电网侧储能电站变流器pcs运行故障分析

56 集成电路应用 第 37 卷 第 3 期（总第 318 期）2020 年 3 月

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创新应用0 引言

为缓解地区夏季高峰期间供电压力和提高地区电网可再生能源[1]就地消纳水平、削峰填谷[2]能力，并结合电化学储能建设周期短的特点，在变电站周边选址建设电网侧储能电站。储能电站中 PCS、SVG 及 BMS 系统的配合可提供有功无功的双重支撑，并可实现毫秒级控制响应资源，为电网提供调峰、调频[3]、事故备用等服务。自 2018 年投运以来，在运行维护过程中出现了多种问题，本文主要针对电网侧储能电站 PCS 运行故障进行分析。1 PCS 的基本原理

变流器（PCS）能够接受后台监控（EMS）下发的指令，同时指挥电池管理系统（BMS）控制电池的充放电功率，从而实现储能电站与电网之间的双向能量传递。变流器（PCS）具备交直流转换功能，能够实现交流 315 V 和直流 700～800 V 之间的任意转换，是电网侧储能电站的重要设备。电网侧储能电站每座 PCS 升压舱对应一座储能电池舱。如表 1 所示，每座 PCS 升压舱含有 2 台 500 kW PCS 变流器和 1 台 1 250 kVA 变压器。2 台变流器将两路直流 760 V 电源转化为 2 路 315 V 交流电源，然后 2 路 315 V 交流电源汇入 1 台变压器并变压至 10 kV 交流电源后接入一段 10 kV 汇流母线。

2 PCS 的典型事故与异常处理 2.1 变流器故障跳闸

（1）现象。变流器保护动作；断开变流器两端交直流回路，即断开交流接触器和直流断路器；事故语音报警启动。

（2）处理原则。检查保护动作情况，查看变流器告警信息及动作情况，做好相应记录（包括但不限于：故障现象及代码、设备型号及编号、故障发生时间等）；检查变流器对应的电池组直流断路器动作情况，是否是电池组故障导致变流器跳闸；检查变流器上级电源是否发生故障，造成变流器低压动作跳闸；检查变流器内部元器件（如 IGBT 功率单元、接触器、直流断路器等）是否存在发热、异味等异常情况；检查是否由于电网波动（频率或电压）造成变流器故障跳闸；故障处理结束后，可以重新复归变流器并将其投入运行。 2.2 变流器过负荷

（1）现象。后台和监控遥信中存在过负荷告警信息和光字牌信号；直流侧电压遥测量过高或过低；变流器电流遥测量超过额定值，有功、无功遥测量偏大。

（2）处理原则。检查设备运行负载状况，查看现场设备是否运行声音过大的情况，然后将一二次设备情况汇报调度，调度可根据规程安排降低变流器的负载；运维人员还应现场检查逆变器温度是否过高，有无异常响声和模块故障信号，并将检查情况进一步汇报调度，严重的进行停运检查处理。

作者简介：刘牛，国网江苏省电力有限公司镇江供电分公司，研究方向：电网侧储能电站。收稿日期：2020-01-13，修回日期：2020-02-15。

摘要：分析电网侧储能电站 PCS 基本原理、典型事故及处理原则，两种故障的原因。通过查看现场故障录波器、运行工况及运行环境判断出事故发生的原因，提出 PCS 模块设计的缺陷、设备协同配合问题。关键词：电网侧储能电站；变流器；协同故障。

中图分类号：TM46 文章编号：1674-2583(2020)03-0056-02DOI：10.19339/j.issn.1674-2583.2020.03.023

中文引用格式：刘牛.电网侧储能电站变流器PCS运行故障分析[J].集成电路应用, 2020, 37(03): 56-57.

电网侧储能电站变流器

PCS

运行故障分析

刘牛

（国网江苏省电力有限公司镇江供电分公司，江苏 212000）

Abstract — This paper analyzes the basic principles, typical accidents and treatment principles of PCs in power grid side storage power station, and the causes of two kinds of faults. By checking the fault recorder, operation conditions and operation environment, the cause of the accident can be determined. It puts forward the defects of PCS module design and equipment cooperation. Index Terms — grid side energy storage station, converter, cooperative fault.

Fault of Converter Operation in Power Storage Station on Grid Side

LIU Niu

(Zhenjiang Power Supply Branch of State Grid Jiangsu Electric Power Co.,Ltd, Jiangsu 212000, China. )表 1 PCS 升压舱模块

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集成电路应用 第 37 卷 第 3 期（总第 318 期）2020 年 3 月 57

2.3 声音异常

（1）现象。变流器有明显增大的响声，有异常放电声或有异常振动声等。

（2）处理原则。运维人员应首先通过后台检查变流器的负荷情况，并通过视频探头初步查看变流器的运行状况。如无异常情况，再去现场进行查看，发现有异常振动声时，应检查舱内是否有螺栓松动等现象；发现有异常放电声时，应检查确认舱内具体放电部位；现场无法判断时，应联系检修人员检查处理。

2.4 逆变器着火

（1）现象。后台和监控有保护动作、火灾报警动作信号，逆变器故障停机，相关电流、电压、功率指示为零；火灾报警装置动作；逆变器本体冒烟着火。

（2）处理原则。先检查现场后台监控系统相关异常信号和遥测量，比如：保护动作、火灾报警动作、逆变器停机、电压、电流等遥测数值；然后检查主控室继电保护及自动装置动作信息，火灾报警装置动作信息和充氮灭火装置是否启动，并现场确认设备着火部位和状况；检查完汇报调度及上级领导，根据调度命令，将相关电源断开（紧急情况下，可自行先将设备有关电源断开）后，在能够保证人身安全的前提下，可用灭火器帮助灭火，并及时拨打 119 报警；火灭后，应根据当值调控人员指令将故障点进行隔离，在做好安措的情况下，通知相关部门检查处理。3 PCS 异常事故案例分析 3.1 PCS 母线电压越限跳闸

某电网侧储能电站站内 PCS 母线多次因电压超限停运，经检测发现该故障发生在 PCS 满功率放电过程中，交流侧母线电压越限，保护动作，全站跳闸停运。具体信息为：7 月 23 日 10:47，8 MW 满功率放电，母线电压由 10 kV 升至 11 kV，站内母线停运。同样的 8 月 4 日 20:20，8 MW 满功率放电 20 min，母线电压越限，站内母线停运。故障波形如图 1（a）、图 1（b）所示。

发生母线电压越限的原因有：（1）储能电站 SVG 没有发挥实际效用，未将母线电压控制在合理范围内。（2）PCS 自身的功率控制策略不合理，在电网电压较高的背景下，未能自动调整功率因数，无法保证母线电压在合理范围内。（3）PCS 高电压穿越功能尚不具备。

可采取的措施为：（1）优化 PCS 控制策略，调整 PCS 输出功率特性，保证母线电压在合理范围内；（2）在 PCS 控制策略优化后运行效果不理想的情况下考虑 SVG 对母线电压提供稳定支撑的可能性；（3）加强绝缘设计，提高 PCS 的高电压穿越能力。

3.2 PCS 异常停机

电网侧储能电站运行时部分电站 PCS 因故障停机或受损。8 月 17 日 9:05，某储能电站电网侧发生单相间歇性接地，导致整站 10 kV Ⅱ母下 10 台 PCS 全部跳闸，其中 1 台 PCS 故障，其余 PCS 重启后正常运行。

故障发生原因分析：结合故障产生的波形和当日气象条件，初步判断为雨水进入电缆沟，导致 B 相线路发生间歇性接地故障，PCS 交流侧三相不平衡，故障相电压降低，另两相电压升高，进一步导致系统故障跳闸，1 台 PCS 受损。

可采取的措施为：（1）为 PCS 配置多重保护；（2）优化通风散热结构，提高内部散热能力，提高 PCS 故障电流穿越能力。4 结语

通过上述事故案例分析，可以得出电网侧储能电站的 PCS 模块化设计时应考虑到以下问题：（1）改进 PCS 控制策略，实现 PCS 输出功率特性调整，保证母线电压在合理范围内。（2）在 PCS 控制策略优化后运行效果不理想的情况下考虑 SVG 对母线电压提供稳定支撑的可能性。（3）加快检测认证 PCS 的高电压穿越能力。（4）实行 PCS 保护的多重化配置，实现直流侧或交流侧故障时快速跳闸。（5）优化通风散热结构，提高模块内部散热能力，提高 PCS 故障电流穿越能力。参考文献

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[2] 刘牛,徐波,陈亚新.基于预制舱的电网侧储能电

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[3] 陈大宇,张粒子,王澍,牟镠峰.储能在美国调频市

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（b） 8 月 4 日母线停运

图 1 某电网侧储能电站故障录波波形

（a）7 月 23 日母线停运