将实时SOC变化率与预设告警整定值、预设预警整定值进行比较；
若实时SOC变化率大于或等于预设告警整定值，且小于预设故障整定值，则控制换流器进行待机；
若实时SOC变化率大于或等于预设预警整定值，且小于预设告警整定值，则发出警告；
若实时SOC变化率小于预设预警整定值，则不执行保护动作。
6.根据权利要求5所述的储能电站故障检测方法，其特征在于，在将实时SOC变化率与预设告警整定值、预设预警整定值进行比较之前，还包括：
获取储能电站的工作模式，并获取对应工作模式下的预设告警整定值和预设预警整定值。
7.根据权利要求1所述的储能电站故障检测方法，其特征在于，还包括：
每间隔预设时间，对预设告警整定值、预设预警整定值进行修正，修正公式如下：
Figure FDA0003283439120000012
其中，ΔSOC′i表示修正后的预设告警整定值或预设预警整定值，ΔSOCi表示初始的预设告警整定值或预设预警整定值，i取2或3，分别对应预设告警整定值和预设预警整定值；ΔSOCk0表示初始额定运行时储能电池释放一定功率P0时储能电池SOC的变化率；ΔSOCk表示实时额定运行时储能电池释放一定功率P0时储能电池SOC的变化率。
8.根据权利要求1所述的储能电站故障检测方法，其特征在于，所述基于储能电池的SOC得到储能电池实时SOC变化率之后，还包括：
对实时SOC变化率进行增益放大。
9.一种储能电站故障检测系统，其特征在于，包括：
参数获取模块，用于实时获取储能电池的SOC；
变化率获取模块，用于基于储能电池的SOC得到储能电池实时SOC变化率；
故障识别模块，用于将实时SOC变化率与预设故障整定值进行比较，若实时SOC变化率大于或等于预设故障整定值，则判定为储能电站故障。
10.一种计算机可读存储介质，其存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至8任一项所述的储能电站故障检测方法。
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