高压电池储能系统共模干扰检测方法及系统与流程

本发明属于储能系统领域，涉及一种高压电池储能系统共模干扰检测方法及系统。

背景技术：

1、储能在能源体系变革及能源互联网建设中占据重要地位，是提升电力系统灵活性、经济性和安全性，解决新能源消纳的重要手段，也是促进能源生产消费开放共享、灵活交易，实现多能协同的核心要素。储能机组的大容量化是提升储能系统效率及降低制造成本的必要条件，也大大降低储能电站规模化集成的难度，而电池储能系统的高电压化是储能机组大容量化的必要路径。所谓电池系统的高电压化是指将电池储能系统的上限工作电压提高到超过900v以上。电池储能系统高压化是实现储能系统降本增效的有效手段，但是高压电池系统的故障机理尚不明晰，保护机制尚不完善，需要兼顾系统高安全与高效率、低成本的协调发展，针对性开展相关机理研究与实验验证，为高压电池系统的推广应用奠定基础。

2、共模干扰是指同时加载在个输入信号接口端的共有的信号干扰，其干扰电压在信号线及其回线上幅度相同，其电压以大地或设备机壳为参考单位，干扰电流回路是在导线与参考物体构成的回路中流动。在储能系统中，由于电池与壳体之间、电池与机架之间、直流母线与机架之间、功率模块与壳体之间以及长线电缆与地之间均存在寄生电容，变流器调制过程会在直流侧产生与功率模块开关频率一致的共模电压与共模电流干扰。

3、随着高压电池储能系统的电压等级的逐步提升，这使得高压电池储能系统的共模干扰情况进一步加剧。共模干扰的电压尖峰一方面会造成电池绝缘层老化甚至介质击穿，引发电池安全事故，另一方面使得电池储能系统内电场分布不均匀程度加剧而增加电弧产生风险，此外电池储能系统在局部故障电弧发生后，串话干扰现象也会引起共模信号的产生，并以线路传导和电磁感应两种途径耦合到正常线路，导致正常线路中出现故障电弧的类似特征，增大故障电弧的识别难度并最终加剧系统中的电弧故障。同时，共模电流流过电池管理系统等电子电路的对地漏电容，还会引起电池管理系统失效或检测错误。因此，如何精确掌握共模干扰强度，成为保证电池储能系统安全可靠运行的一大影响因素。然而，对于高压电池储能系统的共模干扰，目前尚未存在精确的测量方式。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种高压电池储能系统共模干扰检测方法及系统。

2、为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

3、本发明第一方面，提供一种高压电池储能系统共模干扰检测方法，包括：获取高压电池储能系统内电池单元的正极对地等效寄生电容值以及负极对地等效寄生电容值；根据所述电池单元的正极对地等效寄生电容值以及负极对地等效寄生电容值，在电池单元的正极与接地线之间加装正极寄生电容，并检测正极寄生电容的电压值，得到电池单元的正极共模干扰电压实测值；在电池单元的负极与接地线之间加装负极寄生电容，并检测负极寄生电容的电压值，得到电池单元的负极共模干扰电压实测值。

4、可选的，还包括：获取高压电池储能系统内电池单元的变流器共模电压；根据所述电池单元的变流器共模电压，通过下式得到电池单元的共模干扰电压理论值：

5、ucmh1(s)＝ucmv

6、

7、其中，ucm为电池单元的变流器共模电压，ucmv为电池单元的共模干扰电压理论值；h1(s)为电池单元的共模干扰电压理论值对变流器共模电压的传递函数，s为电路由时域变换为复频域时的数学运算符号，r＝rg+r0/3，rg为接地网电阻的电阻值，r0为电网侧电阻的电阻值，lf为变流器的滤波器的滤波电感值，cv1为正极对地等效寄生电容值，cv2为负极对地等效寄生电容值。

8、根据电池单元的共模干扰电压理论值，得到电池单元的正极共模干扰电压理论值和负极共模干扰电压理论值。

9、可选的，所述根据电池单元的共模干扰电压理论值，得到电池单元的正极共模干扰电压理论值和负极共模干扰电压理论值包括：根据电池单元的共模干扰电压理论值，通过下式得到电池单元的正极共模干扰电压理论值和负极共模干扰电压理论值：

10、

11、其中，ucv1为电池单元的正极共模干扰电压理论值，ucv2为电池单元的负极共模干扰电压理论值。

12、可选的，还包括：当电池单元的正极共模干扰电压理论值与电池单元的正极共模干扰电压实测值之间的误差在预设误差范围内时，将当前电池单元的正极共模干扰电压实测值作为电池单元的正极共模干扰电压值；否则，重新实测电池单元的正极对地等效寄生电容值，并根据重新实测的电池单元的正极对地等效寄生电容值，在电池单元的正极与接地线之间加装正极寄生电容，并检测正极寄生电容的电压值，更新电池单元的正极共模干扰电压实测值；当电池单元的负极共模干扰电压理论值与电池单元的负极共模干扰电压实测值之间的误差在预设误差范围内时，将当前电池单元的负极共模干扰电压实测值作为电池单元的负极共模干扰电压值；否则，重新实测电池单元的负极对地等效寄生电容值，并根据重新实测的电池单元的负极对地等效寄生电容值，在电池单元的负极与接地线之间加装负极寄生电容，并检测负极寄生电容的电压值，更新电池单元的负极共模干扰电压实测值。

13、可选的，还包括：检测正极寄生电容的电流值，得到电池单元的正极共模干扰电流实测值；检测负极寄生电容的电流值，得到电池单元的负极共模干扰电流实测值。

14、可选的，还包括：获取高压电池储能系统内电池单元的变流器共模电压；根据电池单元的变流器共模电压，通过下式得到电池单元的共模干扰电流理论值：

15、ucmh2(s)＝icm

16、

17、其中，ucm为电池单元的变流器共模电压，icm为电池单元的共模干扰电流理论值；h2(s)为电池单元的共模干扰电流理论值对变流器共模电压的传递函数，s为电路由时域变换为复频域时的数学运算符号，r＝rg+r0/3，rg为接地网电阻的电阻值，r0为电网侧电阻的电阻值，lf为电池单元的变流器的滤波器的滤波电感值，cv1为正极对地等效寄生电容值，cv2为负极对地等效寄生电容值。

18、根据电池单元的共模干扰电流理论值和电池单元的正极对地等效寄生电容值以及负极对地等效寄生电容值，得到电池单元的正极共模干扰电流理论值和负极共模干扰电流理论值。

19、可选的，所述根据电池单元的共模干扰电流理论值和电池单元的正极对地等效寄生电容值以及负极对地等效寄生电容值，得到电池单元的正极共模干扰电流理论值和负极共模干扰电流理论值包括：根据电池单元的共模干扰电流理论值和电池单元的正极对地等效寄生电容值以及负极对地等效寄生电容值，通过下式得到电池单元的正极共模干扰电流理论值和负极共模干扰电流理论值：

20、

21、

22、其中，icm1为电池单元的正极共模干扰电流理论值，icm2为电池单元的负极共模干扰电流理论值。

23、可选的，还包括：当电池单元的正极共模干扰电流理论值与电池单元的正极共模干扰电流实测值之间的误差在预设误差范围内时，将当前电池单元的正极共模干扰电流实测值作为电池单元的正极共模干扰电流值；否则，重新实测电池单元的正极对地等效寄生电容值，并根据重新实测的电池单元的正极对地等效寄生电容值，在电池单元的正极与接地线之间加装正极寄生电容，并检测正极寄生电容的电流值，更新电池单元的正极共模干扰电流实测值；当电池单元的负极共模干扰电流理论值与电池单元的负极共模干扰电流实测值之间的误差在预设误差范围内时，将当前电池单元的负极共模干扰电流实测值作为电池单元的负极共模干扰电流值；否则，重新实测电池单元的负极对地等效寄生电容值，并根据重新实测的电池单元的负极对地等效寄生电容值，在电池单元的负极与接地线之间加装负极寄生电容，并检测负极寄生电容的电流值，更新电池单元的负极共模干扰电流实测值。

24、本发明第二方面，提供一种高压电池储能系统共模干扰检测系统，包括正极寄生电容、负极寄生电容以及电压检测装置；正极寄生电容的一端与高压电池储能系统内电池单元的正极连接，另一端与高压电池储能系统内电池单元的接地线连接；负极寄生电容的一端与高压电池储能系统内电池单元的负极连接，另一端与高压电池储能系统内电池单元的接地线连接；电压检测装置与正极寄生电容和负极寄生电容均连接；其中，正极寄生电容的电容值为电池单元的正极对地等效寄生电容值，负极寄生电容的电容值为电池单元的负极对地等效寄生电容值。

25、可选的，还包括电流检测装置；电流检测装置与正极寄生电容和负极寄生电容均连接。

26、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

27、本发明高压电池储能系统共模干扰检测方法，通过在电池单元的正极与接地线之间加装正极寄生电容，然后检测正极寄生电容的电压值，将检测到的正极寄生电容的电压值作为电池单元的正极共模干扰电压实测值，同时，在电池单元的负极与接地线之间加装负极寄生电容，然后检测负极寄生电容的电压值，将检测到的正极寄生电容的电压值作为电池单元的负极共模干扰电压实测值。整个检测方法的原理为采用寄生电容的电压值，量化电池单元的共模电压值，实现高压电池储能系统共模干扰的量化检测，进而根据量化的共模电压值衡量高压电池储能系统受到的共模冲击，并量化储能电池系统对地绝缘材料受到的影响，也可作为参考标准来衡量高压电池储能系统在共模电压的影响下的可靠性。

28、进一步的，采用理论推导的方式获取高压电池储能系统共模干扰的理论值，一方面可用于辅助高压电池储能系统的设计，另一方面可验证实测值的准确性。