CN116667411A - 一种储能电站电化学储能系统及保护控制方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种储能电站电化学储能系统及保护控制方法，本申请提供的储能电站电化学储能系统结构包括：线、多个变压器、多个储能变流器和多组蓄电池组，其中，所述母线为单母分段母线，其所述母线与所述变压器之间、所述变压器与所述储能变流器之间以及所述储能变流器与所述蓄电池组之间均设置有开关元件；所述变压器的高压侧绕组分别接入所述母线的不同区段；所述储能变流器的交流侧与所述变压器的低压侧绕组连接，且多个储能变流器通过并联方式接入所述变压器，实现多设备分段并列的接线结构，能够实现灵活多样的运行方式，避免了串联大量的储能电池造成很大的安全隐患，有效保障电化学储能站的安全稳定运行。
Description
技术领域
本申请涉及储能技术领域，尤其涉及一种储能电站电化学储能系统及保护控制方法。
背景技术
储能电站可以在电能富裕时将电能存储，电能不足时将存储的电能逆变后向电网输出。电力系统中引入储能技术后，可有效的进行需求侧管理，减小负荷峰谷差，缓解高峰供电压力。
在目前的储能电站中，交流侧通常由0.4kV/10kV变压器进行升压与配网系统相连接，直流侧主要采用直流母线侧上串联大量储能电池来实现储能，而直流母线上储能电池单体组串数量过多，大量的储能电池的串并联容易导致发热、燃烧等安全性问题。
发明内容
本申请提供了一种储能电站电化学储能系统及保护控制方法，用于解决现有储能电站串联大量储能电池的接线结构安全性差的技术问题。
为解决上述的技术问题，本申请第一方面提供了一种储能电站电化学储能系统，包括：母线、多个变压器、多个储能变流器和多组蓄电池组，其中，所述母线为单母分段母线，其所述母线与所述变压器之间、所述变压器与所述储能变流器之间以及所述储能变流器与所述蓄电池组之间均设置有开关元件；
所述变压器的高压侧绕组分别接入所述母线的不同区段；
所述储能变流器的交流侧与所述变压器的低压侧绕组连接，且多个储能变流器通过并联方式接入所述变压器；
每个储能变流器的直流侧均串联了一组所述蓄电池组。
优选地，所述变压器具体包括：双绕组变压器和分裂式变压器。
优选地，每个低压侧绕组接入的蓄电池组数量至多为两组。
优选地，所述储能变流器具体包括：AC断路器、交流滤波器、三相桥、DC断路器和直流滤波器；
储能变流器中的各个部件具体按照AC断路器、交流滤波器、三相桥、DC断路器和直流滤波器的顺序依次连接，其中AC断路器用于控制所述储能变流器与所述变压器的通断，所述DC断路器用于控制所述储能变流器与所述蓄电池组的通断。
优选地，所述交流滤波器包括：交流EMI滤波器和LC滤波器。
优选地，所述直流滤波器具体为：直流EMI滤波器。
同时，本申请第二方面还提供了一种储能电站电化学储能系统保护控制方法，此方法应用于本申请第一方面提供的储能电站电化学储能系统，包括：
采集所述储能电站电化学储能系统中各个设备的运行数据；
根据所述运行数据，监测所述储能电站电化学储能系统的运行状态，当检测到所述储能电站电化学储能系统运行故障时，根据所述运行数据，确定故障位置；
根据所述故障位置，控制所述储能电站电化学储能系统中的开关元件，以将所述故障位置对应的设备切除。
优选地，当所述故障位置位于蓄电池组时，则断开所述蓄电池组对应的所述储能变流器中的DC断路器，以将故障的蓄电池组切除；
当所述故障位置位于储能变流器时，则断开所述储能变流器的AC断路器和DC断路器，以将故障的储能变流器切除；
当所述故障位置位于变压器时，则同时断开所述变压器内置的高压侧开关与低压侧开关，以将故障的变压器切除。
优选地，当所述故障位置位于蓄电池组时，将故障的蓄电池组切除之后还包括：
统计故障的蓄电池组切除之后故障的存在时间，当所述存在时间超过了预设的时间阈值时，则将所述蓄电池组的高压侧开关断开。
优选地，控制所述储能电站电化学储能系统中的开关元件，以将所述故障位置对应的设备切除之后还包括：
当检测到开关拒动时，则跳开所述故障位置对应母线区段的母联开关，再切除所述故障位置对应的高压侧开关。
从以上技术方案可以看出，本申请具有以下优点：
本申请提供的储能电站电化学储能系统结构包括：线、多个变压器、多个储能变流器和多组蓄电池组，其中，所述母线为单母分段母线，其所述母线与所述变压器之间、所述变压器与所述储能变流器之间以及所述储能变流器与所述蓄电池组之间均设置有开关元件；所述变压器的高压侧绕组分别接入所述母线的不同区段；所述储能变流器的交流侧与所述变压器的低压侧绕组连接，且多个储能变流器通过并联方式接入所述变压器，实现多设备分段并列的接线结构，能够实现灵活多样的运行方式，避免了串联大量的储能电池造成很大的安全隐患，有效保障电化学储能站的安全稳定运行。
附图说明
为了更清楚地说明本申请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申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本申请提供的一种储能电站电化学储能系统的一次接线结构示意图。
图2为本申请提供的一种储能电站电化学储能系统中储能变流器的结构及控制逻辑示意图。
图3为本申请提供的一种储能电站电化学储能系统保护控制方法的流程示意图。
具体实施方式
本申请实施例提供了一种储能电站电化学储能系统及保护控制方法，用于解决现有储能电站串联大量储能电池的接线结构安全性差的技术问题。
为使得本申请的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，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，下面所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而非全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。
首先是本申请提供的一种储能电站电化学储能系统实施例的详细说明，具体如下：
请参阅图1，本实施例提供了一种储能电站电化学储能系统，包括：母线、多个变压器、多个储能变流器和多组蓄电池组，其中，母线为单母分段母线，其母线与变压器之间、变压器与储能变流器之间以及储能变流器与蓄电池组之间均设置有开关元件；
变压器的高压侧绕组分别接入母线的不同区段；
储能变流器的交流侧与变压器的低压侧绕组连接，且多个储能变流器通过并联方式接入变压器；
每个储能变流器的直流侧均串联了一组蓄电池组。
需要说明的是，本实施例提供的储能电站电化学储能系统包括：单母分段的母线、变压器，储能变流器(PCS)、蓄电池组等部分，可选地，变压器具体包括：双绕组变压器(包含一个高压侧绕组和一个低压侧绕组)和分裂式变压器(包含一个高压侧绕组和两个及两个以上的低压侧绕组)，以双绕组变压器和三绕组变压器为例，其中两堆蓄电池组与双绕组变压器低压侧相连，其他四堆电化学电池与三绕组变压器相连，即每个低压侧绕组优选的接入电池组数量至多为两组，在这种结构下，若某一支路发生故障时，切除该故障支路仍可以保障其他支路安全运行，有效避免因某处故障导致整个储能站瘫痪。同时在10kV交流侧采用单母分段方式运行，灵活的在分列与并列之间切换，同样若某台变压器发生故障，另外一台变压器依然正常安全运行。
进一步地，储能变流器具体包括：AC断路器、交流滤波器、三相桥、DC断路器和直流滤波器；
储能变流器中的各个部件具体按照AC断路器、交流滤波器、三相桥、DC断路器和直流滤波器的顺序依次连接，其中AC断路器用于控制储能变流器与变压器的通断，DC断路器用于控制储能变流器与蓄电池组的通断。
更具体地，交流滤波器包括：交流EMI滤波器和LC滤波器；直流滤波器具体为：直流EMI滤波器。
需要说明的是，储能变流器(PCS)为交直流转换设备，实现交流系统和直流系统的能量双向流动，在电网电能富裕时将电能整流存储起来，电能不足时将存储的电能逆变后向电网输出，从而提高电网运行可靠性和经济性，具体实现方式如图2所示。
DC断路器是变流器与电池侧的连接开关。变流器正常工作时，直流断路器保持在合位。通常直流断路器采用电动操作，即后台可遥控。若电池发生直流接地或短路故障时，可遥控该直流断路器断开，以将故障电池切除。
AC交流断路器是变流器与电网之间的连接开关。变流器正常工作时交流断路器保持在合位。在交流系统发生故障时，AC断路器同样可快速切除故障，保障其他设备安全运行。
更具体地，储能站PCS通过采集不同位置的电压电流，实现监视与保护功能。对于故障处理，通过在交流和直流断路器预先设置相关时间与定值，判断故障特征是否超过预设时间与定值；当超过预设时间与定值，监控系统将最小范围切除故障部位。当不超过预设时间与定值，监控系统继续保持正常监视状态。
此外，交流EMI、直流EMI是用来抑制交流侧和直流侧的电磁干扰，有效保系统的电能质量。LC滤波器是由交流电抗器和滤波电容构成，有效去除谐波对设备产生干扰。当储能电站正常情况下，单母分段母线上的母联开关处于闭合状态，系统处于整体运行方式；若发生故障时，可将母联开关断开，两台变压器并列运行，从而实现了储能电站的多种运行方式，避免了储能电池单一的方式进行大量串并联接入电网，难以保障电化学储能站供电可靠性。
以上内容便是本申请提供的一种储能电站电化学储能系统实施例的详细说明，下面为本申请提供的一种储能电站电化学储能系统保护控制方法实施例的详细说明。
请参阅图3，本实施例提供的一种储能电站电化学储能系统保护控制方法，此方法可应用在上述实施例提供的储能电站电化学储能系统中，方法包括：
步骤S1、采集储能电站电化学储能系统中各个设备的运行数据；
步骤S2、根据运行数据，监测储能电站电化学储能系统的运行状态，当检测到储能电站电化学储能系统运行故障时，根据运行数据，确定故障位置；
步骤S3、根据故障位置，控制储能电站电化学储能系统中的开关元件，以将故障位置对应的设备切除。
需要说明的是，本实施例提供的保护控制方法通过采集储能电站电化学储能系统中各个设备的运行数据，对系统不同设备的电压电流进行监测，第一时间发现故障位置，并进行控制最小范围切除故障，若某一支路发生故障时，切除该故障支路仍可以保障其他支路安全运行，有效避免因某处故障导致整个储能站瘫痪。同时在10kV交流侧采用单母分段方式运行，灵活的在分列与并列之间切换，同样若某台变压器发生故障，另外一台变压器依然正常安全运行，实现了更为灵活多样的保护控制方式，将受影响的范围控制在最小范围，有效保障了电化学储能站的供电可靠性。
进一步地，当故障位置位于蓄电池组时，则断开蓄电池组对应的储能变流器中的DC断路器，以将故障的蓄电池组切除；
当故障位置位于储能变流器时，则断开储能变流器的AC断路器和DC断路器，以将故障的储能变流器切除；
当故障位置位于变压器时，则同时断开变压器内置的高压侧开关与低压侧开关，以将故障的变压器切除。
需要说明的是，在本申请提供的保护控制方法中，系统中的DC断路器、AC断路器、变压器两侧断路器、母联断路器等开关元件彼此之间是存在相互配合关系的，例如若储能站任何一处发生故障，监视系统监测到储能电站系统处于异常运行状态，通过发出闭锁信号，可控制储能电站系统中的所有电子开关。假设故障在蓄电池组，DC断路器可快速切除故障。
假设故障在变流器，DC断路器和AC断路器快速切除故障，此外对于储能变流器的故障处理，还可选地通过在交流和直流断路器预先设置相关时间与定值，判断故障特征是否超过预设时间与定值；当超过预设时间与定值，监控系统将最小范围切除故障部位。当不超过预设时间与定值，监控系统继续保持正常监视状态。
假设故障在变压器处，则变压器低压侧及高压侧开关同时动作切除故障。
进一步地，当故障位置位于蓄电池组时，将故障的蓄电池组切除之后还包括：
统计故障的蓄电池组切除之后故障的存在时间，当存在时间超过了预设的时间阈值时，则将蓄电池组的高压侧开关断开。
需要说明的是，由于储能电池是储能电站核心的设备元件，本申请对蓄电池组的保护控制进行特殊配置，当监测到储能电池处于异常状态，首先发出DC断路器可快速切除故障。若故障时间超过一定时间阈值，监视系统越级直接跳开变压器高压侧开关，防止故障影响其他设备正常运行。
进一步地，控制储能电站电化学储能系统中的开关元件，以将故障位置对应的设备切除之后还包括：
当检测到开关拒动时，则跳开故障位置对应母线区段的母联开关，再切除故障位置对应的高压侧开关。
在步骤103的控制指令发出后，若检测到开关拒动使得故障仍存在，此时系统可发出控制指令直接跳开母联开关，随后切除变压器高压侧开关，防止故障扩大影响其他变压器正常运行。
在本申请的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各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申请各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种储能电站电化学储能系统，其特征在于，包括：母线、多个变压器、多个储能变流器和多组蓄电池组，其中，所述母线为单母分段母线，其所述母线与所述变压器之间、所述变压器与所述储能变流器之间以及所述储能变流器与所述蓄电池组之间均设置有开关元件；
所述变压器的高压侧绕组分别接入所述母线的不同区段；
所述储能变流器的交流侧与所述变压器的低压侧绕组连接，且多个储能变流器通过并联方式接入所述变压器；
每个储能变流器的直流侧均串联了一组所述蓄电池组。
2.根据权利要求1所述的一种储能电站电化学储能系统，其特征在于，所述变压器具体包括：双绕组变压器和分裂式变压器。
3.根据权利要求1所述的一种储能电站电化学储能系统，其特征在于，每个低压侧绕组接入的蓄电池组数量至多为两组。
4.根据权利要求1所述的一种储能电站电化学储能系统，其特征在于，所述储能变流器具体包括：AC断路器、交流滤波器、三相桥、DC断路器和直流滤波器；
储能变流器中的各个部件具体按照AC断路器、交流滤波器、三相桥、DC断路器和直流滤波器的顺序依次连接，其中AC断路器用于控制所述储能变流器与所述变压器的通断，所述DC断路器用于控制所述储能变流器与所述蓄电池组的通断。
5.根据权利要求4所述的一种储能电站电化学储能系统，其特征在于，所述交流滤波器包括：交流EMI滤波器和LC滤波器。
6.根据权利要求4所述的一种储能电站电化学储能系统，其特征在于，所述直流滤波器具体为：直流EMI滤波器。
7.一种储能电站电化学储能系统保护控制方法，应用于权利要求1至6任意一项所述的储能电站电化学储能系统，其特征在于，包括：
采集所述储能电站电化学储能系统中各个设备的运行数据；
根据所述运行数据，监测所述储能电站电化学储能系统的运行状态，当检测到所述储能电站电化学储能系统运行故障时，根据所述运行数据，确定故障位置；
根据所述故障位置，控制所述储能电站电化学储能系统中的开关元件，以将所述故障位置对应的设备切除。
8.根据权利要求7所述的一种储能电站电化学储能系统保护控制方法，其特征在于，当所述故障位置位于蓄电池组时，则断开所述蓄电池组对应的所述储能变流器中的DC断路器，以将故障的蓄电池组切除；
当所述故障位置位于储能变流器时，则断开所述储能变流器的AC断路器和DC断路器，以将故障的储能变流器切除；
当所述故障位置位于变压器时，则同时断开所述变压器内置的高压侧开关与低压侧开关，以将故障的变压器切除。
9.根据权利要求8所述的一种储能电站电化学储能系统保护控制方法，其特征在于，当所述故障位置位于蓄电池组时，将故障的蓄电池组切除之后还包括：
统计故障的蓄电池组切除之后故障的存在时间，当所述存在时间超过了预设的时间阈值时，则将所述蓄电池组的高压侧开关断开。
10.根据权利要求7所述的一种储能电站电化学储能系统保护控制方法，其特征在于，控制所述储能电站电化学储能系统中的开关元件，以将所述故障位置对应的设备切除之后还包括：
当检测到开关拒动时，则跳开所述故障位置对应母线区段的母联开关，再切除所述故障位置对应的高压侧开关。
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| CN116960885A (zh) * | 2023-09-20 | 2023-10-27 | 广东电网有限责任公司中山供电局 | 电化学储能站开关的自动切除与隔离方法、装置及设备 |
| CN116960885B (zh) * | 2023-09-20 | 2024-01-23 | 广东电网有限责任公司中山供电局 | 电化学储能站开关的自动切除与隔离方法、装置及设备 |
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