考虑不确定充放电状态的并网电池储能电站高灵敏度保护

电池储能电站（BESSs）作为稳定可再生能源波动性的要害解决计划，正日益广泛地融入现代电网。然而，怎么在电网毛病期间有效维护具有不确定充放电状况的并网型BESS，仍是实践使用中亟待解决的问题，现有研讨对此重视有限。本文研讨标明，即使传统上以高毛病灵敏度著称、现在被用作BESS直联线路主维护的正序电流叠加式差动维护（SPSC-CDP），在BESS接入场景下仍可能面对灵敏度缺乏或误动作危险。为保证低压电网毛病期间BESS的维护牢靠性，本文提出了一种改善型SPSC-CDP计划，该计划能够同时适应正常充放电形式与过充放电形式。在不影响外部毛病场景下抗扰牢靠性的前提下，本计划利用毛病前后正序电流幅值变化及单相短路电流（SPSC）幅值比率来提高内部毛病检测的灵敏度。此外，经过仅依靠电流幅值丈量，该计划避免了对高带宽通讯信道或继电维护硬件升级的出资需求，为基础设施欠发达的偏僻电池储能体系（BESS）站点实施或更新维护装备供给了经济高效的解决计划。综合测试成果（涵盖不同BESS充放电状况、毛病特性及同步误差场景）验证了所提计划具有杰出的灵敏度功能。

引言

电池储能电站（BESSs）在推动向可继续、耐性现代电网转型过程中发挥着要害作用。经过集成BESS，可在发电高峰期存储过剩能量，并在用电需求高峰或可再生能源发电缺乏时释放储能，从而明显缓解风能、太阳能发电的不确定性。部分区域电网运营商已开端要求在新规划的可再生能源电站邻近装备和谐运转的BESS基础设施[1][2]。在BESS并网运转形式下，评估并规划电网毛病条件下的恰当维护战略至关重要，这是保证BESS继续牢靠运转的必要条件。
虽然电池储能在提高电网稳定性方面具有明显优势，但主流研讨（如文献[3]规划的电池管理体系、文献[4]提出的电池寿数评估与预测方法、文献[5]构建的BESS调度模型）均未触及电网毛病工况。这些研讨普遍假设BESS在所有工况下均处于正常运转状况。此外，其他重视毛病场景的文献往往侧重于小型或单体电池储能单元的体毛病监测或诊断技能[6][7][8]。例如，文献[6]规划了一种依据差动电流的电池缺陷检测方法；文献[7]开发了依据信号注入的电池单元在线绝缘毛病监测与绝缘电阻估算计划；文献[8]则提出选用时刻卷积网络结合自适应阈值算法的结构，用于辨认电池内部短路毛病。相较于单一电池单元，在更高层级的电站层面，多样化的电池储能单元经过聚合形成电池储能体系（BESS），该体系在接入电网前具有增强的自调节才能[9]。
在实践使用中，与依据太阳能或风能的逆变器接口可再生能源电站（IIRES）类似，电池储能体系（BESS）同样选用功率转化体系（PCS）实现功率解耦输出。因而，现代电网标准要求BESS与IIRES一样，在电网毛病时具有毛病穿越（FRT）才能[10][11]。然而，IIRES与BESS在毛病穿越期间的一个明显区别在于：BESS经过双向DC-DC转化器依据荷电状况（SOC）调整其充放电形式[12]。这意味着即使在相同毛病条件下，BESS也能出现馈入或吸收特性。Berger等人在其研讨[13]中提出了契合现代电网标准的通用电磁式动车组BESS模型，并指出充电形式下的毛病穿越(FRT)要求比放电形式更为严厉。为提高充电状况下的FRT功能，文献[14]提出了一种在稳定电池形式与稳定直流链路形式间动态切换的两层控制战略。更具体而言，文献[15][16]的研讨人员分别就SOC状况对BESS毛病电流奉献和谐波频率响应特性的影响进行了定量剖析与评估。
虽然上述针对电池储能体系（BESS）的毛病建模与毛病剖析供给了一定见解，但其研讨没有达到成人水平。当时建立的BESS毛病模型主要集中于典型充放电场景，忽视了必须调整FRT方针以保证体系安全的特别过充/过放工况[17]。此外，毛病剖析成果无法直接使用于维护功能评估。由于电池储能体系（BESS）充放电状况的不确定性，其邻近维护继电器检测到的毛病特征往往杂乱多变，有时甚至在同一毛病性质下也会出现差异[18]。因而，理解BESS特有的毛病行为怎么影响继电器功能在实践使用中具有重要意义。BESS侧维护继电器的失效或灵敏度缺乏会阻止毛病快速切除，导致低电压继续时刻延长，这对电池运转寿数与使用效率构成重大挑战[19][20]。最严重情况下，可能导致整个BESS体系的大范围损毁[21]。
表1对BESS维护与毛病剖析范畴的前沿研讨进行了全面比较，重点阐述了现有研讨的要害奉献与局限性。
对现有文献的批判性剖析标明，电池储能体系（BESS）维护范畴存在若干重大研讨空白。
首要，现有维护计划主要集中于常规电流差动维护(CDP)，但近期文献[22][23]指出差动元件灵敏度会因电池储能体系(BESS)充放电状况的不确定性而劣化。虽然这些研讨提出了依据电流轨迹的CDP改善计划作为潜在解决计划，但其开发依据时域视角，因而需要对现有依据相量丈量的差动继电器运转流程进行改造。
其次，依据叠加重量的维护方法虽在传统电力体系中因其高灵敏度而获得广泛认可[24][25]，但在电池储能体系（BESS）维护范畴的使用仍鲜有研讨。虽然已有研讨将叠加重量使用于BESS并网体系的特定维护功能——例如依据叠加正序阻抗的微电网毛病方向检测[26]和交融叠加电压电流信息的毛病相辨认[27]——但针对BESS维护的叠加重量式电流差动维护（CDP）仍缺乏体系性研讨。
第三，关于电池储能体系（BESS）在不同运转状况下共同的毛病特征怎么影响传统依据叠加正序电流（SPSC）的CDP功能，现在知道缺乏。这一认知空白尤为要害，因为靠近BESS的维护继电器所检测到的毛病特征往往较为杂乱，且在不同充放电条件下存在明显差异[18]。
为填补已辨认的研讨空白，本文作出以下要害奉献：

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  本文体系剖析了电池储能体系（BESS）在不同充放电状况下的毛病特征怎么影响传统依据SPSC的CDP计划功能。
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  针对此类挑战性场景中BESS维护缺乏的问题，本文提出了一种具有更高灵敏度的新式依据SPSC的CDP计划。
• 3)
  与大多数为并网电池储能体系规划的维护计划不同，所提出的维护机制无需依靠高带宽通讯信道，也无须对电池储能体系控制战略及现有差动继电器硬件进行额外升级。
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