CN118011259B - 基于直流侧泄漏功率的储能系统绝缘故障预警系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及储能系统技术领域，公开一种基于直流侧泄漏功率的储能系统绝缘故障预警系统及方法，所述系统包括并联接入同一直流回路的多个电池簇，多个电池簇组成电池堆，电池堆的两端分别连接直流回路的正直流母线和负直流母线，正直流母线和负直流母线连接储能变流器PCS；直流回路上设置电流传感器和电压传感器，电流传感器采集直流回路的共模电流，电压传感器采集直流回路的对地共模电压；控制器基于采集到的直流回路的共模电流以及对地共模电压计算泄漏功率，并对泄漏功率的大小进行判断，若泄漏功率超出设定的阈值，对外输出绝缘故障预警信号。本发明通过实时监测PCS到电池堆的共模泄漏功率，实现对储能系统对地绝缘故障的在线预警。
Description
技术领域
本发明涉及储能系统技术领域，特别是涉及一种基于直流侧泄漏功率的储能系统绝缘故障预警系统及方法。
背景技术
储能电站是一个复杂的工业系统，涉及到储能电池、逆变器、充电机等多个电力电气设备，因此储能电站的绝缘检测系统对储能电站操作人员的安全至关重要。
在部分工业标准中定义了相关的安全要求：对于没有嵌入在一个完整的电路里的储能系统，如果在整个寿命期内没有交流电路，或交流电路有附加防护，其绝缘电阻除以它的最大工作电压，应不小于100欧姆/伏。如果包含交流电路且没有附加防护，则此值应不小于500欧姆/伏，如果储能系统集成在一个完整的工业设备中，可能需要一个更高的阻值，以确保操作人员的安全。
规模化储能系统中，电池漏液等会导致系统出现绝缘故障，如绝缘故障无法及时有效预警，则可能会导致电池异常发热，进一步导致可能的电池热失控并引起安全事故，因此储能系统绝缘故障预警十分重要。常规的绝缘故障检测主要采用不平衡电阻法，但是这种方法局限性很大，如因为PCS干扰等难以实现在线监测，或不同的系统同时监测会出现相互串扰等问题。由于不平衡电阻法主要通过检测电池对地偏置电压，但对地电压测量在PCS工作时会受到PCS高频注入、Y电容等众多因素干扰，无法实现高可靠有效的在线绝缘故障监测。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于直流侧泄漏功率的储能系统绝缘故障预警系统及方法，通过实时监测PCS到电池堆的共模泄漏功率，来实现对储能系统对地绝缘故障的在线预警。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种基于直流侧泄漏功率的储能系统绝缘故障预警系统，所述储能系统包括并联接入同一直流回路的多个电池簇，多个电池簇组成电池堆，所述直流回路包括正直流母线和负直流母线，所述电池堆的两端分别连接所述正直流母线和负直流母线，所述正直流母线和负直流母线连接储能变流器PCS；
所述直流回路上设置电流传感器和电压传感器，所述电流传感器用于采集直流回路的共模电流，所述电压传感器用于采集所述直流回路的对地共模电压；
所述电流传感器和电压传感器分别连接控制器，所述控制器基于采集到的直流回路的共模电流以及对地共模电压计算泄漏功率，并对泄漏功率的大小进行判断，若泄漏功率超出设定的阈值，则对外输出绝缘故障预警信号。
进一步地，还包括预警信号输出模块，与所述控制器连接，用于对外输出绝缘故障预警信号。
本发明还提供了一种基于直流侧泄漏功率的储能系统绝缘故障预警方法，应用于上述的基于直流侧泄漏功率的储能系统绝缘故障预警系统，包括以下步骤：
采集储能系统中直流回路的共模电流；
采集储能系统中直流回路的对地共模电压；
基于采集到的直流回路的共模电流以及对地共模电压计算泄漏功率；
设定阈值，并基于阈值，对泄漏功率的大小进行判断；
若泄漏功率超出设定的阈值，判定储能系统发生绝缘故障，则对外输出绝缘故障预警信号。
进一步地，当储能系统未发生绝缘故障时，储能系统中直流回路的共模电流为电容电流，泄漏功率小于设定阈值。
进一步地，当储能系统发生绝缘故障时，直流回路对地产生电阻性分量，直流回路对地共模电压会在等效电阻上产生有功功率，通过对直流回路的共模电流以及对地共模电压的采集，即可得到由于绝缘故障产生的泄漏功率。
根据本发明提供的具体实施例，本发明提供的基于直流侧泄漏功率的储能系统绝缘故障预警系统及方法，公开了以下技术效果：
本发明通过对储能系统直流母线的泄漏功率实时监测进行绝缘故障预警，其中，直流母线的泄漏功率可通过直流母线对地共模电压和直流母线的对地共模电流计算得到；当泄漏功率超过一定阈值时，判定系统发生绝缘故障，进而可进行故障预警；本发明所述方法可扩展性好，适用于各种不同类型的储能系统；可进行可靠的在线绝缘故障预警；泄漏功率实时运算，系统响应速度快，能够实现快速预警，保障系统的安全可靠运行。
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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例基于直流侧泄漏功率的储能系统绝缘故障预警系统的工作原理图；
图2为本发明实施例储能系统发生绝缘故障时的等效电路结构示意图；
图3为本发明实施例基于直流侧泄漏功率的储能系统绝缘故障预警方法的流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
正常状态下，由于电池系统对地仅表现为分布电容特性，储能系统正常工作工程中从PCS到电池系统直流侧是不存在泄漏的共模功率的，而当储能电池堆对地出现绝缘故障时，PCS内部的交直流侧共模电压会通过系统Y电容支路对电池系统直流侧产生泄漏的共模功率，本发明通过实时监测PCS到电池堆的共模泄漏功率，来实现对电池系统对地绝缘故障的在线预警。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1-3所示，本发明提供的基于直流侧泄漏功率的储能系统绝缘故障预警系统，其中，所述储能系统包括并联接入同一直流回路的多个电池簇，多个电池簇组成电池堆，所述直流回路包括正直流母线和负直流母线，所述电池堆的两端分别连接所述正直流母线和负直流母线，所述正直流母线和负直流母线连接储能变流器PCS；
所述直流回路上设置电流传感器和电压传感器，所述电流传感器用于采集直流回路的共模电流，所述电压传感器用于采集所述直流回路的对地共模电压；
所述电流传感器和电压传感器分别连接控制器，所述控制器基于采集到的直流回路的共模电流以及对地共模电压计算泄漏功率，并对泄漏功率的大小进行判断，若泄漏功率超出设定的阈值，则对外输出绝缘故障预警信号。
此外，还包括预警信号输出模块，与所述控制器连接，用于对外输出绝缘故障预警信号。示例地，预警信号输出模块，可以是显示器或声光报警器，或者远程通信模块，能够与工作人员的监控终端（计算机或手机等）建立通信，从而方便工作人员即时了解相关故障情况。
本发明还提供了一种基于直流侧泄漏功率的储能系统绝缘故障预警方法，应用于上述的基于直流侧泄漏功率的储能系统绝缘故障预警系统，包括以下步骤：
采集储能系统中直流回路的共模电流；
采集储能系统中直流回路的对地共模电压；
基于采集到的直流回路的共模电流Ic以及对地共模电压Uc计算泄漏功率：P=Ic*Uc；
设定阈值，并基于阈值，对泄漏功率的大小进行判断；
若泄漏功率超出设定的阈值，判定储能系统发生绝缘故障，则对外输出绝缘故障预警信号。
其中，当储能系统未发生绝缘故障时，储能系统中直流回路的共模电流为电容电流，泄漏功率小于设定阈值，此时泄漏功率会非常小。
当储能系统发生绝缘故障时，直流回路对地产生电阻性分量，如图2所示，直流回路对地共模电压会在等效电阻上产生有功功率，通过对直流回路的共模电流以及对地共模电压的采集，即可得到由于绝缘故障产生的泄漏功率。
本发明通过对储能系统直流母线的泄漏功率实时监测进行绝缘故障预警，其中，直流母线的泄漏功率可通过直流母线对地共模电压和直流母线的对地共模电流计算得到；当泄漏功率超过一定阈值时，判定系统发生绝缘故障，进而可进行故障预警；本发明所述方法可扩展性好，适用于各种不同类型的储能系统；可进行可靠的在线绝缘故障预警；泄漏功率实时运算，系统响应速度快，能够实现快速预警，保障系统的安全可靠运行。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (2)
1.一种基于直流侧泄漏功率的储能系统绝缘故障预警系统，其特征在于，所述储能系统包括并联接入同一直流回路的多个电池簇，多个电池簇组成电池堆，所述直流回路包括正直流母线和负直流母线，所述电池堆的两端分别连接所述正直流母线和负直流母线，所述正直流母线和负直流母线连接储能变流器PCS；
所述直流回路上设置电流传感器和电压传感器，所述电流传感器用于采集所述直流回路的共模电流，所述电压传感器用于采集所述直流回路的对地共模电压；
所述电流传感器和电压传感器分别连接控制器，所述控制器基于采集到的直流回路的共模电流以及对地共模电压计算泄漏功率，并对泄漏功率的大小进行判断，若泄漏功率超出设定的阈值，则对外输出绝缘故障预警信号；
所述基于直流侧泄漏功率的储能系统绝缘故障预警系统的绝缘故障预警方法，包括以下步骤：
采集储能系统中直流回路的共模电流；
采集储能系统中直流回路的对地共模电压；
基于采集到的直流回路的共模电流Ic以及对地共模电压Uc计算泄漏功率：P＝Ic*Uc；
设定阈值，并基于阈值，对泄漏功率的大小进行判断；
若泄漏功率超出设定的阈值，判定储能系统发生绝缘故障，则对外输出绝缘故障预警信号；
当储能系统未发生绝缘故障时，储能系统中直流回路的共模电流为电容电流，泄漏功率小于设定阈值；
当储能系统发生绝缘故障时，直流回路对地产生电阻性分量，直流回路对地共模电压会在等效电阻上产生有功功率，通过对直流回路的共模电流以及对地共模电压的采集，即可得到由于绝缘故障产生的泄漏功率。
2.根据权利要求1所述的基于直流侧泄漏功率的储能系统绝缘故障预警系统，其特征在于，还包括预警信号输出模块，与所述控制器连接，用于对外输出绝缘故障预警信号。
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