CN117117811B - 一种电池储能系统防反接装置及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种电池储能系统防反接装置及控制方法，所述装置包括汇流开关、检测支路和电压检测单元；其中，检测支路一端与电池侧汇流排正极连接，另一端与PCS侧汇流排连接；电压检测单元具有3个端口，其中，端口A与电池侧汇流排正极连接，端口B与电池侧汇流排负极连接，端口C与PCS侧汇流排连接。本发明的优势在于：本发明利用单个检测支路实现对多个电池簇单元支路的防反接检测功能，降低了硬件成本。本发明利用电压差进行反接检测，检测过程中各回路没有电流，安全性较高。
Description
技术领域
本发明属于储能技术领域，具体涉及一种电池储能系统防反接装置及控制方法。
背景技术
储能是支撑新型电力系统的重要技术和基础装备，对推动能源绿色转型、应对极端事件、保障能源安全、促进能源高质量发展、实现碳达峰碳中和目标具有重要意义。
在以锂离子电池为代表的电化学储能电站中，主要采用集中式布置的储能系统结构，即在一个储能舱由多个电池簇并联组成，储能舱再通过集中型储能变流器和电网交互。如图1所示，一个大容量电池储能舱结构中包含多个电池簇单元，每个电池簇单元通过高压箱在汇流柜处并联，经汇流柜开关后接入储能逆变器（PCS）系统。
在汇流柜实际生产装配、工程接线及检修运维的过程中，存在几种可能的正负极反接的情况，会导致电池簇单元上电或汇流柜开关闭合时出现短路故障，带来严重的安全隐患：
1、电池簇单元与汇流柜之间出现反接。由于汇流排需要接入多个高压箱支路，可能出现一个或几个支路的电池簇单元正负极反接的情况，导致电池簇上电时出现簇内短路故障；
2、汇流排与PCS之间出现反接的情况一。由于汇流排与PCS之间正负极通常需要多根线缆连接，可能出现部分线缆反接的情况，这种情况下，等效于汇流柜开关出口出现了直接短接情况，会导致汇流柜开关闭合时出现整舱短路故障；
3、汇流排与PCS之间出现反接的情况二。另一种情况是汇流柜的正负极与PCS的正负极全部反接，即汇流柜的正极对应PCS的负极，汇流柜的负极对应PCS的正极。这种情况下，汇流柜开关出口并未发生短接，而PCS的防反接措施，可以很好地检测到该类故障，并进一步阻止PCS合闸，避免故障发生，因此本类故障不在电池储能系统防反接的考虑范围之内。
申请公开号为CN103545804A的中国发明专利申请《一种直流输入端防反接保护电路和方法、直流输入设备》采用在直流正负端口之间并联电压检测单元，根据检测结果判定正负极是否短接，如判定反接，则控制单元将保持回路开关断开；如判定正接，则控制单元允许回路开关闭合。同时，该技术方案还包含电流检测单元，在回路开关闭合后，电流检测单元可以根据电流方向判定是否反接，提供多重检测。
该技术方案具有如下缺陷：
首先，该技术方案仅适用于单一直流端口的反接检测。如应用在集中式布置的储能系统结构，多个电池簇单元通过高压箱在汇流柜处并联接入汇流箱，则需要增加多个电压检测单元和电流检测单元，成本较高；
其次，如出现汇流排与PCS之间出现反接的情况一，电流检测单元无法检测到反接电流，此时该方案无法有效识别故障并实施保护措施。
申请公开号为CN109217435A的中国发明专利申请《一种储能逆变器用预充防反电路》采用在储能PCS预充电回路串入二极管，当电池正负极反接时，预充电回路无法对PCS电容进行充电，PCS控制单元无法检测到充电完成状态，进而不会闭合主接触器，达到防反接保护的目的。
该技术方案具有如下缺陷：
首先，该技术方案在PCS柜体内实施，仅可检测到汇流排与PCS之间出现反接的情况二，无法检测到其他反接情况；
其次，当出现电池反接时，控制单元仅能得到“预充电未完成”的状态，该状态可有多种原因导致，无法直接判定反接状态。
申请公开号为CN102496923A的中国发明专利申请《一种防反接保护的输入电路》采用在直流侧主接触器处并联一个检测支路，该支路由二极管、开关和电阻组成；同时电压检测单元接入接触器后级回路。直流侧上电时，先闭合检测支路的开关，电压检测单元根据采集到的电压极性，判定直流侧是否反接。如果反接，控制单元不会闭合主接触器；如果正接，则闭合主接触器。二极管和电阻分别起到保护和限流的作用。
该技术方案具有如下缺陷：
首先，该技术方案仅能检测主接触器一侧汇流排的反接情况，不适合集中式储能汇流柜的两级汇流结构；
其次，该技术方案主回路中存在电流，不利于系统安全；
最后，该技术方案的检测支路除了包含开关和电阻外，还需要二极管进行反接保护和限流，硬件成本较高。
申请公开号为CN105977952A的中国发明专利申请《一种防反接保护电路》针对汇流柜内每个直流支路均设计一个检测开关，用于支路电压检测，控制单元将检测结果与预设阈值进行比较，判断是否存在反接。同时还可以设计两级阈值，根据不同反接情况，进行分级报警。
该技术方案具有如下缺陷：
首先，该技术方案每条直流支路都要增加检测开关，成本较高；
其次，该技术方案仅适用于汇流排与PCS之间出现反接的情况一；
最后，该技术方案应用领域为光伏组件配套的汇流柜，不适用于储能系统。
发明内容
本发明的目的在于克服现有储能系统防反接装置适用情况单一，成本较高的缺陷。
为了实现上述目的，本发明提出了一种电池储能系统防反接装置，所述电池储能系统包括多个电池簇单元，每个电池簇单元在汇流柜处并联，经汇流柜开关后接入PCS系统；
所述汇流柜包括电池侧汇流排和PCS侧汇流排；电池侧汇流排和PCS侧汇流排之间通过汇流开关连接；电池侧汇流排和PCS侧汇流排分别包括正极和负极；电池侧汇流排正极一端连接所有电池簇单元的正极，另一端连接PCS侧汇流排正极；电池侧汇流排负极一端连接所有电池簇单元的负极，另一端连接PCS侧汇流排负极；PCS侧汇流排连接PCS系统；
其特征在于，所述装置包括汇流开关、检测支路和电压检测单元；其中，
检测支路一端与电池侧汇流排正极连接，另一端与PCS侧汇流排连接；
电压检测单元具有3个端口，其中，端口A与电池侧汇流排正极连接，端口B与电池侧汇流排负极连接，端口C与PCS侧汇流排连接。
作为上述装置的一种改进，检测支路一端与电池侧汇流排正极连接，另一端与PCS侧汇流排正极连接；
电压检测单元的端口C与PCS侧汇流排负极连接。
作为上述装置的一种改进，检测支路一端与电池侧汇流排正极连接，另一端与PCS侧汇流排负极连接；
电压检测单元的端口C与PCS侧汇流排正极连接。
作为上述装置的一种改进，所述检测支路包括串联的检测支路开关和检测支路电阻。
作为上述装置的一种改进，所述装置还包括控制单元；
所述控制单元与电压检测单元连接，用于完成防反接检测、反接保护、开关动作和报警的逻辑判定、分析与动作。
本申请还提供一种电池储能系统防反接控制方法，基于上述装置实现，所述方法包括：
步骤1：电池簇与汇流柜正负极反接检测；
断开汇流开关和检测支路，将第1个电池簇单元接入电池侧汇流排，通过电压检测单元对端口A和端口B之间的电压值的检测判断电池簇与汇流柜正负极是否反接；
断开第1个电池簇单元与电池侧汇流排的连接，使用上述方法依次对其他电池簇单元与汇流柜的连接进行检测；
步骤2：汇流柜与PCS正负极部分线缆反接检测；
在确认电池侧汇流排至少有一个电池簇单元支路接线正常的情况下，将接线正常的电池簇单元接入电池侧汇流排；通过电压检测单元对端口A、端口B和端口C之间的电压值的检测判断汇流柜与PCS正负极是否有部分线缆反接。
作为上述方法的一种改进，步骤1中，所述通过电压检测单元对端口A和端口B之间的电压值的检测判断电池簇与汇流柜正负极是否反接，具体包括：
当端口A和端口B之间的电压在正常电池簇单元电压范围区间内，则该电池簇单元与电池侧汇流排之间接线正常；否则，该电池簇单元与电池侧汇流排之间存在反接。
作为上述方法的一种改进，步骤2中，所述通过电压检测单元对端口A、端口B和端口C之间的电压值的检测判断汇流柜与PCS正负极是否有部分线缆反接，具体包括：
步骤2-1：检测端口A和端口B之间的电压值U AB ；
步骤2-2：闭合检测支路，检测端口C和端口B之间的电压值U CB ；如果电压U AB 和电压U CB 差值小于设定阈值，则汇流柜与PCS正负极存在部分线缆反接情况；如电压U CB 约等于零，则汇流柜与PCS正负极接线正常；
步骤2-3：断开检测支路。
与现有技术相比，本发明的优势在于：
（1）本发明实现了电池簇与汇流柜正负极反接检测功能。
（2）本发明实现了汇流柜与PCS正负极部分线缆反接检测功能。
（3）本发明利用单个检测支路实现对多个电池簇单元支路的防反接检测功能，降低了硬件成本。
（4）本发明利用电压差进行反接检测，检测过程中各回路没有电流，安全性较高。
附图说明
图1所示为电池储能动力结构图；
图2所示为电池储能系统防反接装置实施例1示意图；
图3所示为电池储能系统防反接装置实施例2示意图；
图4所示为电池储能系统防反接控制方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案进行详细的说明。
本发明提供了一种电池储能系统防反接装置和控制方法，可避免因电池簇与汇流柜正负极反接及汇流柜与PCS正负极部分线缆反接造成的危害。
实施例1：
图2为本发明电池储能系统防反接装置的实施例1示意图，该装置部署在电池侧汇流排和PCS侧汇流排之间，由汇流开关、检测支路、电压检测单元和控制单元组成。其中S1为汇流开关，控制了电池侧汇流排和PCS侧汇流排的连通和切断。检测支路一端与电池侧汇流排正极连接，一端与PCS侧汇流排正极连接；检测支路包括：串联的检测支路开关S2和检测支路电阻R。电压检测单元具有3个端口，其中，端口A与电池侧汇流排正极连接，端口B与电池侧汇流排负极连接，端口C与PCS侧汇流排负极连接。控制单元与电压检测单元连接。
多个电池簇单元通过与一一对应的高压箱串联后，在汇流柜内部的电池侧汇流排处并联，电池侧汇流排通过汇流开关S1与PCS侧汇流排相连接，PCS侧汇流排通过线缆与PCS相连接。
实施例2：
图3为本发明电池储能系统防反接装置的实施例2示意图，该装置的实施例2与实施例1近似，不同的是：电压检测单元的端口C与PCS侧汇流排正极连接。检测支路的一端与电池侧汇流排正极连接，一端与PCS侧汇流排负极连接。
实施例3：
本发明还提供一种电池储能系统防反接控制方法，用于检测电池簇与汇流柜正负极反接及汇流柜与PCS正负极部分线缆反接的情况，如图4所示，具体过程包括：
步骤1：电池簇与汇流柜正负极反接检测
让S1和S2保持断开，通过控制第1个电池簇单元对应的高压箱将第1个电池簇单元支路接入电池侧汇流排。由于此时检测支路和汇流开关回路均断开，电池侧汇流排正负无法导通，无论是否存在反接，都不会造成短路，保障了检测的安全性。
电压检测单元对AB点的电压U AB 进行采样，如果U AB 的电压在正常电池簇单元电压范围区间内，则该电池簇单元与电池侧汇流排之间接线正常。如果U AB 的电位差出现异常（即U AB ≦0），则该电池簇单元与电池侧汇流排之间存在反接，需要调整接线。
接着自动控制高压箱将第1个电池簇单元支路断开退出，投入第2个电池簇单元支路，对第2个电池簇单元与汇流柜的接线情况进行检查，依次循环，直到完成全部电池簇单元与汇流柜正负极接线检测。
步骤2：汇流柜与PCS正负极部分线缆反接检测
在确认电池侧汇流排至少有一个电池簇单元支路接线正常的情况下，先让S1和S2保持断开，通过控制该簇对应的高压箱将该支路接入电池侧汇流排，此时AB点的电压U AB 为该电池簇单元正负极电压。随后闭合检测支路开关S2，电压检测单元对CB点的电压U CB 进行采样，如果AB点的电压U AB 和CB点的电压U CB 小于设定阈值，则PCS侧汇流排出口侧必然存在短接情况，即汇流柜与PCS正负极存在部分线缆反接情况；如CB点的电压U CB 约等于零，则汇流柜与PCS正负极无短接情况。检测完成后，断开检测支路开关S2。
检测过程中汇流开关回路保持断开，PCS侧汇流排仅与电池簇正极相连，无论是否存在反接，都不会造成短路，保障了检测的安全性。
完成所有电池簇与汇流柜正负极反接及汇流柜与PCS正负极部分线缆反接检测后，可以判定电池储能汇流柜接线正常，可以闭合汇流开关S1。
当系统检测到存在反接状态时，保持S1和S2为断开状态，并断开高压盒内的电池簇单元开关，保护储能舱及电池簇的安全。
优选地，系统可以向PCS、BMS或其他控制设备发送反接报警信息，信息包括故障位置、具体数值等，可以选择可视化显示。
控制单元负责完成防反接检测、反接保护、开关动作、报警信息等整个系统逻辑判定、分析与动作，可以选择DSP，MCU或其他类似处理器作为数字化处理单元。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (8)
1.一种电池储能系统防反接装置，所述电池储能系统包括多个电池簇单元，每个电池簇单元在汇流柜处并联，经汇流柜开关后接入PCS系统；
所述汇流柜包括电池侧汇流排和PCS侧汇流排；电池侧汇流排和PCS侧汇流排之间通过汇流开关连接；电池侧汇流排和PCS侧汇流排分别包括正极和负极；电池侧汇流排正极一端连接所有电池簇单元的正极，另一端连接PCS侧汇流排正极；电池侧汇流排负极一端连接所有电池簇单元的负极，另一端连接PCS侧汇流排负极；PCS侧汇流排连接PCS系统；
其特征在于，所述装置包括检测支路和电压检测单元；其中，
检测支路一端与电池侧汇流排正极连接，另一端与PCS侧汇流排连接；
电压检测单元具有3个端口，其中，端口A与电池侧汇流排正极连接，端口B与电池侧汇流排负极连接，端口C与PCS侧汇流排连接。
2.根据权利要求1所述的电池储能系统防反接装置，其特征在于：
检测支路一端与电池侧汇流排正极连接，另一端与PCS侧汇流排正极连接；
电压检测单元的端口C与PCS侧汇流排负极连接。
3.根据权利要求1所述的电池储能系统防反接装置，其特征在于：
检测支路一端与电池侧汇流排正极连接，另一端与PCS侧汇流排负极连接；
电压检测单元的端口C与PCS侧汇流排正极连接。
4.根据权利要求1所述的电池储能系统防反接装置，其特征在于，所述检测支路包括串联的检测支路开关和检测支路电阻。
5.根据权利要求1所述的电池储能系统防反接装置，其特征在于，所述装置还包括控制单元；
所述控制单元与电压检测单元连接，用于完成防反接检测、反接保护、开关动作和报警的逻辑判定、分析与动作。
6.一种电池储能系统防反接控制方法，基于权利要求1-5任一所述的装置实现，所述方法包括：
步骤1：电池簇与汇流柜正负极反接检测；
断开汇流开关和检测支路，将第1个电池簇单元接入电池侧汇流排，通过电压检测单元对端口A和端口B之间的电压值的检测判断电池簇与汇流柜正负极是否反接；
断开第1个电池簇单元与电池侧汇流排的连接，使用上述方法依次对其他电池簇单元与汇流柜的连接进行检测；
步骤2：汇流柜与PCS正负极部分线缆反接检测；
在确认电池侧汇流排至少有一个电池簇单元支路接线正常的情况下，将接线正常的电池簇单元接入电池侧汇流排；通过电压检测单元对端口A、端口B和端口C之间的电压值的检测判断汇流柜与PCS正负极是否有部分线缆反接。
7.根据权利要求6所述的电池储能系统防反接控制方法，其特征在于，步骤1中，所述通过电压检测单元对端口A和端口B之间的电压值的检测判断电池簇与汇流柜正负极是否反接，具体包括：
当端口A和端口B之间的电压在正常电池簇单元电压范围区间内，则该电池簇单元与电池侧汇流排之间接线正常；否则，该电池簇单元与电池侧汇流排之间存在反接。
8.根据权利要求6所述的电池储能系统防反接控制方法，其特征在于，步骤2中，所述通过电压检测单元对端口A、端口B和端口C之间的电压值的检测判断汇流柜与PCS正负极是否有部分线缆反接，具体包括：
步骤2-1：检测端口A和端口B之间的电压值U AB ；
步骤2-2：闭合检测支路，检测端口C和端口B之间的电压值U CB ；如果电压U AB 和电压U CB 差值小于设定阈值，则汇流柜与PCS正负极存在部分线缆反接情况；如电压U CB 约等于零，则汇流柜与PCS正负极接线正常；
步骤2-3：断开检测支路。
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