一种基于储能系统直流侧的多段阶梯式保护系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于储能系统直流侧的多段阶梯式保护系统，包括：在电池模组、高压箱、汇流控制柜、PCS柜直流侧分别配置快速熔断器/断路器和BMU监控单元，由本侧熔断器提供主保护，由相邻侧熔断器/断路器提供后备保护功能，由BMS系统提供辅助保护。本发明专利技术按主保护、后备保护和辅助保护配置直流侧保护，能够保证及时有效切除直流侧短路故障。及时有效切除直流侧短路故障。及时有效切除直流侧短路故障。

【技术实现步骤摘要】
一种基于储能系统直流侧的多段阶梯式保护系统


[0001]本专利技术涉及一种基于储能系统直流侧的多段阶梯式保护系统，属于储能系统保护控制


技术介绍

[0002]近年来我国储能技术快速发展，越来越多的大型储能电池系统应用于电力系统。然而储能电站锂电池火灾事故屡有发生，事故原因有：电池储能系统的直流侧母线发生正负极间短路；并联电池簇间环流，导致电池电芯过充、电压过高形成内短路，这些事故都极易导致电池热失控，进而造成电池火灾。
[0003]目前的电池直流侧短路保护往往只在簇出口配置熔断器，电池模组内短路时起不到保护作用，短路故障长时间存在，是引发火灾的主要原因。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种基于储能系统直流侧的多段阶梯式保护系统，能够保证及时有效切除直流侧短路故障。为达到上述目的，本专利技术是采用下述技术方案实现的：本专利技术提供了一种基于储能系统直流侧的多段阶梯式保护系统，配置于储能系统的直流侧，包括：在每个电池模组的直流侧配置一级熔断器和BMU监控单元，由本侧的一级熔断器提供主保护，由相邻电池模组内的一级熔断器提供后备保护，由BMS系统提供辅助保护，用于防止电池模组内极间短路；在每簇电池高压箱的直流侧配置二级熔断器、二级断路器和BCMU监控单元，由二级熔断器提供主保护，由二级断路器和一级熔断器提供后备保护，由BMS系统提供辅助保护，用于防止簇电池高压箱出口处极间短路；在汇流控制柜的直流侧配置三级熔断器和BSMU监控单元，由三级熔断器提供主保护，由二级熔断器、二级断路器和一级熔断器提供后备保护，由BMS系统提供辅助保护，用于防止汇流控制柜出口处极间短路；在PCS柜的直流侧配置四级熔断器和BSMU监控单元，由四级熔断器提供主保护，由三级熔断器、二级熔断器、二级断路器和一级熔断器提供后备保护，由BMS系统提供辅助保护，用于防止PCS柜直流侧出口处极间短路。
[0005]进一步地，主保护的动作逻辑为：极间短路故障由提供主保护的熔断器快速切断故障回路，同时延时t1秒由BMS系统发布PCS柜的停机指令，延时t2秒后跳开汇流控制柜内汇流开关、各簇开关及接触器。
[0006]进一步地，当主保护失灵时，由后备保护提供保护。
[0007]进一步地，后备保护的动作逻辑为：后备保护中等级最高的熔断器/断路器跳开，延时t1秒由BMS系统发布PCS柜的停
机指令，延时t2秒后汇流控制柜内汇流开关、各簇开关及接触器跳开。
[0008]进一步地，所述辅助保护包括：BMS系统实时监测直流回路电流、直流回路电压、电池的温度，配置簇充电/放电过流保护、簇间电流差保护、单体压差保护、单体过压/低压保护、模组过压/低压保护、簇过压/低压保护、簇间压差保护、单体电池高温/低温保护、单体温差保护、模组高温/低温保护。
[0009]进一步地，辅助保护的动作逻辑，包括：响应于各段采样值高于预设的预警定值时，BMS系统发出预警信息；响应于各段采样值高于预设的告警定值时，BMS系统发出告警信息，请求储能系统待机；响应于各段采样值高于预设的保护定值时，BMS系统发出保护信息，请求储能系统停机，并执行电池堆保护下电操作。
[0010]进一步地，还包括接地保护：针对电池模组极对地短路、簇电池模组出口处极对地短路、电池堆极对地短路，配置各级的熔断器实现两点接地时快速切除故障，同时延时t1秒由BMS系统发布PCS柜的停机指令，延时t2秒后跳开汇流控制柜内汇流开关、各簇开关及接触器；单点接地时，BMS系统配置绝缘监测功能，绝缘电阻值达到100Ω/V，延时t3秒后BMS系统发出储能系统直流侧绝缘异常及单极接地的错误警告、以及PCS柜的停机指令。
[0011]进一步地，所述储能系统采用电芯、电池模块、电池簇、电池堆的层级架构，所述电池堆采用多个电池簇并联，所述电池簇采用多个电池模块串联，所述电池模块采用多个电芯串联。
[0012]进一步地，所述储能系统的直流侧，其接线为：多个电池簇中各电池模块的电芯串联后经电池高压箱接入汇流控制柜，汇流控制柜直流母线汇总各电池簇后经直流汇流开关接入PCS柜。
[0013]进一步地，所述BMS系统包括BMU监控单元、BCMU监控单元、BSMU监控单元和EMS服务器；所述BMU监控单元与BCMU监控单元通过isoSPI通信连接；所述BCMU监控单元与BSMU监控单元通过间隔层交换机通信连接，所述BCMU监控单元与EMS服务器通过间隔层交换机和站控层交换机通信连接；所述BSMU监控单元与EMS服务器通过间隔层交换机和站控层交换机通信连接。
[0014]与现有技术相比，本专利技术实施例所提供的一种储能系统直流侧多段阶梯式保护系统所达到的有益效果包括：本专利技术配置于储能系统的直流侧，包括：在每个电池模组的直流侧配置一级熔断器和BMU监控单元，由本侧的一级熔断器提供主保护，由相邻电池模组内的一级熔断器提供后备保护，由BMS系统提供辅助保护；本专利技术能够防止电池模组内极间短路；本专利技术在每簇电池高压箱的直流侧配置二级熔断器、二级断路器和BCMU监控单元，由二级熔断器提供主保护，由二级断路器和一级熔断器提供后备保护，由BMS系统提供辅助保护；本专利技术能够防止簇电池高压箱出口处极间短路；本专利技术在汇流控制柜的直流侧配置三级熔断器和BSMU监控单元，由三级熔断器提
供主保护，由二级熔断器、二级断路器和一级熔断器提供后备保护，由BMS系统提供辅助保护；本专利技术能够防止汇流控制柜出口处极间短路；本专利技术在PCS柜的直流侧配置四级熔断器和BSMU监控单元，由四级熔断器提供主保护，由三级熔断器、二级熔断器、二级断路器和一级熔断器提供后备保护，由BMS系统提供辅助保护，本专利技术能够防止PCS柜直流侧出口处极间短路。
[0015]本专利技术采用采用阶梯式继电保护原则，实现了主保护、后备保护、辅助保护的功能，保证直流侧母线故障、正负极间短路、单极或多极对地短路、过载故障时快速切除故障，及时隔离和停机；本专利技术针对不同故障类型合理配置直流侧保护，按主保护、后备保护和辅助保护进行分类，保证及时有效切除直流侧短路故障。
附图说明
[0016]图1是本专利技术实施例中提供的储能系统直流侧接线图；图2是本专利技术实施例中针对K1和K2点故障多段阶梯式保护配置图；图3是本专利技术实施例中针对K3和K4点故障多段阶梯式保护配置图；图4是本专利技术实施例中BMS系统通讯组网图。
具体实施方式
[0017]下面结合附图对本专利技术作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本专利技术的技术方案，而不能以此来限制本专利技术的保护范围。
[0018]一种基于储能系统直流侧的多段阶梯式保护系统，配置于储能系统的直流侧。
[0019]储能系统采用电芯、电池模块、电池簇、电池堆的层级架构，电池堆采用多个电池簇并联，电池簇采用多个电池模块串联，电池模块采用多个电芯串联。如图1所示，储能系统的直流侧的接线为：多个电池簇中各电池模块的电芯串联后经电池高压箱接入汇流控制柜，汇流控制柜直流母线汇总本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于储能系统直流侧的多段阶梯式保护系统，其特征在于，配置于储能系统的直流侧，包括：在每个电池模组的直流侧配置一级熔断器和BMU监控单元，由本侧的一级熔断器提供主保护，由相邻电池模组内的一级熔断器提供后备保护，由BMS系统提供辅助保护，用于防止电池模组内极间短路；在每簇电池高压箱的直流侧配置二级熔断器、二级断路器和BCMU监控单元，由二级熔断器提供主保护，由二级断路器和一级熔断器提供后备保护，由BMS系统提供辅助保护，用于防止簇电池高压箱出口处极间短路；在汇流控制柜的直流侧配置三级熔断器和BSMU监控单元，由三级熔断器提供主保护，由二级熔断器、二级断路器和一级熔断器提供后备保护，由BMS系统提供辅助保护，用于防止汇流控制柜出口处极间短路；在PCS柜的直流侧配置四级熔断器和BSMU监控单元，由四级熔断器提供主保护，由三级熔断器、二级熔断器、二级断路器和一级熔断器提供后备保护，由BMS系统提供辅助保护，用于防止PCS柜直流侧出口处极间短路。2.根据权利要求1所述的储能系统直流侧多段阶梯式保护系统，其特征在于，主保护的动作逻辑为：极间短路故障由提供主保护的熔断器快速切断故障回路，同时延时t1秒由BMS系统发布PCS柜的停机指令，延时t2秒后跳开汇流控制柜内汇流开关、各簇开关及接触器。3.根据权利要求1所述的储能系统直流侧多段阶梯式保护系统，其特征在于，当主保护失灵时，由后备保护提供保护。4.根据权利要求3所述的储能系统直流侧多段阶梯式保护系统，其特征在于，后备保护的动作逻辑为：后备保护中等级最高的熔断器/断路器跳开，延时t1秒由BMS系统发布PCS柜的停机指令，延时t2秒后汇流控制柜内汇流开关、各簇开关及接触器跳开。5.根据权利要求1所述的储能系统直流侧多段阶梯式保护系统，其特征在于，所述辅助保护包括：BMS系统实时监测直流回路电流、直流回路电压、电池的温度，配置簇充电/放电过流保护、簇间电流差保护、单体压差保护、单体过压/低压保护、模组过压/低压保护、簇过压/低压保护、簇间压差保护、单体电池高温/低温保护、单体...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋湘萍，朱晓彤，牟长玖，晏贵平，赵雷，施挺，冯开锋，
申请(专利权)人：南京南瑞继保工程技术有限公司，
类型：发明
国别省市：