级联H桥电池储能系统接地故障检测方法、系统及终端

技术领域

本发明涉及电池储能系统领域，具体地，涉及一种级联H桥电池储能系统接地故障检测方法、系统及终端。

背景技术

电池储能系统主要实现能量的存储和释放，能够很好地解决风能、太阳能等可再生能源发电带来的电能质量问题，维持电网功率平衡。在大容量电池储能系统中，级联H桥储能系统由于其扩展性强、大容量、高电压以及输出电压电流谐波含量小等优点，具有广泛的应用前景。电池储能系统其占地面积广，随着其推广应用，面临的接地故障将日益突出。

目前国内外对级联H桥电池储能系统(Cascaded H Bridge Battery EnergyStorage System-CHB-BESS)接地故障尚未进行深入研究，仅有一篇此次问题进行了论述。L.Zhi-Bin等在文献《"Grounding faults of cascade battery energy storagesystem,"2014 IEEE PES General Meeting|Conference&Exposition,National Harbor,MD,USA,2014,pp.1-5.》中对级联H桥电池储能系统接地故障按照接地点的数量进行了简要的分类，提出了通过监测级联H桥电池储能系统中心点电压变化来进行故障检测和定位的想法。但阐述较为粗略，没有考虑电网电压不平衡造成的中心点电压偏移对故障检测和定位的影响，没有考虑相内和相间均衡控制引起的储能单元交流侧电压不同和零序电压对定位的影响，也没有说明如何判断接地故障相，更没有对具体的定位方法进行阐述。

因此，急需研究一种针对级联H桥电池储能系统的接地故障检测技术，以解决上述问题。

发明内容

本发明针对现有技术存在的不足，提出一种级联H桥电池储能系统接地故障检测方法、系统及终端，利用三相漏电流对在中性点不接地电网中运行的级联H桥电池储能系统单点接地故障进行检测与定位。

本发明的第一方面，提供一种级联H桥电池储能系统接地故障检测方法，包括：

分别测量级联H桥电池储能系统的三相支路的并网点侧三个电流的大小以及三相支路的中心点侧三个电流的大小；

根据上述检测的电流的大小，计算三相漏电流的大小；

根据级联H桥电池储能系统发生接地故障前后三相漏电流的大小及其变化情况，进行接地故障的检测。

可选地，所述方法按照以下步骤执行：

S1，测量级联H桥电池储能系统三相支路的并网点侧三个电流的小及其相位，测量三相支路中心点侧三个电流的大小及其相位，六个电流的大小和相位记为

S2，根据并网点侧的三个电流判断级联H桥电池储能系统有无接地故障，如无，测量正常情况下级联H桥电池储能系统的三相支路的容性漏电路，并回到S1；如有，进入S3；

S3，根据三相支路中心点侧三个电流判断接地故障点是在中心点，还是在三相支路中；如判定接地故障点在中心点，给出故障位置指示，故障检测与定位结束；如判定接地故障点在三相支路中，进入S4；

S4，根据三相支路并网点侧和中心点侧电流的电流差，判断接地故障所在的相；

S5，根据非接地故障相的漏电流来判断单点接地故障在故障相的电气位置。

可选地，S1中，在级联H桥电池储能系统的三相支路的并网点侧设置电流传感器以及三相支路的中心点侧设置电流传感器，对级联H桥电池储能系统三相支路的并网点侧三个电流和三相支路的中心点侧三个电流进行交流采样，计算六个电流的大小和相位。

可选地，S2中，所述根据并网点侧的三个电流判断级联H桥电池储能系统有无接地故障，包括：

计算并网点侧总漏电流

如I

如I

可选地，S3中，所述根据三相支路中心点侧三个电流判断接地故障点是在中心点，还是在三相支路中，包括：

对级联H桥电池储能系统三相支路的中心点侧的三个电流进行求和，并将其有效值与漏电流阈值I

如有效值大于等于该阈值，则判接地故障点在级联H桥电池储能系统中心点；

如有效值小于该阈值，则判定接地故障点在级联H桥电池储能系统三相支路中；

漏电流阈值I

可选地，S4中，计算

可选地，S5中，包括：

若S4判定A相为接地故障相，计算：

M＝I

若S4判定B相为接地故障相，计算：

M＝I

若S4判定C相为接地故障相，计算：

M＝I

式中，I

接地故障点在故障相的电气位置为：

D＝M/2-1/4

K＝ROUND(2N*D)/2

式中，N为级联H桥电池储能系统每相的储能单元数量；

若K为整数，接地故障点位于故障相从中心点向并网点的第K个储能单元与第(K+1)个储能单元之间的交流侧；若K＝L+0.5，接地故障点位于故障相从中心点向并网点的第L个储能单元的直流侧。

本发明的第二方面，提供一种级联H桥电池储能系统接地故障检测系统，包括：

电流测量模块，分别测量级联H桥电池储能系统的三相支路的并网点侧三个电流的大小以及三相支路的中心点侧三个电流的大小；

漏电流计算模块，根据上述电流测量模块检测得到的电流的大小，计算三相漏电流的大小；

故障检测模块，根据所述漏电流计算模块得到的级联H桥电池储能系统发生接地故障前后三相漏电流的大小及其变化情况，进行接地故障的检测。

可选地，所述电流测量模块，包括：级联H桥电池储能系统的三相支路的并网点侧设置的电流传感器以及三相支路的中心点侧设置的电流传感器，分别测量级联H桥电池储能系统三相支路的并网点侧三个电流的小及其相位和测量三相支路中心点侧三个电流的大小及其相位。

可选地，所述故障检测模块，根据并网点侧的三个电流判断级联H桥电池储能系统有无接地故障，以及，根据三相支路中心点侧三个电流判断接地故障点是在中心点，还是在三相支路中；根据三相支路并网点侧和中心点侧电流的电流差，判断接地故障所在的相；根据非接地故障相的漏电流来判断单点接地故障在故障相的电气位置。

本发明的第三方面，提供一种级联H桥电池储能系统接地故障检测终端，包括存储器、处理器及存储在存储器上并能在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时用于执行所述的级联H桥电池储能系统接地故障检测方法。

与现有技术相比，本发明实施例具有以下至少一种有益效果：

本发明提供了一种级联H桥电池储能系统接地故障检测方法、系统及终端，利用三相漏电流对在中性点不接地电网中级联H桥电池储能系统单点接地故障进行检测，实现接地故障的检测和接地故障定，可以有效地检测和定位中性点不接地电网中级联H桥电池储能系统的单点接地故障，方便了级联H桥电池储能系统的故障检修和维护。

本发明提供了一种级联H桥电池储能系统接地故障检测方法、系统及终端，可以采用无接触的电流传感器，故障检测和定位工作不会对主回路产生影响。本发明不需要在CHB-BESS中心点安装电压互感器，避免了引起铁磁谐振的风险；不需要对每个储能单元进行监测，所需传感器数量少，计算量小。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明一实施例中级联H桥电池储能系统接地故障检测方法流程图；

图2为本发明一较优实施例中对级联H桥电池储能系统三相支路首末端电流进行检测的示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

本发明实施例提供一种利用三相漏电流的中心点不接地电网中级联H桥电池储能系统(Cascaded H Bridge Battery Energy Storage System-CHB-BESS)单点接地故障检测方法，可以有效地检测和定位中性点不接地电网中CHB-BESS的单点接地故障，方便了CHB-BESS的故障检修和维护。

图1为本发明一实施例中级联H桥电池储能系统接地故障检测方法流程图。参照图1所示，本实施例中的级联H桥电池储能系统接地故障检测方法，包括：

S100，分别测量级联H桥电池储能系统的三相支路的并网点侧三个电流的大小以及三相支路的中心点侧三个电流的大小；

本步骤中，可以在CHB-BESS的三相支路的并网点侧设置3个电流传感器，三相支路的中心点侧设置3个电流传感器，分别来检测上述的并网点侧三个电流的大小以及三相支路的中心点侧三个电流的大小，得到6个电流传感器检测结果。

S200，根据S100检测的电流的大小，计算三相漏电流的大小；本步骤中，根据6个电流传感器检测的结果，计算三相漏电流的大小位。

S300，根据得到的级联H桥电池储能系统发生接地故障前后三相漏电流的大小及其变化情况，进行接地故障的检测。

本实施例能实现级联H桥电池储能系统接地故障检测，可以采用无接触的电流传感器，故障检测和定位工作不会对主回路产生影响；不需要在CHB-BESS中心点安装电压互感器，避免了引起铁磁谐振的风险。

具体的，参照图2所示，基于上述技术构思，在具体操作中，级联H桥电池储能系统接地故障检测方法可分为五个步骤，具体如下：

(1)测量CHB-BESS三相支路的并网点侧3个电流及其相位，测量三相支路中心点侧3个电流及其相位。

本步骤中，通过对CHB-BESS三相支路的并网点侧3个电流和三相支路中心点侧3个电流进行交流采样，计算6个电流的大小和相位，记为

(2)根据并网点侧的三个电流判断CHB-BESS有无接地故障。如无，测量正常情况下CHB-BESS的三相支路的容性漏电路，并回到第(1)步；如有，进入第(3)步。

(3)根据三相支路中心点侧3个电流判断接地故障点是在中心点，还是在三相支路中。如判定接地故障点在中心点，给出故障位置指示，故障检测与定位结束；如判定接地故障点在三相支路中，进入第(4)步。

(4)根据三相支路并网点侧和中心点侧电流的电流差，判断接地故障所在的相。

(5)根据非接地故障相的漏电流来判断单点接地故障在故障相的电气位置。

作为优选，执行上述步骤(2)时，其中，计算

作为优选，执行上述步骤(3)时，对

作为优选，执行上述步骤(4)时，计算

作为优选，执行上述步骤(5)时，对两个非故障相的电流差求和，其中：

如第(4)步判定A相为接地故障相，计算：

M＝I

如第(4)步判定B相为接地故障相，计算：

M＝I

如第(4)步判定C相为接地故障相，计算：

M＝I

接地故障点在故障相的电气位置为：

D＝M/2-1/4

K＝ROUND(2N*D)/2

式中，N为CHB-BESS每相的储能单元数量。

如K为整数，接地故障点位于故障相第K个储能单元与第(K+1)个储能单元之间的交流侧；如K＝L+0.5，接地故障点位于故障相第L个储能单元的直流侧。

本发明上述实施例通过优选技术，能有效地检测中性点不接地电网中CHB-BESS的单点接地故障，并能进行准确的故障定位，方便了故障检修和维护。

基于上述相同的技术构思，本发明另一实施例中还提供一种级联H桥电池储能系统接地故障检测系统，包括：电流测量模块、漏电流计算模块和故障检测模块，其中，电流测量模块测量级联H桥电池储能系统的三相支路的并网点侧三个电流的大小以及三相支路的中心点侧三个电流的大小；漏电流计算模块根据上述电流测量模块检测得到的电流的大小，计算三相漏电流的大小；故障检测模块根据漏电流计算模块得到的级联H桥电池储能系统发生接地故障前后三相漏电流的大小及其变化情况，进行接地故障的检测。

作为优选，上述电流测量模块，包括：级联H桥电池储能系统的三相支路的并网点侧设置的电流传感器以及三相支路的中心点侧设置的电流传感器，分别测量级联H桥电池储能系统三相支路的并网点侧三个电流的小及其相位和测量三相支路中心点侧三个电流的大小及其相位。图2中椭圆表示电流传感器。

作为优选，上述故障检测模块，根据并网点侧的三个电流判断级联H桥电池储能系统有无接地故障，以及，根据三相支路中心点侧三个电流判断接地故障点是在中心点，还是在三相支路中；根据三相支路并网点侧和中心点侧电流的电流差，判断接地故障所在的相；根据非接地故障相的漏电流来判断单点接地故障在故障相的电气位置。

本发明上述实施例中的系统，可以采用无接触的电流传感器，故障检测和定位工作不会对主回路产生影响，不需要对每个储能单元进行监测，所需传感器数量少，计算量小。

基于上述相同的技术构思，本发明另一实施例中还提供一种级联H桥电池储能系统接地故障检测终端，包括存储器、处理器及存储在存储器上并能在处理器上运行的计算机程序，处理器执行程序时用于执行上述任一项实施例的级联H桥电池储能系统接地故障检测方法。

基于相同的技术构思，本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，当所述存储介质中的指令由设备内的处理器执行时，使得所述设备能够执行上述的级联H桥电池储能系统接地故障检测方法。

为了更好说明上述技术方案，以下结合一个具体的应用试验作为实施例来进行说明。但应该理解的是，以下实施例不用于限定本发明。

本实施例中，研究对象为10kV/5MW的级联H桥电池储能系统，实际电网频率为50Hz，实际电网电压10kV。CHB-BESS每相20个储能单元。6个电流传感器为LEM传感器IT200-S。整机的漏电流阈值I

本实施例的过程如下：

步骤(1)：通过对CHB-BESS三相支路的并网点侧3个电流和三相支路中心点侧3个电流进行交流采样，计算6个电流的大小和相位，得到

步骤(2)：计算

并将其有效值I

然后返回第(1)步。

步骤(1)：通过对CHB-BESS三相支路的并网点侧3个电流和三相支路中心点侧3个电流进行交流采样，计算6个电流的大小和相位，得到

步骤(2)：计算

并将其有效值I

步骤(3)：对

步骤(4)：计算并观察

步骤(5)：对两个非故障相B相和C相的电流差求和。

M＝I

接地故障点在故障相的电气位置为：

D＝1/2-1/4＝0.25

K＝ROUND(2N*D)/2＝ROUND(40*0.25)/2＝5

本实例中，CHB-BESS每相有储能单元20个，故上式中取N＝20。

K为整数，故判定接地故障点位于A相从中心点向并网点的第5个储能单元与第6个储能单元之间的交流侧。

由上述可见，本发明实施例考虑了电网电压不平衡造成的中心点电压偏移对故障检测和定位的影响，同时还考虑了相内和相间均衡控制引起的储能单元交流侧电压不同和零序电压对定位的影响，能实现检测故障的同时准确判断接地故障相，从而可以有效地检测和定位中性点不接地电网中级联H桥电池储能系统的单点接地故障，故障检测和定位工作不会对主回路产生影响，方便了级联H桥电池储能系统的故障检修和维护。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、或计算机程序产品。因此，本发明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，本发明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。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、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。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。