0 引言
随着储能技术及蓄电池技术的快速发展，电池储能除了大规模集中式应用于发电侧外，由于蓄电池自身体积较小，组合灵活的特点，电池储能也必将逐步应用到用户侧。通过采用电池储能代替传统的电容器接入用户侧，不仅能够解决无功功率补偿的问题，还能实现有功功率补偿。同时还能为风能、光伏等可再生能源提供接入侧口，解决风能、光伏等可再生能源接入电网时的随机性、间歇性出力变化快而导致电压和频率稳定的问题。随着以后用户侧储能电池应用数量的增加，当电网发生扰动时，用户侧电池储能系统的错误调节将对电网的稳定产生一定的影响，同时也对储能系统本身造成影响。本文通过对电网电压、频率发生变化范围的分析，提出一种用户侧电池储能频率、电压保护策略。
1 用户侧电池储能系统保护的现状
目前用户侧电池储能系统规模很小，电池储能保护功能一般只配置了过流保护、过载保护、过热保护、接地保护、电压保护等常规保护。未全面考虑电网系统发生较大扰动时导致系统电压、频率变化对电池储能系统的影响，缺乏对电网及电池储能的保护功能。随着以后用户侧储能电池应用数量的增加，当电网发生较大扰动时，用户侧电池储能系统的错误调节将对电网的稳定产生较大的影响，同时也对储能系统本身设备造成影响。所以在用户侧电池储能系统配置一套频率、电压保护策略，确保在电网电压、频率发生较大扰动时，根据电压、频率的变化范围做出相应的控制策略，以保护电池储能系统设备的安全运行，及同时不对电网造成负面影响，有利于发生扰动时电网恢复正常运行。主要分为频率变化控制策略及电压变化控制策略两大部分。
2 频率变化控制策略
当用户侧电池储能系统与电网并网后（合上并网开关）。通过测量并网后的系统频率大小，当检测频率f为：49.5Hz<f<50.2Hz（电网正常运行频率波动范围），保持电池储能系统自身的控制功能（由电池储能管理系统控制储能换流器进行电池的充放电工作）。同时，对于用户侧电池储能系统，不考虑参与系统的调频调峰功能。当检测到系统频率f超过49.5Hz<f<50.2Hz范围时，将通过以下策略对电池储能系统进行控制（如图1频率变化保护策略逻辑图）。
图1.频率变化保护策略逻辑
当检测频率f不满足：49.5Hz<f<50.2Hz条件时：
①检测频率是否f≥50.2Hz，如果判断结果“是”，则下一步判断f＜50.5Hz条件：
a. 如果判断结果“是”，则延时100ms（100ms为考虑电网系统扰动出现瞬时频率变化），若频率仍然满足50.2Hz≤f＜50.5Hz，立即发令让电池管理系统立即停止电池放电并转为充电，并持续检测频率是否在50.2Hz≤f＜50.5Hz范围内，如果不在该范围内，则返回程序“开始”。理由：50.2Hz≤f＜50.5Hz时，说明电网有功过剩，发令让电池储能系统立即吸收有功，只充电，不放电。
b. 如果判断结果“否”，则延时100ms（100ms考虑电网系统扰动出现瞬时频率变化），若频率仍然满足：f＞50.5Hz，发令断开电池储能系统的并网开关，程序“结束”。若频率不满足f＞50.5Hz，则返回程序“开始”。理由：f＞50.5Hz，电网有功功率过剩太大，电池储能系统通过电池的充电已经无法起到明显的重要，及时断开储能系统的并网开关，避免对电网调频调峰设备进行调频造成影响。
②检测频率是否f≥50.2Hz，如果判断结果“否”，则下一步判断48Hz＜f≤49.5Hz条件：
a. 如果判断结果是“是”，则延时100ms（100ms考虑电网系统扰动出现瞬时频率变化），若频率仍然满足48Hz＜f≤49.5Hz，立即发令让电池管理系统立即停止电池充电并转为放电（控制输出有功功率），并持续检测频率是否在48Hz＜f≤49.5Hz范围内，如果不在该范围内，则返回程序“开始”。理由：频率下降，电网有功功率出现缺额，让电池储能系统输出有功功率，补偿系统有功缺额，此时储能系统只放电，不充电。
b. 如果判断结果“否”，则延时100ms（100ms考虑电网系统扰动出现瞬时频率变化），若频率仍然满足：f＜48Hz，发令断开电池储能系统的并网开关，程序“结束”。若频率不满足f＜48Hz，则返回程序“开始”。理由：当f＜48Hz，电网有功功率严重缺额，电网稳定收到威胁，电池储能系统的放电已经无法起到作用，及时断开储能系统的并网开关，避免对电网调频调峰设备进行调频造成影响。
3 电压变化控制策略
当用户侧电池储能系统与电网并网后（合上并网开关）。通过测量并网后的系统电压大小，当检测电压U为：0.85Un<U<1.1Un（Un为并网点的电网额定电压），保持电池储能系统自身的控制功能（由电池储能管理系统控制储能换流器进行电池的充放电工作）。当检测到系统频率U超过0.85Un<U<1.1Un范围时，将通过以下策略对电池储能系统进行控制（如图2电压变化保护策略逻辑图）。
图2.电压变化保护策略逻辑图
当检测电压U不满足：0.85Un<U<1.1Un条件时：
①检测电压是否U≤0.85Un，如果判断结果“是”，则下一步判断U＞0.5Un条件：
a. 如果判断结果“是”，则延时100ms（100ms考虑电网系统扰动出现瞬时电压变化），若电压仍然满足0.5Un＜U≤0.85Un，立即发令让电池管理系统立即停止电池充电并转为放电，并持续检测电压是否在0.5Un＜U≤0.85Un范围内，如果不在该范围内，则返回程序“开始”。
b. 如果判断结果“否”，则延时350ms（350ms，考虑所并网线路所在变电站其它线路发生两相及以前近侧短路时切除故障的时间），若电压仍然满足：U＜0.5Un，发令断开电池储能系统的并网开关，程序“结束”。若电压不满足U＜0.5Un，则返回程序“开始”。理由：当并网线路所在变电站其它线路（设备）发生两相及以前近侧短路时，电压在短时间内会出现非常明显降低（低于0.5Un），线路（设备）近侧短路故障时切除故障，系统电压恢复正常的时间不超过350ms，如果超过该时间，说明电网电压明显异常，应立即断开储能系统的并网开关，避免出现低压穿越造成对电池储能系统的损害。
②检测电压是否U≤0.85Un，如果判断结果“否”，则下一步判断1.1Un≤U＜1.2Un条件：
a. 如果判断结果是“是”，则延时1500ms（1500ms，考虑电池储能系统换流器的在该过电压范围内的耐过压时间），若电压仍然满足1.1Un≤U＜1.2Un，发令断开电池储能系统的并网开关，程序“结束”。若电压不满足1.1Un≤U＜1.2Un，则返回程序“开始”。理由：电池储能系统换流设备运行时耐过电压的时间来设置切除时间，当1.1Un≤U＜1.2Un，可维持运行1500ms，超过这个时间将会对换流设备造成损害。
b. 如果判断结果“否”，则延时500ms（500ms，考虑电池储能系统换流器的在该过电压范围内的耐过压时间），若电压仍然满足：U＞1.2Un，发令断开电池储能系统的并网开关，程序“结束”。若频率不满足U＞1.2Un，则返回程序“开始”。理由：电池储能系统换流设备运行时耐过电压的时间来设置切除时间，当U＞1.2Un，可维持运行500ms，超过这个时间将会对换流设备造成损害。
4 结语
本文通过对电池储能系统并网时电网频率、电压在发生较大波动时的分析，提出了一套根据电压、频率的各个阶段不同变化的相应控制策略。随着用户侧储能电池应用数量的逐年增加，完善用户侧储能电池系统的保护策略，对保证电池储能系统的有效、可靠、安全运行，以及避免在电网频率、电压异常时由于储能电池错误的充放电而影响电网调频调峰设备的正常判断意义重大。
参考文献：
[1]胡荣,岳美.储能系统在配电网中的优化配置研究[J].上海电力学院学报,2015,31(03):223-225.
[2]徐涛,徐习东.大容量储能系统的保护策略研究[J].电力系统保护与控制,2013,41(08):16-22.
作者简介：林伟茂（1978—），男，广东汕头人，本科，工程师，技师，主要从事继电保护工作。
